CN116608139A - 一种高功率双级离心压缩机 - Google Patents

一种高功率双级离心压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高功率双级离心压缩机，属于离心压缩机技术领域，包括级间冷却器、一级压缩组件、齿轮增速箱、二级压缩组件和电机，电机驱动齿轮增速箱运转，一级压缩组件和二级压缩组件分别固定连接在齿轮增速箱的两侧，齿轮增速箱的内部设置有高速轴，高速轴的两端分别延伸出齿轮增速箱外，且高速轴的两端分别与一级压缩组件和二级压缩组件固定连接，一级压缩组件和二级压缩组件分别与级间冷却器的两端连通。本发明通过一级压缩组件压缩后的气体进入级间冷却器，再通过二级压缩组件压缩即达到所需压力，降低了气体进出管路布置的复杂度，一级压缩组件和二级压缩组件都设置在高速度轴上，可以提高齿轮增速箱效率，降低齿轮增速箱制造成本。

Description

一种高功率双级离心压缩机
技术领域
本发明涉及离心压缩机技术领域，尤其涉及一种高功率双级离心压缩机。
背景技术
离心压缩机是提供压缩气体的设备之一，随着在化工、航天、航海、军事等诸多行业的迅速发展，各行各业对离心压缩机的市场需求也越来越大，对离心压缩机在流量、压力、效率和成本等方面也提出来更高的技术要求。目前国内对于高压比离心压缩机，效率低和流量调节范围受限直接制约了其发展，也是当前亟待解决的问题。研制出高效同时流量调节范围广的高压比离心压缩机满足当前国家碳排放要求。
在现有技术中，依据动力设备所需的空气压缩机，其所需的终端压力一般为0.85MPa左右，供应动力设备的高速离心压缩机为满足压比9的需求，需对空气进行3级压缩，即齿轮增速箱上设置3组气动做功元件(叶轮蜗壳)，通过3级压缩达到动力设备所需的压力需求，因此需在有限的安装尺寸上布置好3组叶轮蜗壳，同时设置2个水冷却器进行两次级间冷却。这种离心压缩机的管路布置、整体设计复杂导致安装难度大、成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率双级离心压缩机，解决现有离心压缩机的管路布置、整体设计复杂导致安装难度大及成本高的技术问题。本发明能够降低离心压缩机的管路布置复杂度，简化离心压缩机整体结构，安装简单，成本低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高功率双级离心压缩机，包括级间冷却器、一级压缩组件、齿轮增速箱、二级压缩组件和电机，电机驱动齿轮增速箱运转，一级压缩组件和二级压缩组件分别固定连接在齿轮增速箱的两侧，齿轮增速箱的内部设置有高速轴，高速轴的左右两端分别延伸出齿轮增速箱外，且高速轴的左右两端分别与一级压缩组件和二级压缩组件固定连接，一级压缩组件和二级压缩组件分别与级间冷却器的两端连通。
进一步地，一级压缩组件固定连接在齿轮增速箱的左侧，一级压缩组件的进气口固定连接有进口导叶机构，进口导叶机构的一端固定连接有进气喷嘴。
进一步地，一级压缩组件的出气口固定连接有一级出气管，一级出气管的一端与级间冷却器的一端连通。
进一步地，二级压缩组件固定连接在齿轮增速箱的右侧，二级压缩组件的进口固定连接有二级进气管，二级进气管的一端与级间冷却器的另一端连通。
进一步地，二级压缩组件的出气口固定连接有排气管，排气管与外部设备固定连接。
进一步地，一级压缩组件包括一级蜗壳和一级叶轮，一级叶轮设置在一级蜗壳的内部，一级蜗壳的右端固定连接在齿轮增速箱的左侧，一级蜗壳的左端与进口导叶机构的一端固定连接，高速轴的左端设置为穿过一级蜗壳的右端，且一级叶轮设置在高速轴的左端上。
进一步地，二级压缩组件包括二级蜗壳和二级叶轮，二级叶轮设置在二级蜗壳的内部，二级蜗壳的左端固定连接在齿轮增速箱的右侧，二级蜗壳的右端与二级进气管的一端固定连接，高速轴的右端设置为穿过二级蜗壳的左端，且二级叶轮设置在高速轴的右端上。
进一步地，齿轮增速箱的内部还设置有滑动轴承和推力盘，滑动轴承的数量设置为两个，两个滑动轴承分别套设在高速轴上，推力盘的数量设置为两个，两个推力盘分别套设在高速轴上，且两个推力盘分别设置在两个滑动轴承的内侧。
进一步地，电机采用三相异步电机。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明的双极离心压缩机设置有一级压缩组件、二级压缩组件和级间冷却器，气体通过一级压缩组件进行一级压缩后进入级间冷却器冷却，再通过二级压缩组件进行二级压缩即达到所需的压力，气体仅需一个级间冷却器冷却，降低了气体进出管管路布置的复杂度，节省了一个冷却器及管路的成本，降低了安装及制造难度。
2、本发明整个气体内部管路仅包含为从一级蜗壳出气，到进入级间冷却器降温后进入二级叶轮进口，气体流经路径相对较简单，降低了气体流经管路和级间冷却器的损失，提高了整机效率。
