專利名稱：多級離心式壓縮機(jī)的改進(jìn)的制作方法
多級離心式壓縮機(jī)的改進(jìn)本發(fā)明涉及多級離心式壓縮機(jī)的改進(jìn)，具體涉及一種改進(jìn)的多級離心式壓縮機(jī)。自20世紀(jì)60年代以來，變速動力壓縮機(jī)如離心式壓縮機(jī)就被用于壓縮空氣或其它氣體。離心式壓縮機(jī)包括安裝至軸線以形成葉輪的壓縮機(jī)葉片的圓筒形組件，并且基于多種原因可用在多個領(lǐng)域中。這些離心式壓縮機(jī)通常是節(jié)能的，并且由于其具有很少的移動件可較少地進(jìn)行維護(hù)。與類似尺寸的往復(fù)式壓縮機(jī)相比，離心式壓縮機(jī)通?？商峁└叩臍饬?。離心式壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)是盡管多級離心式壓縮機(jī)可以獲得顯著的排放壓力，但其通常不能獲得非多級往復(fù)式壓縮機(jī)的高壓縮比。離心式壓縮機(jī)的性能由葉輪速度、總壓頭(total head)以及所需的體積流量來表示。在離心式壓縮機(jī)中，壓力比即從壓縮機(jī)排出的氣壓與進(jìn)入該壓縮機(jī)的氣壓的比率與葉輪速度成比例。級效率(stage efficiency)與比速(specific speed)相關(guān)聯(lián)，比速被限定為與實(shí)際壓縮機(jī)幾何上相似的理想壓縮機(jī)的速度，即，當(dāng)在該速度下運(yùn)行時(shí)，實(shí)際壓縮機(jī)將通過一單位壓頭在一單位時(shí)間內(nèi)增加一單位體積。比速(Ns)可以通過以下公式來計(jì)算N =We
lyS 丑 0.75其中N=葉輪的轉(zhuǎn)速(rpm)Q =體積流量(1/m)H=總動壓頭(m)

圖1示出了一類離心式壓縮機(jī)的效率隨比速的變化圖，該圖表明了存在最優(yōu)的比速，在高比速和低比速下效率降低。在工業(yè)氣體應(yīng)用中利用的、現(xiàn)有技術(shù)的離心式壓縮機(jī)通常為雙極或三級壓縮機(jī)。 為了獲得期望的壓力比，可以用級之間的中間冷卻來改進(jìn)總效率，每級的比功(specific work) (w)即每單位質(zhì)量流做的功可以通過以下公式來計(jì)算W = R1^T1* * (Pr("-1)/n -1)
( -1)其中R1 =在恒定壓力下的氣體的比熱(J/kg · K)T1=入口溫度(K)η=在恒定壓力下氣體的比熱與在恒定體積下氣體的比熱之間的比率Pr=壓力比忽略比熱(R1)中的微小變化，可以看出，冷卻回到接近第二級入口處的入口溫度 (T1)的雙極壓縮的總比功(w)小于單級壓縮的總比功。類似地，具有中間冷卻的三級壓縮的比功(w)小于雙極壓縮的比功。由于空氣或氣體在每級中被壓縮，體積流量(Q)將與級壓力比(Pr)成比例地下降。如果越過這些級的壓頭增加被均勻分割，那么第二級的比速(Ns2)將小于第一級的比速 (Nsl)。類似地，第三級的比速(Ns3)將小于第二級的比速(Ns2)。通常，第二級比速(Ns2)將處于高的級效率范圍中，這是因?yàn)榫哂辛己眯实谋人俜秶谶@類壓縮機(jī)中足夠廣。如果比速足夠低，第三級的效率有可能不夠最優(yōu)(見圖1)?，F(xiàn)有技術(shù)下的三級離心式壓縮機(jī)常具有位于第一軸上的第一級和第二級葉輪、以及位于第二軸上的第三級葉輪。齒輪箱被設(shè)置成在最優(yōu)速度下或接近最優(yōu)速度下驅(qū)動每個軸。在US-B-6488467中描述了這種設(shè)置的一個示例。但是近來，直接驅(qū)動器被應(yīng)用于離心式壓縮機(jī)，例如在EP-A-1319132和 EP-A-1217219中所描述的那樣。在直接驅(qū)動壓縮機(jī)中不使用齒輪箱，因此每級的速度可通過使用單個馬達(dá)以及驅(qū)動器來優(yōu)化，例如在US-A-20070189905中所示出的那樣。上述系統(tǒng)的缺點(diǎn)是單個馬達(dá)和驅(qū)動器均很昂貴并且需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)來控制多個馬達(dá)/驅(qū)動器。因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的多級壓縮機(jī)，其具有改進(jìn)的效率。