CN116357591A - 一体式多级间冷压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一体式多级间冷压缩机，包括：压缩机缸体，具有供气体进入的进气口和供气体排出的出气口；压缩机缸体内具有至少两个压缩段，用于对工质进行多次压缩；转子，设置在压缩机缸体内；换热机构，设置在压缩机缸体内，设置在压缩机缸体的压缩段后方，用于对压缩气体进行多次冷却。在本发明中，通过上述一体式结构的多级间冷压缩机可以有效地克服现有的压缩机与换热器集成度低，设备的整机效率低、建设成本高，以及管道推力导致的压缩机组运行不确定性增加的问题。

Description

一体式多级间冷压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一体式多级间冷压缩机。

背景技术

压缩机是一种用来提高流体压力并实现流体输送的机械，广泛应用于航空航天、能源、化工及冶金等领域。

压缩机在压缩过程中工质温度会逐渐升高，目前，为了提高压缩机的等熵效率，通常采用多级压缩、级间冷却的系统流程。而传统的压缩机组一般将第一次压缩后的热工质通过管道引到换热器中，由冷媒对高温工质进行降温，之后再将被冷却的高压工质引入到下一个压缩段，依次类推，从而完成多次压缩和多次冷却的过程。但是，在现有技术中的上述压缩机与换热器组成的系统具有以下问题：

1.压缩机与换热器之间需要大量的管道联接，工质在联通管道中会因沿程流动摩擦而产生压力损失，进而降低整机效率。而且，由于高温管道多并且长度长，还会增加压缩机与换热器组成的系统建设成本。

2.由于管道的冷热状态变化还会对压缩机本体产生管道推力，上述管道推力会增加压缩机组运行的不确定性。

3.现有技术中压缩机与换热器组成的系统，由于现有结构的集成度低，为了提高效率，换热器还需要单独做保温结构从而减少散热损失，进而提高了设备成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的压缩机与换热器集成度低，导致设备的整机效率低、建设成本高，以及管道推力导致的压缩机组运行不确定性增加的问题。从而提供一体式多级间冷压缩机，包括：

压缩机缸体，具有供气体进入的进气口和供气体排出的出气口；所述压缩机缸体内具有至少两个压缩段，用于对工质进行多次压缩；

转子，设置在所述压缩机缸体内；

换热机构，设置在所述压缩机缸体内，设置在所述压缩机缸体的压缩段后方，用于对压缩机气体进行多次冷却。

可选的，所述压缩机缸体包括：第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段；

所述第一压缩段包括：交替设置的轴流静叶和轴流动叶；

所述第二压缩段包括：斜流叶轮；

所述第三压缩段包括：离心叶轮。

可选的，所述换热机构包括：设置在所述第一压缩段和所述第二压缩段之间的第一换热器组，以及设置在所述第二压缩段和所述第三压缩段之间的第二换热器组；

所述第一换热器组包括：沿所述转子周向方向设置的两侧的第一换热器；所述第二换热器组包括：沿所述转子周向设置的第二换热器。

可选的，所述第一换热器和所述第二换热器上分别设置有冷媒入口和冷媒出口；

所述冷媒入口和所述冷媒出口位置设置有用于连接冷媒供应管路的法兰盘，所述法兰盘设置在所述压缩机缸体外部。

可选的，所述第二压缩段还包括：设置在所述斜流叶轮后侧的回流器导流叶片。

可选的，所述第三压缩段还包括：设置在所述离心叶轮后侧的扩压器叶片。

可选的，所述第一压缩段和所述第二压缩段之间，以及所述第二压缩段和所述第三压缩段之间分别设置有用于保证各个压缩段进出口流体流动均匀的流体流动间隙。

可选的，所述第一换热器组与所述转子的连接位置设置有转子密封部件。所述转子密封部件为环形密封垫。

可选的，所述第一换热器组与所述第一压缩段的机匣外侧之间设置有气体密封部件，以防止高压气体通过压缩机缸体上开设的冷媒管道开口泄漏；和/或，

所述第一换热器组与所述第二换热器的机匣外侧之间设置有气体密封部件，以防止所述第一压缩段出口的气体通过转子的轴隙直接流入所述第二压缩段的入口。所述气体密封部件为环形密封垫。

可选的，所述转子的两端与所述压缩机缸体的连接位置还设置有轴端密封部件。所述轴端密封部件气体密封部件。

可选的，一体式多级间冷压缩机用于压缩空气储能压缩机、超临界二氧化碳压缩机、天然气压缩机或工业空分压缩机。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，包括：压缩机缸体，具有供气体进入的进气口和供气体排出的出气口；所述压缩机缸体内具有至少两个压缩段，用于对工质进行多次压缩；转子，设置在所述压缩机缸体内；换热机构，设置在所述压缩机缸体内，设置在所述压缩机缸体的压缩段后方，用于对压缩气体进行多次冷却。