3、本发明双级离心压缩机的一级叶轮和二级叶轮都设置在齿轮增速箱的同一根高轴上，可抵消叶轮的轴向力，降低轴承载荷而减少轴承损耗，提高齿轮增速箱效率，降低齿轮增速箱制造成本。
4、本发明在高速轴上设置推力盘，可以抵消高速轴轴向力，减小高速轴滑动轴承的功率损失，提高了齿轮箱的传动效率。
5、本发明通过两级压比代替传统三级压比达到压力9，减少了一级气动元件的布置，降低齿轮增速箱布置的难度和齿轮增速箱的制造成本；
6、本发明压缩机流量调节通过三相异步电机的变频调节与进口导叶机构的进口导叶调节相结合，增大压缩机调节范围，满足工作现场的工况波动。
附图说明
图1是本发明双级离心压缩机的结构示意图；
图2是本发明高速轴组件的示意图。
附图中，1-级间冷却器，2-进气喷嘴，3-进口导叶机构，4-一级压缩组件，5-齿轮增速箱，6-二级压缩组件，7-排气管，8-电机，9-一级叶轮，10-滑动轴承，11-推力盘，12-高速轴，13-二级叶轮，14-一级蜗壳，15-二级蜗壳，16-一级出气管，17-二级气管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1-2所示，一种高功率双级离心压缩机，包括级间冷却器1、一级压缩组件4、齿轮增速箱5、二级压缩组件6和电机8，电机8驱动齿轮增速箱5运转，一级压缩组件4和二级压缩组件6分别固定连接在齿轮增速箱5的两侧，齿轮增速箱5的内部设置有高速轴12，高速轴12的两端分别延伸出齿轮增速箱5外，且高速轴12的两端分别与一级压缩组件4和二级压缩组件6固定连接，一级压缩组件4和二级压缩组件6分别与级间冷却器1的两端连通。本发明的双极离心压缩机设置有一级压缩组件4、二级压缩组件6和级间冷却器1，气体通过一级压缩组件4进行一级压缩后进入级间冷却器1冷却，再通过二级压缩组件6进行二级压缩即达到所需的压力，气体仅需一个级间冷却器1冷却，降低了气体进出管路布置的复杂度，一级压缩组件4、二级压缩组件6都设置在高速度轴12上，可以提高齿轮增速箱5效率，降低齿轮增速箱5制造成本。
如图1所示，一级压缩组件4固定连接在齿轮增速箱5的左侧，一级压缩组件4的进气口固定连接有进口导叶机构3，进口导叶机构3的一端固定连接有进气喷嘴2，气体从进气喷嘴2进入，通过进口导叶机构3进入一级压缩组件4内进行一级压缩。一级压缩组件4的出气口固定连接有一级出气管16，一级出气管16的一端与级间冷却器1的一端连通，经过一级压缩后的气体通过一级出气管16进入级间冷却器1进行冷却。二级压缩组件6固定连接在齿轮增速箱5的右侧，二级压缩组件6的进口固定连接有二级进气管17，二级进气管17的一端与级间冷却器1的另一端连通，进过级间冷却器1冷却后的气体通过二级进气管17进入二级压缩组件6内进行二级压缩。二级压缩组件6的出气口固定连接有排气管7，排气管7与外部设备固定连接，经过二级压缩后的气体通过排气管7排出，将加压后的气体输送至目标点。本发明设置一种两级压比为9的高速离心压缩机，两级压比通过最小压缩功的原则进行合理分配，并对气动参数进行合理设置，对空气进行两次压缩，即可实现终端所需的压力需求。
如图1-2所示，一级压缩组件4包括一级蜗壳14和一级叶轮9，一级叶轮9设置在一级蜗壳14的内部，一级蜗壳14的右端固定连接在齿轮增速箱5的左侧，一级蜗壳14的左端与进口导叶机构3的一端固定连接，高速轴12的左端设置为穿过一级蜗壳14的右端，且一级叶轮9设置在高速轴12的左端上，进入一级压缩组件4内的气体，由一级叶轮9对气体进行做功，在一级蜗壳14内进行加压，加压后的气体进入级间冷却器1进行冷却。二级压缩组件6包括二级蜗壳15和二级叶轮13，二级叶轮13设置在二级蜗壳15的内部，二级蜗壳15的左端固定连接在齿轮增速箱5的右侧，二级蜗壳15的右端与二级进气管17的一端固定连接，高速轴12的右端设置为穿过二级蜗壳15的左端，且二级叶轮13设置在高速轴12的右端上，冷却后的气体进入二级叶轮13进行二次做功，在二级蜗壳6内加压至设计点压力，最后由排气管7排出，将加压后的气体输送至目标点。本发明将两级叶轮布置在同一根高速轴12上，使其在相同的转速下工作，且均在各自的高效区，使得设备在设计工况范围内一直处于高效率的状态，通过电机8带动齿轮增速箱5对高速轴12进行增速，将叶轮增速至设计转速，可抵消叶轮的轴向力，降低轴承载荷而降低轴承损耗，提高齿轮增速箱5效率。在一级出气与二级进气之间布置级间冷却器1，对被一级蜗壳14加压后的空气冷却后，再送入二级蜗壳15内进行二次加压，由于减少了一级压缩，可减少一级气动元件和一级级间冷却，大大缩小了压缩机整体尺寸和布置难度，减少了气体级间流动损失，提高了整机的效率，并降低了成本。电机8采用三相异步电机，压缩机流量调节通过变频控制，调节电机8转速并结合进口导叶机构3调节方式来实现压缩机变工况的调节，通过增加一级进口导叶调节机构，使压缩机叶轮性能曲线实现更广的调节范围，满足工作现场的工况波动。
如图2所示，齿轮增速箱5的内部还设置有滑动轴承10和推力盘11，滑动轴承10的数量设置为两个，两个滑动轴承10分别套设在高速轴12上，推力盘11的数量设置为两个，两个推力盘11分别套设在高速轴12上，且两个推力盘11分别设置在两个滑动轴承10的内侧。采用自主设计的高性能滑动轴承10，承载能力强，功率损耗小，本发明通过设置推力盘11，抵消高速轴12的轴向力，减小滑动轴承10的功率损耗和设计难度，提高压缩机齿轮增速箱5的效率和可靠性。
工作原理
工作时，电机8带动齿轮增速箱5对高速轴12进行增速，将一级叶轮9和二级叶轮13增速至设计转速，使气体从进气喷嘴2进入，先由一级叶轮9对空气进行做功，在一级蜗壳4内进行加压，加压后的气体进入级间冷却器1进行冷却，后进入二级进气喷嘴，再进入二级叶轮13进行二次做功，在二级蜗壳6内加压至设计点压力，最后由排气管7排出，将加压后的空气输送至目标点。此外，压缩机流量调节通过变频控制，调节电机8转速，并结合进口导叶机构3调节方式来实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：包括级间冷却器(1)、一级压缩组件(4)、齿轮增速箱(5)、二级压缩组件(6)和电机(8)，电机(8)驱动齿轮增速箱(5)运转，一级压缩组件(4)和二级压缩组件(6)分别固定连接在齿轮增速箱(5)的两侧，齿轮增速箱(5)的内部设置有高速轴(12)，高速轴(12)的两端分别延伸出齿轮增速箱(5)外，且高速轴(12)的两端分别与一级压缩组件(4)和二级压缩组件(6)固定连接，一级压缩组件(4)和二级压缩组件(6)分别与级间冷却器(1)的两端连通。
2.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：一级压缩组件(4)固定连接在齿轮增速箱(5)的左侧，一级压缩组件(4)的进气口固定连接有进口导叶机构(3)，进口导叶机构(3)的一端固定连接有进气喷嘴(2)。
3.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：一级压缩组件(4)的出气口固定连接有一级出气管(16)，一级出气管(16)的一端与级间冷却器(1)的一端连通。
4.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：二级压缩组件(6)固定连接在齿轮增速箱(5)的右侧，二级压缩组件(6)的进口固定连接有二级进气管(17)，二级进气管(17)的一端与级间冷却器(1)的另一端连通。
5.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：二级压缩压缩(6)的出气口固定连接有排气管(7)，排气管(7)与外部设备固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：一级压缩组件(4)包括一级蜗壳(14)和一级叶轮(9)，一级叶轮(9)设置在一级蜗壳(14)的内部，一级蜗壳(14)的右端固定连接在齿轮增速箱(5)的左侧，一级蜗壳(14)的左端与进口导叶机构(3)的一端固定连接，高速轴(12)的左端设置为穿过一级蜗壳(14)的右端，且一级叶轮(9)设置在高速轴(12)的左端上。
7.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：二级压缩组件(6)包括二级蜗壳(15)和二级叶轮(13)，二级叶轮(13)设置在二级蜗壳(15)的内部，二级蜗壳(15)的左端固定连接在齿轮增速箱(5)的右侧，二级蜗壳(15)的右端与二级进气管(17)的一端固定连接，高速轴(12)的右端设置为穿过二级蜗壳(15)的左端，且二级叶轮(13)设置在高速轴(12)的右端上。
8.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：齿轮增速箱(5)的内部还设置有滑动轴承(10)和推力盘(11)，滑动轴承(10)的数量设置为两个，两个滑动轴承(10)分别套设在高速轴(12)上，推力盘(11)的数量设置为两个，两个推力盘(11)分别套设在高速轴(12)上，且两个推力盘(11)分别设置在两个滑动轴承(10)的内侧。
9.根据权利要求1所述的一种高功率双级离心压缩机，其特征在于：电机(8)采用三相异步电机。
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