CN118119771A - 压缩机，尤其径流式压缩机 - Google Patents
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Abstract
一种压缩机(1)，所述压缩机包括转子，所述转子沿着旋转轴线(3)延伸，所述压缩机包括壳体(9)，其中壳体(9)围绕转子设置，其中壳体(9)具有轴向的入流部(4)并且在轴向的入流部(4)的下游具有第一压缩级并且进一步在所述第一压缩级的下游具有用于工艺流体的径向的出流部(5)，其中径向的出流部(5)引导通过壳体(9)，所述压缩机还包括叶轮(2)，所述叶轮设置在转子上，所述压缩机具有用于将液体喷射到轴向的入流部(4)中的喷射装置(15)。
Description
技术领域
本发明涉及一种压缩机，尤其径流式压缩机。
背景技术
在如今的压缩机，尤其径流式压缩机中，达到约90％的级效率，这被视为物理极限。可以通过使用水喷射来提高效率。水喷射的优点已经在燃气轮机中已知，在那里水喷射明显有助于提高功率和效率。在水喷射中，用高压在压缩机上游或在多级压缩机中的级之间喷射水。水在压缩期间蒸发并且连续地冷却气体，如在等温压缩的比较过程中那样。由此可以将效率提高1％-2％。
在压缩机技术的领域中，在原料气体压缩机中使用水喷射，在原料气体压缩机中，在压缩机级之间喷射水，以降低介质在各个级之间的排出温度，以便防止介质的聚合。
虽然存在通过将可蒸发的液体直接喷射到压缩机的气流中已知的优点，但是也存在一些缺点。
有问题的是，喷射到压缩机气流中的液体的蒸发达到了受限的程度。当液体喷射到压缩机的低速区域中时可能会出现液体无法***或雾化成非常小的液滴。需要非常小的液滴以实现高程度的蒸发，因为这种液滴的表面积相对于液滴的体积是大的，从而液滴可以容易地吸收热量和蒸发。
撞到内部的压缩机部件、例如叶轮上的大液滴导致严重腐蚀的风险。
发明内容
本发明的目的是提出一种改进的压缩机，尤其径流式压缩机。
根据本发明，所述目的通过一种压缩机来实现，所述压缩机包括转子，所述转子沿着旋转轴线延伸，所述压缩机包括壳体，其中壳体围绕转子设置，其中壳体具有轴向的入流部并且在轴向的入流部的下游具有第一压缩级并且进一步在第一压缩级的下游具有用于工艺流体的第一径向的出流部，其中第一径向的出流部引导通过内壳体，所述压缩机还包括设置在转子上的叶轮，所述压缩机具有用于将液体喷射到轴向的入流部中的喷射装置，其中待压缩的工艺流体首先被抽吸，并且根据所抽吸的介质的温度和相对湿度来实现所喷射的液体的量。
从属于独立权利要求的从属权利要求包含本发明的有利的改进方案。
就本发明而言，如轴向、径向、切向或环周方向的表述分别意味着相对于转子的轴线或旋转轴线的关系。压缩级在此意味着借助于一个或多个压缩机叶轮压缩特定的质量流。在根据本发明使用术语“压缩机级”或“压缩级”时决定性的是在压缩机中的不间断的流动路径中发生的压缩，而待压缩的质量流或其部分流无需从压缩机中导出，并且可能无需经历另外的工艺步骤。这也意味着，在压缩级的输入端，待压缩的工艺流体借助于进流部引入到压缩机的壳体中，并且在压缩级的输出端，至少一部分——通常是工艺流体的全部质量流——借助于出流部又从对应的压缩级的壳体中导出。
根据本发明，使用混合物作为液体。
通过混入甲醇(沸点65℃)或乙醇(沸点78℃)，可以在压缩过程中设定目标精确的蒸发。随着温度升高，混合物的不同的份额沿着压缩段蒸发并且吸收热量。由此，可以实现比当仅用单相液体工作时更低的温度。
另一改进在于，当有益于压缩过程时，通过合适的混合参与物建立更高的沸腾温度。此外，如果混合焓是负的并且应实现附加的(混合)冷却，则可以在待压缩的介质内进行混合。
此外本发明追求接近等温压缩的目标，所述等温压缩引起高的效率。
借助根据本发明的液体、例如水或液态气体的蒸发，可以减小流动的体积流。借此，在给定的横截面的情况下，速度和流动损失降低。
因此，蒸发可以用于更紧凑地设计压缩机，而紧凑性不会对压缩机的功率造成负面影响。