在本发明中的一体式多级间冷压缩机包含多个压缩段以及多个换热器组，进入压缩机组的低压工质在单个缸体内经多次压缩和多次冷却，最后变成高压气体排出该缸体。因为，在本发明中的多个压缩段以及多个换热器组均设置在缸体内，且冷媒通过缸体外的管道及其法兰进入换热器与高温工质完成热量交换。上述结构设计可以满足单轴、多级间冷的压缩机设计要求，将多级压缩机和多个换热器紧凑地集成在一起，从而提高了压缩机与换热器集成度、省略了传统压缩机与换热器系统布置过程中换热器与压缩机联接所需的进排气管路，可以有效地降低气体管路压损，降低系统建设成本，减小现场安装工作量；此外，该结构还减小了管道残存容量，有助于提高机组调控灵敏度，具有良好的应用前景。而且，减小了现有管道推力导致的压缩机组运行不确定性增加的问题。

2.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，所述压缩机缸体包括：第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段；所述第一压缩段包括：交替设置的轴流静叶和轴流动叶；所述第二压缩段包括：斜流叶轮；所述第三压缩段包括：离心叶轮。

在本发明中，通过上述结构设计可以有效地提高一体式多级间冷压缩机的工作效率。

3.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，所述换热机构包括：设置在所述第一压缩段和所述第二压缩段之间的第一换热器组，以及设置在所述第二压缩段和所述第三压缩段之间的第二换热器组；所述第一换热器组包括：沿所述转子周向方向设置的两侧的第一换热器；所述第二换热器组包括：沿所述转子周向设置的第二换热器。

在本发明中，通过设置第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段，并通过将第一换热器组设置在所述第一压缩段和所述第二压缩段之间，将第二换热器组设置在所述第二压缩段和所述第三压缩段之间，上述设置可以有效地分别通过第一换热器组和第二换热器组将高压高温的工质热量传递给冷媒。

4.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，所述第一换热器和所述第二换热器上分别设置有冷媒入口和冷媒出口；所述冷媒入口和所述冷媒出口位置设置有用于连接冷媒供应管路的法兰盘，所述法兰盘设置在所述压缩机缸体外部。

在本发明中，通过上述第一换热器组和第二换热器组上的冷媒以及法兰盘可以有效地将高压高温的工质热量传递出压缩机。

5.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，所述第一压缩段和所述第二压缩段之间，以及所述第二压缩段和所述第三压缩段之间分别设置有用于保证各个压缩段进出口流体流动均匀的流体流动间隙。

在本发明中，通过将上一个压缩段的出口到换热器的入口以及换热器的出口到下一个压缩段的入口之间分别都设置一定的流体流动间隙，上述设置可以有效地保证各个压缩段进出口的流体流动均匀性。

6.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，所述第一换热器组与所述转子的连接位置设置有转子密封部件。所述转子密封部件为环形密封垫。

在本发明中，通过上述转子密封部件可以有效地对换热器与转子之间的连接面进行密封。

7.本发明提供的一体式多级间冷压缩机，所述第一换热器组与所述第一压缩段的机匣外侧之间设置有气体密封部件，以防止高压气体通过压缩机缸体上开设的冷媒管道开口泄漏；和/或，

所述第一换热器组与所述第二换热器的机匣外侧之间设置有气体密封部件，以防止所述第一压缩段出口的气体通过转子的轴隙直接流入所述第二压缩段的入口。所述气体密封部件为环形密封垫。

在本发明中通过上述气体密封部件可以有效地防止高压气体通过压缩机缸体上开设的冷媒管道开口泄漏，并避免第一压缩段出口的气体不经过上述第一换热器组，而通过转子的轴隙直接流入所述第二压缩段的入口。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中提供的一体式多级间冷压缩机内部结构示意图。

附图标记说明：

1-压缩机缸体；2-进气口；3-出气口；4-转子；5-轴流静叶；6-轴流动叶；7-斜流叶轮；8-离心叶轮；9-第一换热器；10-第二换热器；11-轴端密封部件；12-气体密封部件；13-冷媒入口；14-冷媒出口；15-回流器导流叶片；16-扩压器叶片；17-转子密封部件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一体式多级间冷压缩机，用于压缩空气储能压缩机，如图1所示，其包括：

压缩机缸体1，具有供气体进入的进气口2和供气体排出的出气口3；所述压缩机缸体1内具有3个压缩段，用于对工质进行多次压缩；在本实施例中的压缩机缸体1包括：第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段；所述第一压缩段包括：交替设置的轴流静叶5和轴流动叶6；所述第二压缩段包括：斜流叶轮7；所述第三压缩段包括：离心叶轮8；

转子4，设置在所述压缩机缸体内；

换热机构，设置在所述压缩机缸体内，设置在所述压缩机缸体1的压缩段后方，用于对压缩气体进行多次冷却。在本实施例中的换热机构包括：设置在所述第一压缩段和所述第二压缩段之间的第一换热器组，以及设置在所述第二压缩段和所述第三压缩段之间的第二换热器组；所述第一换热器组包括：沿所述转子4周向方向设置的两侧的第一换热器9；所述第二换热器组包括：沿所述转子4周向设置的第二换热器10。并且，所述第一换热器9和所述第二换热器10上分别设置有冷媒入口13和冷媒出口14；所述冷媒入口13和所述冷媒出口14位置设置有用于连接冷媒供应管路的法兰盘，所述法兰盘设置在所述压缩机缸体1外部。

