CN111832189B - 一种离心式蒸汽压缩机选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于蒸汽压缩机技术领域，具体公开了一种离心式蒸汽压缩机选型方法，包括以下步骤：S1:计算出离心式蒸汽压缩机在不同流量下的排气压力和排气总焓；S2:查询给定进气温度下的以下性能参数：进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度；S3:将S2中的性能参数无量纲化，得到该离心式蒸汽压缩机的无量纲性能曲线；S4:确定新给定运行条件下的对应转速；S5:得出新给定运行条件下的准确转速；并输出准确转速下的进气口的气体流量、排气压力、多变效率、气动功率，绘制成性能曲线。上述方法，能够解决现有的选型方法存在的耗费时间长、占用计算机资源多的问题。

Description

一种离心式蒸汽压缩机选型方法

技术领域

本发明属于蒸汽压缩机技术领域，尤其涉及一种离心式蒸汽压缩机选型方法。

背景技术

蒸汽压缩机总体构成较为复杂，主要由压缩***、蒸汽降温器和润滑***三个基本单元组成，蒸汽压缩机是热回收***对产生的蒸汽通过压缩作用而提高蒸汽温度和压力的关键设备，其作用是将低压(或低温)的蒸汽加压升温，以达到工艺或者工程所需的温度和压力要求。蒸汽压缩机一般包括罗茨式压缩机(容积式)、离心式压缩机(速度式)等。

目前，离心式蒸汽压缩机在进行选型时，需要提供详细的性能型谱，如图1、2、3，包括流量-压比、流量-效率和流量-功率的性能型谱，并辅助一定的数值计算，可以得到较为准确的机组运行参数，从而确定机组的型号。采用性能型谱来确定机组的型号，存在以下的缺点：①变转速性能型谱需要耗费大量时间、计算机资源去进行数值计算；②机组温升变化后，如果性能型谱上的转速间隔较大，参照变转速性能型谱往往难得到准确的效率、升压、功率等必要的参数；如果转速间隔较小，则需耗费更多的时间、资源去进行数值计算；③离心式蒸汽压缩机进口温度变化时，需要重新确定机组的运行转速、计算机组的性能曲线，才能够较为准确地判断机组此时的工作流量是否在高效区、是否具有较宽的调节范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心式蒸汽压缩机选型方法，以解决现有的选型方法存在的耗费时间长、占用计算机资源多的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种离心式蒸汽压缩机选型方法，包括以下步骤：

S1:根据离心式蒸汽压缩机的性能参数计算出该离心式蒸汽压缩机在不同流量下的排气压力和排气总焓；

S2:查询给定进气温度下的以下性能参数：进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度；

S3:将S2中的性能参数无量纲化，得到该离心式蒸汽压缩机的无量纲性能曲线，包括能量头系数-流量系数曲线、多变效率-流量系数曲线；

S4:确定新给定运行条件下的对应转速；新给定运行条件包括进气饱和温度、饱和温升和所需流量；根据新给定运行条件中的所需流量计算对应转速下的离心式蒸汽压缩机的压比和多变效率；

S5:将S4计算得出的压比与所需的压比进行比较，并调整转速以满足所需的压比的要求，从而得出新给定运行条件下的准确转速；计算得出准确转速下离心式蒸汽压缩机的排气压力、排气总焓、进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度，从而得到离心式蒸汽压缩机的气动功率；并输出准确转速下的进气口的气体流量、排气压力、多变效率、气动功率，绘制成性能曲线。

离心式蒸汽压缩机工作条件的不同主要表现在进气饱和温度和饱和温升，所以给定了进气饱和温度、饱和温升、所需流量后，能否选用离心式蒸汽压缩机原始设计参数(通常原始设计参数与给定参数是不同的)下的机组，需要确定新给定参数下的运行转速，以确保在此转速下，离心式蒸汽压缩机机组在要求流量下满足做功的需求。

进一步，在步骤S2中，通过水蒸气物性参数软件查询到给定进气温度下的进气密度、进气熵和进气总焓；根据排气压力和进气熵查出排气等熵密度和等熵总焓；根据排气压力和排气总焓查得排气密度。

进一步，在步骤S3中，流量系数表示为φ^*，

多变效率表示为η_p ^*，

流量头系数表示为ψ^*，

其中n表示多变过程指数，

f为多变压头系数，

n_s为等熵过程指数，

其中Q_in表示进气口的气体流量，ρ_in表示进气口的气体密度，D₂表示叶轮出口处的直径，p_in为进气压力，p_out为排气压力，v_in为进气比容，v_out为排气比容，v_out,s为等熵过程中的排气比容，h_in为进气总焓，h_out为排气总焓，h_out,s为等熵过程中的排气总焓，N为转速。