在一个有利的改进方案中，在螺旋级(工艺级的最后的级)中的喷射是特别有效的。
在另外的有利的改进方案中，也在流入部和回引级中提出喷射装置。根据运行点，应调节液体的量，以便确保接近饱和的最优状态，并且避免液体聚集。
在一个有利的改进方案中，水的量大约为2重量％。在此，包括蒸发的添加的水在内的总体积流减小约8％，这会将扩散器和螺旋部的损失减小约15％。
可以以液体聚集状态喷射气体或者可以喷射另外的介质，例如水、甲醇或乙醇，或由多种组分构成的混合物。
所喷射的介质选择成，使得其蒸发温度低于没有液体喷射的随后的压缩级的叶轮出口处的温度，关于那里存在的最终压力。
在多种液体的混合物中，对于最高沸腾的组分必须满足所述条件。另一方面，(在混合物中：最低沸腾的组分的)蒸发温度可以低于喷射部位处的气体温度。
所喷射的介质选择成，使得蒸发温度高于在喷射部位处的经压缩的气体的温度，并且低于随后的压缩机级下游的温度，关于没有液体喷射的情况。
当在喷射之后的压缩过程之后的温度高于液体的蒸发温度时，在高于单个组分的最高蒸发温度的液体混合物中实现非常好的内部冷却。对于这种情况，将利用内部冷却的潜力，因为利用了蒸发过程的高的焓。
通过主动地配量液体量，改进液体喷射。液体量的计算经由所抽吸的介质的温度和相对湿度来进行。然后，配量可以通过接通和关断喷嘴或经由泵转速或也可以经由旁路调节来实现。
以所喷射的液体的停留时间对于工艺流体的有效的润湿起着决定性的作用。
根据本发明，提出在喷入部与叶轮入口之间的最小间距为叶轮入口直径的3倍，以便借助于液体喷射实现压缩机驱动功率的有效的减小。
已经发现，当在喷入部与叶轮入口之间的间距基本上为叶轮入口直径的10倍时，可以达到最优。该关系通常适用于，喷入部距叶轮入口的间距能够越小，所引入的液体液滴就越细。
在另一有利的改进方案中，提出在具有相对于彼此限定的间距的多个单元中的喷射的级联。在此，也不应低于最后的级联的最小间距。在级联中的喷射喷嘴在流动方向上观察可以相对于彼此错开地设置，以便不相互干扰。在级联的布置中，可以减小每个位置的所喷射的液体量。
下面根据特别的实施例参照附图详细阐述本发明。
本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法结合对实施例的以下描述变得更清楚和更易于理解，所述实施例结合附图进一步阐述。
相同的构件或具有相同功能的构件在此用相同的附图标记表示。
下面根据附图描述本发明的实施例。所述附图不应一定符合比例地示出实施例，更确切地说，在需要解释时，附图以示意的和/或轻微变形的方式给出。关于从附图中直接可见的教导的补充，参照提出的现有技术。
附图说明
附图示出：
图1示出根据现有技术的径流式压缩机的剖面图，
图2示出根据本发明的第一压缩机的示意图的纵剖面。
具体实施方式
如果不另作说明，则术语如轴向、径向、切向或环周方向是关于转子的轴线X的。
图1在(简化的)剖面图中示出已知的径流式流体机械。所示出的流体机械涉及压缩机1，尤其径流式压缩机。
流体机械尤其包括径向的叶轮2，所述叶轮以可围绕旋转轴线3旋转的方式支承。叶轮2具有轴向的入流部4以及径向的出流部5。
此外，叶轮2包括轮6以及径向地从毂6伸出的叶轮叶片7。在叶轮叶片7之间构成有可由流体穿流的流动通道。此外，毂6与压缩机1的图中未示出的轴连接。
此外，叶轮2具有轮盘8，所述轮盘与毂6一体式地构成并且将叶轮叶片7彼此连接。在本实施例中，叶轮2是所谓的敞开式叶轮，即没有盖盘的叶轮。在一个替选的(图中未示出的)实施方式中，叶轮2可以是所谓的闭合式叶轮，即具有盖盘的叶轮。
此外，压缩机1包括壳体9，叶轮2放置在所述壳体中。壳体9的一部分构成为螺旋壳体。也就是说，壳体9具有带有螺旋形空腔11的螺旋壳体部分10。
此外，压缩机具有环形的、关于旋转轴线3轴向对称的扩散器12，所述扩散器构成为壳体9中的空腔或者通道。扩散器12围绕叶轮2的环周设置并且构成为径向扩散器。此外，扩散器12通入螺旋壳体部分10或其空腔11中。