因此，本發(fā)明包括一種多級壓縮系統(tǒng)，該多級壓縮系統(tǒng)包括至少四個離心式壓縮級，每個離心式壓縮級均包括葉輪，在該多級壓縮系統(tǒng)中，一對級的葉輪均安裝在聯(lián)接至第一高速直接驅(qū)動馬達(dá)的第一軸上，另一對級的葉輪均安裝在聯(lián)接至第二高速直接驅(qū)動馬達(dá)的第二軸上，第一馬達(dá)與第二馬達(dá)的速度由至少一個驅(qū)動器來控制以使得葉輪均在相同速度下被驅(qū)動。這種設(shè)置的優(yōu)勢為壓縮系統(tǒng)能夠根據(jù)驅(qū)動器的數(shù)量來簡化，而不需對級效率妥協(xié)?，F(xiàn)在將參照附圖僅通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，在附圖中圖1是示出離心式壓縮機(jī)的效率隨比速變化的曲線圖；圖2是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的示意圖；以及圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施方式的示意圖。如圖2所示，三級離心式壓縮機(jī)10包括彼此并聯(lián)安裝的兩個第一級11、12，以及串聯(lián)連接的第二級13和第三級14。因此，待壓縮的流體被均勻地分割越過流體入口到達(dá)兩個第一級11、12，并且被同時(shí)壓縮。然后，從兩個第一級11、12的流體出口處排放的流體在被傳送到第二級的流體入口之前重新組合，接著被傳送到第三級的流體入口。由一對直接驅(qū)動高速馬達(dá)15/16來驅(qū)動這些級11/12、13、14。四個葉輪均被安裝在由兩個高速直接驅(qū)動馬達(dá)15、16驅(qū)動的兩個軸23J4上。第二級13的葉輪被安裝在與第一級12的葉輪相同的驅(qū)動軸23上。第三級14的葉輪被安裝在與另一個第一級11的葉輪相同的驅(qū)動軸M上。馬達(dá)15、16的速度通過單個變頻驅(qū)動器或其它驅(qū)動器或控制器25控制，并由此將所有四個葉輪在相同的速度下驅(qū)動?？梢允褂貌恢灰粋€驅(qū)動器25或者控制器，在這種情況下仍將所有四個葉輪在相同的速度下驅(qū)動。待壓縮的流體被吸入兩個并聯(lián)的第一級11、12的葉輪。從兩個第一級11、12排放的經(jīng)壓縮的流體流經(jīng)過中間冷卻器21，并在被吸入第二級13的葉輪之前組合在一起。從第二級13排放的流體在被吸入第三級14的葉輪之前經(jīng)過第二中間冷卻器22。從第三級14 排放的流體在被排放以供使用之前最后經(jīng)過后冷卻器沈。兩個第一壓縮級流體流可以在經(jīng)過第一中間冷卻器之前或之后進(jìn)行組合。具有第一級11/12的分割的這種配置的優(yōu)勢為，成本、復(fù)雜性以及與附加的驅(qū)動器和馬達(dá)相關(guān)的錯誤操作的概率均顯著減少了。由于覆蓋三個級11/12、13、14的比速范圍相對較小，所以級11/12、13、14中的每級的效率能夠近似最優(yōu)。
例如，如果總壓力比(Pr)為8，并且越過級11/12、13、14中的每級均具有相等的壓力增加，那么第一級11、12中的每個的比速(Nsl)均與·^(β/幻成比例，這里Q為在入口處通過壓縮機(jī)的總體積流量，每個第一級11、12均壓縮了該流的50%。第二級13的比速(Ns2) 將與Vi^成比例，并且第三級14的比速(Ns3)將與0 /4)°_5成比例。在本發(fā)明的可選的實(shí)施方式中增加了第四級，第四級使壓縮機(jī)10能夠?qū)崿F(xiàn)比之前描述的實(shí)施方式更高的壓力。如圖3所示，僅有單個的第一級12并且第三中間冷卻器27 位于第三級14與第四級觀之間。該附加的中間冷卻器27通過將入口處的低溫維持到第四級觀來幫助優(yōu)化熱動力的壓縮效率。在這樣的設(shè)置中，第一級12和第二級13的葉輪均被安裝在第一軸23上，第三級 14和第四級觀的葉輪均被安裝在第二軸M上。如前所述，每個軸23、24均由高速直接驅(qū)動馬達(dá)15、16來驅(qū)動，馬達(dá)15、16均由一個或多個驅(qū)動器25控制。
權(quán)利要求