进一步，在步骤S4中，气动功率表示为P，P＝Q_in*(h_out-h_in)。

进一步，在步骤S4中，根据新给定运行条件下的机器马赫数与离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的机器马赫数相等，能够求得新给定运行条件下的对应转速，

M＝M^*,其中，M表示新给定运行条件下的机器马赫数，M^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的机器马赫数，u₂表示对应转速下叶轮出口处的圆周速度，u₂ ^*为离心式蒸汽压缩机原始设计参数下叶轮出口处的圆周速度，

a_in为新给定运行条件下的进口声速，a_in ^*为离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的进口声速。

进一步，在步骤S4中，在对应转速下的能量头系数ψ和多变效率η_p，与离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的离心式蒸汽压缩机的能量头系数和多变效率分别有对应的等量关系，即是ψ＝α*ψ^*，

其中ψ^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的能量头系数，η_p ^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的多变效率，α、β是与进气温度有关的经验系数。

本技术方案的有益效果在于：①用户要求温升变化、进气温度不变时，不再需要通过尝试性数值计算去确定准确的运行转速，可直接输入转速查看输出压力，从而精准确定离心式蒸汽压缩机的运行转速，可大大节省时间成本。②用户要求进气温度变化时，不再需要通过尝试性数值计算去确定准确的运行转速，同时也不需要数值计算得到该转速下的性能曲线来判断工况是否处于高效区、是否具有较宽的调节范围；仅需输入相应的进气温度，调整转速，通过查看并对比排气压力，即可输出相应的性能曲线，能够准确判断该工况是否处于高效区、是否具有较宽的调节范围。

附图说明

图1为背景技术中流量-压比的性能型谱；

图2为背景技术中流量-效率的性能型谱；

图3为背景技术中流量-功率的性能型谱；

图4为本发明一种离心式蒸汽压缩机选型方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例基本如附图1-4所示：一种离心式蒸汽压缩机选型方法，包括以下步骤：

S1:根据离心式蒸汽压缩机的性能参数计算出该离心式蒸汽压缩机在不同流量下的排气压力和排气总焓；

S2:查询给定进气温度下的以下性能参数：进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度；

S3:将S2中的性能参数无量纲化，得到该离心式蒸汽压缩机的无量纲性能曲线，包括能量头系数-流量系数曲线、多变效率-流量系数曲线；

S4:确定新给定运行条件下的对应转速；新给定运行条件包括进气饱和温度、饱和温升和所需流量；根据新给定运行条件中的所需流量计算对应转速下的离心式蒸汽压缩机的压比和多变效率；

离心式蒸汽压缩机工作条件的不同主要表现在进气饱和温度和饱和温升，所以给定了进气饱和温度、饱和温升、所需流量后，能否选用离心式蒸汽压缩机原始设计参数(通常原始设计参数与给定参数是不同的)下的机组，需要确定新给定参数下的运行转速，以确保在此转速下，离心式蒸汽压缩机机组在要求流量下满足做功的需求。

S5:将S4计算得出的压比与所需的压比进行比较，并调整转速以满足所需的压比的要求，从而得出新给定运行条件下的准确转速；计算得出准确转速下离心式蒸汽压缩机的排气压力、排气总焓、进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度，从而得到离心式蒸汽压缩机的气动功率；并输出准确转速下的进气口的气体流量Q_in、排气压力p_out、多变效率η_p、气动功率P，绘制成性能曲线。

其中，在步骤S2中，通过水蒸气物性参数软件查询到给定进气温度下的进气密度、进气熵和进气总焓；根据排气压力和进气熵查出排气等熵密度和等熵总焓；根据排气压力和排气总焓查得排气密度。

在步骤S3中，流量系数表示为φ^*，

多变效率表示为η_p ^*，

流量头系数表示为ψ^*，

其中n表示多变过程指数，

f为多变压头系数，

n_s为等熵过程指数，

其中Q_in表示进气口的气体流量，ρ_in表示进气口的气体密度，D₂表示叶轮出口处的直径，p_in为进气压力，p_out为排气压力，v_in为进气比容，v_out为排气比容，v_out,s为等熵过程中的排气比容，h_in为进气总焓，h_out为排气总焓，h_out,s为等熵过程中的排气总焓，N为转速。