此外，在图1中以双箭头的形式可识别叶轮2的出口直径13。
此外，扩散器12具有多个扩散器叶片14。也就是说，扩散器12是带叶片的扩散器。在当前的实施例中，扩散器12具有六个扩散器叶片14，在图1中仅可看到其中两个扩散器叶片。但是，原则上，扩散器12也可以具有其他数量的扩散器叶片14。
压缩机1用于压缩流体，例如空气。在压缩机1的运行期间，流体轴向地通过轴向的入流部4流入到叶轮2中或流入到通过叶轮叶片7形成的流动通道中。流体通过叶轮2置于旋转中并且径向向外通过径向的出流部5离开叶轮2。
从叶轮2流出的流体从那里流动到扩散器12中。扩散器12将流体的动能的一部分转换成呈压力形式的势能，并且将流体引导到螺旋壳体部分10的空腔11中。
图2示出具有根据本发明的喷射装置15的压缩机1的一部分的纵剖示意图。在图2的左边缘处可看到轴向的入流部4的一部分。叶轮入口直径16用双箭头表示。叶轮入口17设置在图2中未示出的叶轮2的上游。
在叶轮入口17处设置有入流壳体18，所述入流壳体经由多个法兰19彼此连接。
喷嘴21以间距20设置在入流壳体18中。喷嘴21构成用于输送液体。在此，从右边流动的工艺流体朝向压缩机1运动，并且液体借助于喷嘴21到达工艺流体中。
在此，液体的蒸发温度低于在喷射之后在压缩过程中待压缩的工艺流体的温度。
此外，喷射装置15具有未详细示出的调节装置，所述调节装置构成为，使得可以调节所喷射的液体的量。
在此，喷射装置15构成为，使得待压缩的工艺流体首先被抽吸，并且根据所抽吸的工艺流体的温度和相对湿度来实现所喷射的液体的量。
如在图2中可看出，喷射装置15构成为，使得液体的喷射在待压缩的工艺流体内进行。
喷射装置15可以具有多个喷嘴21(未示出)，所述多个喷嘴在工艺流体的流动方向上相继地设置。
已发现，如果在叶轮2上游的最后的喷嘴21与叶轮入口17之间的间距20为叶轮入口直径16的3倍，则喷射的效果是有利的。
当在叶轮2上游的最后的喷嘴21与叶轮入口17之间的间距20为叶轮入口直径16的0.5倍至0.75倍，优选0.66倍时，另一有利的效果被证实。
当在叶轮2上游的最后的喷嘴21与叶轮入口17之间的间距20为叶轮入口直径16的10倍22时，喷射装置15特别有效地作用。
改进喷射装置15的效率的另一可行性通过如下方式来实现：多个喷嘴在流动方向上相继地设置。由此，改进的混合是可行的。在图2中，所述改进的布置通过第一线23和第二线24示意性地示出。
不仅在第一线23处而且在第二线24处设置有另外的(未示出的)喷嘴。在喷嘴21与对应于10倍间距22的位置之间的间距是长度L。在喷嘴21与第一线23处的位置处的另外的喷嘴之间的间距基本上对应于长度L的三分之一。
在第一位置23处的另外的喷嘴与在第二线24处的位置处的另外的喷嘴之间的间距基本上对应于长度L的三分之一。
在第二位置24处的另外的喷嘴与对应于10倍间距22的位置之间的间距基本上是长度L的三分之一。
在图2中仅绘出用于另外的喷嘴的两个另外的位置。还可设想相对于彼此以一定间距设置的另外的喷嘴。
Claims (21)
1.一种压缩机(1)，包括：
转子，所述转子沿着旋转轴线(3)延伸，
壳体(9)，
其中所述壳体(9)围绕所述转子设置，
其中所述壳体(9)具有轴向的入流部(4)并且在所述轴向的入流部(4)的下游具有第一压缩级，并且进一步在所述第一压缩级的下游具有用于工艺流体的径向的出流部(5)，
其中所述径向的出流部(5)引导通过所述壳体(9)，
所述压缩机还包括设置在所述转子上的叶轮(2)，
其特征在于，
设有用于将液体喷射到所述轴向的入流部(4)中的喷射装置(15)，
其中待压缩的所述工艺流体首先被抽吸，并且根据所抽吸的介质的温度和相对湿度来实现所喷射的液体的量。
2.根据权利要求1所述的压缩机(1)，
其中所述液体的蒸发温度低于在所述喷射之后在压缩过程中待压缩的所述工艺流体的温度。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机(1)，