1.一種多級壓縮系統(tǒng)，包括至少四個離心式壓縮級，每個所述離心式壓縮級均包括葉輪，在所述多級壓縮系統(tǒng)中，一對所述離心式壓縮級的葉輪均安裝在聯(lián)接至第一高速直接驅(qū)動馬達(dá)的第一軸上，另一對所述離心式壓縮級的葉輪均安裝在聯(lián)接至第二高速直接驅(qū)動馬達(dá)的第二軸上，所述第一高速直接驅(qū)動馬達(dá)和第二高速直接驅(qū)動馬達(dá)的速度由至少一個驅(qū)動器來控制以使得所述葉輪均在相同的速度下被驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，一對第一壓縮級彼此并聯(lián)安裝，第二壓縮級和第三壓縮級與所述一對第一壓縮級串聯(lián)安裝。
3.如權(quán)利要求2所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，所述一對第一壓縮級中的一個壓縮級的葉輪和所述第二壓縮級的葉輪均被安裝在所述第一軸上，所述一對第一壓縮級中的另一壓縮級的葉輪和所述第三壓縮級的葉輪均被安裝在所述第二軸上。
4.如權(quán)利要求1所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，第一壓縮級、第二壓縮級、第三壓縮級和第四壓縮級串聯(lián)安裝。
5.如權(quán)利要求4所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，所述第一壓縮級的葉輪和所述第二壓縮級的葉輪均被安裝在第一軸上，所述第三壓縮級的葉輪和所述第四壓縮級的葉輪均被安裝在所述第二軸上。
6.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，第一中間冷卻器連接到所述第一壓縮級(第一壓縮級對)的流體出口和所述第二壓縮級的流體入口。
7.如根據(jù)權(quán)利要求2的權(quán)利要求6所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，所述第一中間冷卻器連接到所述第一壓縮級(第一壓縮級對)中的每個壓縮機(jī)的流體出口，以使得從兩個所述第一壓縮級中的每個壓縮級接收的流體流進(jìn)行組合，從而向所述第二壓縮級提供單一的冷卻器流體流。
8.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，第二中間冷卻器連接到所述第二壓縮級的流體出口和所述第三壓縮級的流體入口。
9.如權(quán)利要求4所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，第三中間冷卻器連接到所述第三壓縮級的流體出口和所述第四壓縮級的流體入口。
10.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，后冷卻器連接到所述壓縮級中的最后一個壓縮級的流體出口。
11.如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的多級壓縮系統(tǒng)，其中，所述馬達(dá)由至少一個變頻驅(qū)動器來控制。
12.—種基本如上文所述、參考附圖并如附圖所示的多級壓縮系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的多級離心式壓縮機(jī)(10)，其包括至少四個離心式壓縮級(11，12，13，14)，每個離心式壓縮級均包括葉輪。一對級(12，13)中的葉輪均安裝在聯(lián)接至第一高速直接驅(qū)動馬達(dá)(16)的第一軸(23)上，并且另一對級(11，14)中的葉輪均安裝在聯(lián)接至第二高速直接驅(qū)動馬達(dá)(15)的第二軸(24)上。第一高速直接驅(qū)動馬達(dá)與第二高速直接驅(qū)動馬達(dá)的速度由至少一個驅(qū)動器(25)控制以使得葉輪均在相同速度下被驅(qū)動。
文檔編號F04D29/58GK102326001SQ200980155578
公開日2012年1月18日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者焦扣·塔帕尼·白烏薩 申請人:加德納·丹佛德國股份有限公司