在步骤S4中，气动功率表示为P，P＝Q_in*(h_out-h_in)。

在步骤S4中，在步骤S4中，根据新给定运行条件下的机器马赫数与离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的机器马赫数相等，能够求得新给定运行条件下的对应转速，

M＝M^*,其中，M表示新给定运行条件下的机器马赫数，M^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的机器马赫数，u₂表示对应转速下叶轮出口处的圆周速度，u₂ ^*为离心式蒸汽压缩机原始设计参数下叶轮出口处的圆周速度，

a_in为新给定运行条件下的进口声速，a_in ^*为离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的进口声速。

在步骤S4中，在步骤S4中，在对应转速下的能量头系数ψ和多变效率η_p，与离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的离心式蒸汽压缩机的能量头系数和多变效率分别有对应的等量关系，即是ψ＝α*ψ^*，

其中ψ^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的能量头系数，η_p ^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的多变效率，α、β是与进气温度有关的经验系数。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种离心式蒸汽压缩机选型方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1:根据离心式蒸汽压缩机的性能参数计算出该离心式蒸汽压缩机在不同流量下的排气压力和排气总焓；

S2:查询给定进气温度下的以下性能参数：进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度；

S3:将S2中的性能参数无量纲化，得到该离心式蒸汽压缩机的无量纲性能曲线，包括能量头系数-流量系数曲线、多变效率-流量系数曲线；

S4:确定新给定运行条件下的对应转速；新给定运行条件包括进气饱和温度、饱和温升和所需流量；根据新给定运行条件中的所需流量计算对应转速下的离心式蒸汽压缩机的压比和多变效率；

S5:将S4计算得出的压比与所需的压比进行比较，并调整转速以满足所需的压比的要求，从而得出新给定运行条件下的准确转速；计算得出准确转速下离心式蒸汽压缩机的排气压力、排气总焓、进气密度、进气熵、进气总焓、排气等熵密度、排气等熵总焓和排气密度，从而得到离心式蒸汽压缩机的气动功率；并输出准确转速下的进气口的气体流量、排气压力、多变效率、气动功率，绘制成性能曲线。

2.根据权利要求1所述的一种离心式蒸汽压缩机选型方法，其特征在于：在步骤S2中，通过水蒸气物性参数软件查询到给定进气温度下的进气密度、进气熵和进气总焓；根据排气压力和进气熵查出排气等熵密度和等熵总焓；根据排气压力和排气总焓查得排气密度。

3.根据权利要求1所述的一种离心式蒸汽压缩机选型方法，其特征在于：在步骤S3中，流量系数表示为φ^*，

多变效率表示为η_p ^*，

流量头系数表示为ψ^*，

其中n表示多变过程指数，

f为多变压头系数，

n_s为等熵过程指数，

其中Q_in表示进气口的气体流量，ρ_in表示进气口的气体密度，D₂表示叶轮出口处的直径，p_in为进气压力，p_out为排气压力，v_in为进气比容，v_out为排气比容，v_out,s为等熵过程中的排气比容，h_in为进气总焓，h_out为排气总焓，h_out,s为等熵过程中的排气总焓，N为转速。

4.根据权利要求3所述的一种离心式蒸汽压缩机选型方法，其特征在于：在步骤S4中，气动功率表示为P，P＝Q_in*(h_out-h_in)。

5.根据权利要求3所述的一种离心式蒸汽压缩机选型方法，其特征在于：在步骤S4中，根据新给定运行条件下的机器马赫数与离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的机器马赫数相等，能够求得新给定运行条件下的对应转速，

M＝M^*,其中，M表示新给定运行条件下的机器马赫数，M^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的机器马赫数，u₂表示对应转速下叶轮出口处的圆周速度，u₂ ^*为离心式蒸汽压缩机原始设计参数下叶轮出口处的圆周速度，

a_in为新给定运行条件下的进口声速，a_in ^*为离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的进口声速。

6.根据权利要求3所述的一种离心式蒸汽压缩机选型方法，其特征在于：在步骤S4中，在对应转速下的能量头系数ψ和多变效率η_p，与离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的离心式蒸汽压缩机的能量头系数和多变效率分别有对应的等量关系，即是ψ＝α*ψ^*，

其中ψ^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的能量头系数，η_p ^*表示离心式蒸汽压缩机原始设计参数下的多变效率，α、β是与进气温度有关的经验系数。

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