所述压缩机具有调节装置，所述调节装置构成为，使得能够调节所喷射的液体的量。
4.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述喷射装置(15)构成为，使得在待压缩的所述介质内进行所述液体的喷射。
5.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中在所述叶轮(2)的上游进行所述液体的喷射。
6.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述压缩机(1)具有螺旋级，以及进行所述液体到所述螺旋级中的喷射。
7.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述压缩机(1)具有流入部，以及进行所述液体到所述流入部中的喷射。
8.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述压缩机(1)具有回引级，以及进行所述液体到所述回引级中的喷射。
9.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述液体的喷射经由多个喷嘴(21)进行。
10.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述压缩机(1)具有叶轮入口(17)，所述叶轮入口具有叶轮入口直径(16)，
其中在所述叶轮(2)上游的最后的所述喷嘴(21)与所述叶轮入口(17)之间的间距(20)为所述叶轮入口直径(16)的3倍。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述压缩机(1)具有叶轮入口(17)，所述叶轮入口具有叶轮入口直径(16)，
其中在所述叶轮(2)上游的最后的所述喷嘴(21)与所述叶轮入口(17)之间的间距(20)为所述叶轮入口直径(16)的10倍。
12.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述喷嘴(21)在轴向方向上彼此间隔开地设置并且形成级联的喷射。
13.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所述喷嘴(21)相对于彼此错开地设置。
14.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所喷射的液体的量能够通过接通和关断所述喷嘴(21)来调节。
15.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所喷射的液体的量能够通过转速来调节。
16.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中所喷射的液体的量经由旁路调节装置来实现。
17.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中用于喷射的所述喷射装置(15)构成为，使得能够喷射由水和酒精构成的混合物。
18.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，
其中用于喷射的所述喷射装置(15)构成为，使得所述混合物具有水和乙醇和/或具有水和甲醇。
19.根据上述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，所述压缩机构成为径流式压缩机。
20.根据权利要求19所述的径流式压缩机，其中所述径流式压缩机单级地构成。
21.根据权利要求19所述的径流式压缩机，其中所述径流式压缩机多级地构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |