CN206943027U - 一种两级离心压缩装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种两级离心压缩装置，包括进口段、叶轮、无叶扩压器、叶片扩压器、弯道、回流器和排气蜗壳。进口段通过管路连接上游CO2充装系统。处于微超临界状态的CO2气体经过两级压缩后经排气蜗壳流出，进入下游吸热做功。本实用新型所述离心压缩装置具有结构紧凑，系统简单的优点，实用价值较高，可为光热发电、分布式能源系统以及大型火力发电系统提供关键部件。
Description
技术领域
本实用新型属于能源利用领域，具体涉及一种应用于热力发电领域中的超临界CO2两级离心压缩装置。
背景技术
超临界CO2循环具有设备紧凑、系统简单、无水处理、压缩功小、低阻传输、高效回热等优点，可以降低平准化电力成本8～15％，在光热发电、分布式能源系统以及大型火力发电领域都有广阔的应用前景。
超临界CO2系统主要是由压缩机、加热器、涡轮机、回热器和预冷器等部件组成。其中超临界CO2物性、换热规律研究，压缩机和涡轮机的设计制造，系统运行状态控制研究等关键技术具有很好的研究价值。目前，针对离心压缩机的设计研究都是朝着高速、高效、高压比的方向发展，有关超临界CO2压缩机的研究主要集中在如何提高压缩机效率，降低能耗方面。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种于热力发电领域中的超临界CO2两级离心压缩装置，该装置能够实现对处于微超临界状态的CO2气体的高效压缩。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现：
一种超临界CO2两级离心压缩装置，包括两级叶轮，第一级叶轮包括叶轮Ⅰ、无叶扩压器Ⅰ、叶片扩压器Ⅰ和无叶扩压器Ⅱ，第二级叶轮包括叶轮Ⅱ、无叶扩压器Ⅲ、叶片扩压器Ⅱ和无叶扩压器Ⅳ；
此外，还包括位于叶轮Ⅰ前端的进口段，位于无叶扩压器Ⅳ末端的排气蜗壳，以及依次连接在两级叶轮之间的弯道Ⅰ、回流器和弯道Ⅱ。
本实用新型进一步的改进在于，叶轮Ⅰ是由轮盘Ⅰ、主叶片Ⅰ和分流叶片Ⅰ构成的半开式叶轮，叶轮Ⅱ是由轮盘Ⅱ、主叶片Ⅱ和分流叶片Ⅱ构成的半开式叶轮。
本实用新型进一步的改进在于，主叶片Ⅰ、主叶片Ⅱ、分流叶片Ⅰ和分流叶片Ⅱ的叶顶间隙均为叶尖半径的0.3％～0.5％。
本实用新型进一步的改进在于，主叶片Ⅰ、主叶片Ⅱ、分流叶片Ⅰ和分流叶片Ⅱ的稠度均在1.0～1.2，两个分流叶片前缘与叶轮进口间距均占叶轮流道流向总长的1/4～2/5。
本实用新型进一步的改进在于，叶轮Ⅰ和叶轮Ⅱ的主叶片进气攻角均为1°～3°，轮盘前缘和叶尖半径比均为0.3～0.35。
本实用新型进一步的改进在于，主叶片Ⅰ、主叶片Ⅱ、分流叶片Ⅰ和分流叶片Ⅱ均采用后弯式设计，后弯角在-35°～-45°之间，所有叶片采用钛合金制成，叶片最薄位置厚度大于等于1mm。
本实用新型进一步的改进在于，主叶片Ⅰ、主叶片Ⅱ、分流叶片Ⅰ和分流叶片Ⅱ前缘均为椭圆形状，椭圆纵横比在3～5之间。
本实用新型进一步的改进在于，无叶扩压器Ⅰ、叶片扩压器Ⅰ、无叶扩压器Ⅱ、无叶扩压器Ⅲ、叶片扩压器Ⅱ、无叶扩压器Ⅳ和回流器组成了扩压流道，叶片扩压器Ⅰ、回流器和叶片扩压器Ⅱ叶型采用NACA 6系列翼型。
本实用新型进一步的改进在于，排气蜗壳出口半径和蜗壳喉部半径之比为1.3～1.5。
本实用新型进一步的改进在于，弯道Ⅰ出口宽度和进口宽度之比为1～1.5；
回流器出口宽度和进口宽度之比为1～1.5；
弯道Ⅱ出口宽度和进口宽度之比为1～1.5。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置在具体操作时，离心压缩机叶轮处于高速旋转状态，且两级叶轮处于不同转速，将处于微超临界状态的CO2从充装系统抽入压缩机进口段。无叶扩压器Ⅰ、叶片扩压器Ⅰ、无叶扩压器Ⅱ、无叶扩压器Ⅲ、叶片扩压器Ⅱ、无叶扩压器Ⅳ和回流器组成离心压缩机的扩压流道，超临界CO2压力进一步提高。最后，超临界CO2从排气蜗壳流出压缩机，进入换热器进行定压吸热，达到满足透平做功要求的气体参数。本实用新型所述离心压缩装置结构紧凑，系统简单，实用价值较高。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中：1-进口段，2-叶轮Ⅰ，3-叶轮Ⅱ，4-无叶扩压器Ⅰ，5-叶片扩压器Ⅰ，6-无叶扩压器Ⅱ，7-弯道Ⅰ，8-回流器，9-弯道Ⅱ，10-无叶扩压器Ⅲ，11-叶片扩压器Ⅱ，12-无叶扩压器Ⅳ，13-排气蜗壳；
201-主叶片Ⅰ，202-分流叶片Ⅰ，203-轮盘Ⅰ；
301-主叶片Ⅱ，302-分流叶片Ⅱ，303-轮盘Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
如图1所示，本实用新型提供的一种超临界CO2两级离心压缩装置，包括两级叶轮，第一级叶轮包括叶轮Ⅰ2、无叶扩压器Ⅰ4、叶片扩压器Ⅰ5和无叶扩 压器Ⅱ6，第二级叶轮包括叶轮Ⅱ3、无叶扩压器Ⅲ10、叶片扩压器Ⅱ11和无叶扩压器Ⅳ12；此外，还包括位于叶轮Ⅰ2前端的进口段1，位于无叶扩压器Ⅳ12末端的排气蜗壳13，以及依次连接在两级叶轮之间的弯道Ⅰ7、回流器8和弯道Ⅱ9。
进口段通过管道连接上游的CO2气体充装系统。处于微超临界状态的CO2气体在本实用新型装置中完成增压过程，并沿排气蜗壳流出压缩机系统，进入换热器进行定压加热过程。最后，满足温度和压力要求的超临界CO2气体进入燃气透平做功，带动发电机转子发电。
叶轮Ⅰ2是由轮盘Ⅰ203、主叶片Ⅰ201和分流叶片Ⅰ202构成的半开式叶轮，叶轮Ⅱ3是由轮盘Ⅱ303、主叶片Ⅱ301和分流叶片Ⅱ302构成的半开式叶轮。
主叶片Ⅰ201、主叶片Ⅱ301、分流叶片Ⅰ202和分流叶片Ⅱ302的叶顶间隙为叶尖半径的0.3％～0.5％。叶片稠度在1.0～1.2，分流叶片前缘与叶轮进口间距约占叶轮流道流向总长的1/4～2/5。主叶片Ⅰ201、主叶片Ⅱ301、分流叶片Ⅰ202和分流叶片Ⅱ302均采用后弯式设计，后弯角在-35°～-45°之间。叶片材料为钛合金，叶片最薄位置厚度大于等于1mm。主叶片Ⅰ201、主叶片Ⅱ301、分流叶片Ⅰ202和分流叶片Ⅱ302前缘均为椭圆形状，椭圆纵横比在3～5之间。叶轮Ⅰ2和叶轮Ⅱ3的主叶片进气攻角为1°～3°，轮盘前缘和叶尖半径比为0.3～0.35。
无叶扩压器Ⅰ4、叶片扩压器Ⅰ5、无叶扩压器Ⅱ6、无叶扩压器Ⅲ10、回流器8、无叶扩压器Ⅳ12和叶片扩压器Ⅱ11组成了离心压缩机的扩压流道，叶片扩压器Ⅰ5、回流器8和叶片扩压器Ⅱ11叶型采用NACA6系列翼型。
排气蜗壳13出口半径和蜗壳喉部半径之比为1.3～1.5。压缩装置在总压比2.5～3.5范围内稳定运行。叶轮Ⅰ2和叶轮Ⅱ3具有不同工作转速，由齿轮箱中的 不同齿轮轴驱动。弯道Ⅰ7出口宽度和进口宽度之比为1～1.5。回流器8出口宽度和进口宽度之比为1～1.5。弯道Ⅱ9出口宽度和进口宽度之比为1～1.5。
Claims (10)
1.一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，包括两级叶轮，第一级叶轮包括叶轮Ⅰ(2)、无叶扩压器Ⅰ(4)、叶片扩压器Ⅰ(5)和无叶扩压器Ⅱ(6)，第二级叶轮包括叶轮Ⅱ(3)、无叶扩压器Ⅲ(10)、叶片扩压器Ⅱ(11)和无叶扩压器Ⅳ(12)；
此外，还包括位于叶轮Ⅰ(2)前端的进口段(1)，位于无叶扩压器Ⅳ(12)末端的排气蜗壳(13)，以及依次连接在两级叶轮之间的弯道Ⅰ(7)、回流器(8)和弯道Ⅱ(9)。
2.根据权利要求1所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，叶轮Ⅰ(2)是由轮盘Ⅰ(203)、主叶片Ⅰ(201)和分流叶片Ⅰ(202)构成的半开式叶轮，叶轮Ⅱ(3)是由轮盘Ⅱ(303)、主叶片Ⅱ(301)和分流叶片Ⅱ(302)构成的半开式叶轮。
3.根据权利要求2所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，主叶片Ⅰ(201)、主叶片Ⅱ(301)、分流叶片Ⅰ(202)和分流叶片Ⅱ(302)的叶顶间隙均为叶尖半径的0.3％～0.5％。
4.根据权利要求2所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，主叶片Ⅰ(201)、主叶片Ⅱ(301)、分流叶片Ⅰ(202)和分流叶片Ⅱ(302)的稠度均在1.0～1.2，两个分流叶片前缘与叶轮进口间距均占叶轮流道流向总长的1/4～2/5。
5.根据权利要求2所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，叶轮Ⅰ(2)和叶轮Ⅱ(3)的主叶片进气攻角均为1°～3°，轮盘前缘和叶尖半径比均为0.3～0.35。
6.根据权利要求2所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，主叶片Ⅰ(201)、主叶片Ⅱ(301)、分流叶片Ⅰ(202)和分流叶片Ⅱ(302)均采用后弯式设计，后弯角在-35°～-45°之间，所有叶片采用钛合金制成，叶片最薄位置厚度大于等于1mm。
7.根据权利要求2所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，主叶片Ⅰ(201)、主叶片Ⅱ(301)、分流叶片Ⅰ(202)和分流叶片Ⅱ(302)前缘均为椭圆形状，椭圆纵横比在3～5之间。
8.根据权利要求2所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，无叶扩压器Ⅰ(4)、叶片扩压器Ⅰ(5)、无叶扩压器Ⅱ(6)、无叶扩压器Ⅲ(10)、叶片扩压器Ⅱ(11)、无叶扩压器Ⅳ(12)和回流器(8)组成了扩压流道，叶片扩压器Ⅰ(5)、回流器(8)和叶片扩压器Ⅱ(11)叶型采用NACA 6系列翼型。
9.根据权利要求1所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，排气蜗壳(13)出口半径和蜗壳喉部半径之比为1.3～1.5。
10.根据权利要求1所述的一种超临界CO2两级离心压缩装置，其特征在于，弯道Ⅰ(7)出口宽度和进口宽度之比为1～1.5；
回流器(8)出口宽度和进口宽度之比为1～1.5；
弯道Ⅱ(9)出口宽度和进口宽度之比为1～1.5。
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| CN201720853730.5U CN206943027U (zh) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | 一种两级离心压缩装置 |
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| CN (1) | CN206943027U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111550444A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-18 | 中国航发湖南动力机械研究所 | 混合式叶片径向/斜向扩压器 |
| CN112253491A (zh) * | 2020-09-03 | 2021-01-22 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种多级离心式超临界二氧化碳压缩机 |
| US11111793B2 (en) | 2018-08-24 | 2021-09-07 | Rolls-Royce Plc | Turbomachinery |
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2017
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