在本实施例中，所述第二压缩段还包括：设置在所述斜流叶轮7后侧的回流器导流叶片15；所述第三压缩段还包括：设置在所述离心叶轮8后侧的扩压器叶片16。

另外，在本实施例中，为了保证各个压缩段进出口流体流动均匀的流体流动间隙，所述第一压缩段和所述第二压缩段之间，以及所述第二压缩段和所述第三压缩段之间分别设置有流体流动间隙。

在本发明中的密封结构设置如下所示，所述第一换热器组与所述转子4的连接位置设置有转子密封部件17。所述转子密封部件17为环形密封垫。

所述第一换热器组与所述第一压缩段的机匣外侧之间设置有气体密封部件12，以防止高压气体通过压缩机缸体1上开设的冷媒管道开口泄漏。并且，所述第一换热器组与所述第二换热器的机匣外侧之间设置有气体密封部件12，以防止所述第一压缩段出口的气体通过转子4的轴隙直接流入所述第二压缩段的入口。所述气体密封部件12为环形密封垫。

另外，所述转子4的两端与所述压缩机缸体1的连接位置还设置有轴端密封部件11。所述轴端密封部件11气体密封部件12。

当然，本实施例对一体式多级间冷压缩机的适配对象不做具体限定，在其它实施例中，一体式多级间冷压缩机还可以用于超临界二氧化碳压缩机、天然气压缩机或者工业空分压缩机。

当然，本实施例对压缩机缸体1内的压缩段数量不做具体限定，在其它实施例中，压缩机缸体1内具有2个压缩段或者3个以上的压缩段。任意两个压缩段之间设置有换热器组。

当然，本实施例对换热器组的换热方式不做具体限定，在其它实施例中，换热器组还可以采用风冷等其它冷却方式。

当然，本实施例对转子密封部件17、气体密封部件12和轴端密封部件11的密封部件的设置数量和密封件的具体结构不做具体限定，在其它实施例中，一体式多级间冷压缩机仅包括转子密封部件17、气体密封部件12和轴端密封部件11三者其二或三者其一。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一体式多级间冷压缩机，其特征在于，包括：

压缩机缸体(1)，具有供气体进入的进气口(2)和供气体排出的出气口(3)；所述压缩机缸体(1)内具有至少两个压缩段，用于对工质进行多次压缩；

转子(4)，设置在所述压缩机缸体内；

换热机构，设置在所述压缩机缸体内，设置在所述压缩机缸体(1)的压缩段后方，用于对压缩气体进行多次冷却。

2.根据权利要求1所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述压缩机缸体(1)包括：第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段；

所述第一压缩段包括：交替设置的轴流静叶(5)和轴流动叶(6)；

所述第二压缩段包括：斜流叶轮(7)；

所述第三压缩段包括：离心叶轮(8)。

3.根据权利要求2所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述换热机构包括：设置在所述第一压缩段和所述第二压缩段之间的第一换热器组，以及设置在所述第二压缩段和所述第三压缩段之间的第二换热器组；

所述第一换热器组包括：沿所述转子(4)周向方向设置的两侧的第一换热器(9)；所述第二换热器组包括：沿所述转子(4)周向设置的第二换热器(10)。

4.根据权利要求3所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述第一换热器(9)和所述第二换热器(10)上分别设置有冷媒入口(13)和冷媒出口(14)；

所述冷媒入口(13)和所述冷媒出口(14)位置设置有用于连接冷媒供应管路的法兰盘，所述法兰盘设置在所述压缩机缸体(1)外部。

5.根据权利要求2所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述第二压缩段还包括：设置在所述斜流叶轮(7)后侧的回流器导流叶片(15)。

6.根据权利要求2所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述第三压缩段还包括：设置在所述离心叶轮(8)后侧的扩压器叶片(16)。

7.根据权利要求2所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述第一压缩段和所述第二压缩段之间，以及所述第二压缩段和所述第三压缩段之间分别设置有用于保证各个压缩段进出口流体流动均匀的流体流动间隙。

8.根据权利要求3所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述第一换热器组与所述转子(4)的连接位置设置有转子密封部件(17)。

9.根据权利要求3所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述第一换热器组与所述第一压缩段的机匣外侧之间设置有气体密封部件(17)，以防止高压气体通过压缩机缸体(1)上开设的冷媒管道开口泄漏；和/或，

所述第一换热器组与所述第二换热器的机匣外侧之间设置有气体密封部件(17)，以防止所述第一压缩段出口的气体通过转子(4)的轴隙直接流入所述第二压缩段的入口。

10.根据权利要求3所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，所述转子(4)的两端与所述压缩机缸体(1)的连接位置还设置有轴端密封部件(11)。

11.根据权利要求1所述的一体式多级间冷压缩机，其特征在于，一体式多级间冷压缩机用于压缩空气储能压缩机、超临界二氧化碳压缩机、天然气压缩机或工业空分压缩机。

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