專利名稱：帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種離心壓縮機(jī)擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)，特別是涉及一種帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)不同季節(jié)供電負(fù)荷和供熱負(fù)荷的變化以及提高能源利用效率，要求熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的小型燃?xì)廨啓C(jī)有較好的變工況特性，為此可在冷熱負(fù)荷需求較少的春秋過渡季節(jié)將余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽回注進(jìn)入燃燒室，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提高系統(tǒng)發(fā)電效率并降低NOx排放，然而這會導(dǎo)致離心壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)左移，靠近喘振線而具有喘振的危險性。葉輪機(jī)械的喘振會破壞設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)的流動規(guī)律性，產(chǎn)生機(jī)械噪聲，引起工作部件的強(qiáng)烈振動，加速軸承和密封的損壞，處置不當(dāng)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備停機(jī)或機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果。為防止喘振，必須使葉輪機(jī)械工作在非喘振區(qū)。而目前在業(yè)界中通常采用避開或被動控制方法避免喘振的發(fā)生，如設(shè)置喘振裕度，避免壓縮機(jī)運(yùn)行在喘振區(qū)域，放氣或打回流的方法等，然而這些方法無法充分利用壓縮機(jī)的潛力，同時也容易使得壓縮機(jī)在非喘振點(diǎn)的效率下降，進(jìn)而降低蒸汽回注對燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率提高的額度，因此有必要尋求一種能夠拓寬帶蒸汽回注的燃?xì)廨啓C(jī)中離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍的裝置，從而確保燃?xì)廨啓C(jī)在存在蒸汽回注的情況下安全可靠工作，并最終提高燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱電比靈活可調(diào)。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)，用于拓寬燃?xì)廨啓C(jī)中離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，避免喘振，充分利用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置，裝設(shè)于具有葉輪與葉片擴(kuò)壓器的離心壓縮機(jī)與余熱鍋爐之間，所述裝置至少包括:至少一動態(tài)壓力傳感器，布設(shè)于所述離心壓縮機(jī)的葉輪與葉片擴(kuò)壓器之間形成的無葉空間周側(cè)；多通道輸入與輸出信號處理裝置，輸入端連接于所述動態(tài)壓力傳感器；蒸汽噴射控制裝置，與所述多通道輸入與輸出信號處理裝置的輸出端連接，包括至少一與裝設(shè)于所述余熱鍋爐尾部的蒸汽進(jìn)氣管連接的蒸汽噴頭，裝設(shè)于所述葉片擴(kuò)壓器的氣流進(jìn)口處，所述蒸汽噴頭的內(nèi)部流道為軸向，出口流道由軸向過渡到徑向，出口截面與所述葉片擴(kuò)壓器的輪蓋平齊，所述蒸汽噴頭所噴射的蒸汽流向與所述葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。優(yōu)選地，所述多通道輸入與輸出信號處理裝置包括與所述動態(tài)壓力傳感器連接的信號采集模塊以及輸入端與所述信號采集模塊連接、輸出端與所述蒸汽噴射控制裝置連接的DSP模塊，所述信號采集模塊包括信號放大單元、對所述信號放大單元的放大信號進(jìn)行濾波的濾波單元、對所述濾波單元的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換單元。優(yōu)選地，所述蒸汽噴射控制裝置包括:控制器、伺服電機(jī)、蒸汽噴射控制閥以及所述蒸汽噴頭。優(yōu)選地，所述蒸汽噴射控制裝置的控制器輸入端連接于所述多通道輸入與輸出信號處理裝置的DSP模塊，所述控制器的輸出端連接所述伺服電機(jī)的輸入端，所述伺服電機(jī)的輸出端連接所述蒸汽噴射控制閥，所述蒸汽噴射控制閥設(shè)置于所述蒸汽進(jìn)氣管與所述蒸汽噴頭連接處，所述蒸汽噴射控制閥通過所述伺服電機(jī)進(jìn)行控制。優(yōu)選地，所述蒸汽進(jìn)氣管的數(shù)目與所述蒸汽噴頭的數(shù)目相同。本實(shí)用新型還提供一種裝設(shè)有所述噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置的離心壓縮機(jī)，所述離心壓縮機(jī)通過裝設(shè)在所述余熱鍋爐尾部的蒸汽進(jìn)氣管與所述余熱鍋爐連接，通過排氣通道與燃燒室連接，內(nèi)部形成有由進(jìn)氣口朝向出氣口呈收攏狀的彎曲通道，所述彎曲通道的彎曲段設(shè)置有用以吸入外部氣流并對其做功的葉輪，所述彎曲通道的直通段設(shè)置有將經(jīng)過所述葉輪流入的外部氣流和經(jīng)由所述蒸汽進(jìn)氣管引入的回流高壓蒸汽進(jìn)行混合擴(kuò)壓的葉片擴(kuò)壓器。如上所述，本實(shí)用新型的帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)，具有以下有益效果:1.不同于以往的空氣擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)和方法，無需外部氣源，采用的介質(zhì)為利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱產(chǎn)生的蒸汽，充分利用燃?xì)廨啓C(jī)尾氣余熱，節(jié)約能源，并可通過調(diào)節(jié)蒸汽的熱力狀態(tài)和流量適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際運(yùn)行需求。2.通過在離心壓縮機(jī)的擴(kuò)壓器進(jìn)氣口無葉空間布置可控的蒸汽噴射裝置，通過噴射高壓蒸汽改善有葉擴(kuò)壓器進(jìn)氣口區(qū)域的流動狀況進(jìn)而拓寬離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍，消除或減小了離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振的風(fēng)險，使現(xiàn)有的離心壓縮機(jī)盡可能工作在高壓比、高效率附近，提高整個機(jī)組的工作效率。

圖1顯示為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)所應(yīng)用的帶蒸汽回注的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)示意圖。圖2顯示為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的離心壓縮機(jī)的示意圖。圖3顯示為圖2的剖視圖。圖4顯示為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5顯示為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的蒸汽噴頭示意圖。
具體實(shí)施方式
以下由特定的具體實(shí)施例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。請參閱圖1至圖5。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實(shí)用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實(shí)用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實(shí)用新型可實(shí)施的范疇。請參閱圖1，顯示為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)所應(yīng)用的帶蒸汽回注的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)以天然氣為主要燃料，經(jīng)過帶蒸汽回注噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置的離心壓縮機(jī)、燃燒室和透平以增加氣體壓力。經(jīng)透平擴(kuò)壓后得到的高溫高壓氣體一部分進(jìn)入供電系統(tǒng)產(chǎn)生電負(fù)荷；還有部分氣體進(jìn)入后續(xù)煙氣吸收式機(jī)組，煙氣吸收式機(jī)組與電動壓縮式機(jī)組共同產(chǎn)生冷負(fù)荷；其余帶有余熱的氣體通過余熱鍋爐向用戶提供熱負(fù)荷，并向燃燒室提供增加出功用蒸汽。為避免天然氣進(jìn)入離心壓縮機(jī)后發(fā)生喘振現(xiàn)象，可引入外部氣源改變離心壓縮機(jī)內(nèi)氣體的流向。與采用外部氣源或壓縮機(jī)后引氣的方法不同(這兩種方法會降低蒸汽或壓縮機(jī)的效率)，在本實(shí)施例中的帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置裝設(shè)于余熱鍋爐與離心壓縮機(jī)之間，所利用的擴(kuò)穩(wěn)用蒸汽引自位于燃?xì)廨啓C(jī)透平下游的余熱鍋爐。在本實(shí)施例中，帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置主要包括:動態(tài)壓力傳感器、多通道輸入與輸出信號處理裝置以及蒸汽噴射控制裝置。請參閱圖2和圖3，分別為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的離心壓縮機(jī)的示意圖及其剖視圖。本實(shí)施例中，離心壓縮機(jī)通過裝設(shè)在所述余熱鍋爐尾部的蒸汽進(jìn)氣管與所述余熱鍋爐連接，通過排氣通道與燃燒室連接。離心壓縮機(jī)內(nèi)部形成有由進(jìn)氣口朝向出氣口呈收攏狀的彎曲通道6，彎曲通道6的彎曲段設(shè)置有葉輪1、彎曲通道6的直通段設(shè)置有葉片擴(kuò)壓器2。葉輪I將從葉輪進(jìn)氣口 11吸入的外部氣流傳輸進(jìn)入離心壓縮機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過葉輪I的做功，從葉輪排氣口 12進(jìn)入葉片擴(kuò)壓器2的進(jìn)氣口 21，再經(jīng)過葉片擴(kuò)壓器2的擴(kuò)壓，由葉片擴(kuò)壓器排氣口 22進(jìn)入后續(xù)設(shè)備中的燃燒室。葉輪排氣口 12與葉片擴(kuò)壓器進(jìn)氣口 21之間形成無葉空間3，氣體在無葉空間3內(nèi)的流動直接決定著壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況，因此無葉空間3對于喘振的作用十分關(guān)鍵。為監(jiān)控離心壓縮機(jī)內(nèi)部氣體的流動狀況，在無葉空間3的輪盤側(cè)周向均勻布設(shè)有多個動態(tài)壓力傳感器4。動態(tài)壓力傳感器4的數(shù)目可依據(jù)離心壓縮機(jī)的特性而定，本實(shí)施例中動態(tài)壓力傳感器的數(shù)目為8個。請參閱圖4，為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。動態(tài)壓力傳感器4從離心壓縮機(jī)的葉片擴(kuò)壓器進(jìn)氣口 21處采集到離心壓縮機(jī)內(nèi)部無葉空間3處的氣流信號，并將信號傳輸至多通道輸入與輸出信號處理裝置。多通道輸入與輸出信號處理裝置包括與動態(tài)壓力傳感器連接的信號采集模塊和DSP模塊。信號采集模塊包括信號放大單元、對信號放大單元的放大信號進(jìn)行濾波的濾波單元、對濾波單元的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換單元。信號經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入DSP模塊，DSP模塊計算給定時間段內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值、方差以及進(jìn)行快速傅里葉變換，在對信號進(jìn)行處理后，將該信號與預(yù)先設(shè)定的喘振報警值相比較，若不符合預(yù)先設(shè)定的要求，則不發(fā)出控制信號，繼續(xù)進(jìn)行動態(tài)信號采集；若符合預(yù)先設(shè)定的要求，則根據(jù)設(shè)定的閾值，向蒸汽噴射控制裝置發(fā)出控制信號。[0031]蒸汽噴射控制裝置中設(shè)有一組蒸汽噴頭5，蒸汽噴頭5均勻布設(shè)于離心壓縮機(jī)的葉片擴(kuò)壓器進(jìn)氣口 21處，本實(shí)施例中蒸汽噴頭5的數(shù)目設(shè)為8個。由蒸汽進(jìn)氣管引入來自余熱鍋爐的擴(kuò)穩(wěn)用蒸汽，蒸汽進(jìn)氣管與蒸汽噴頭5連接，再將蒸汽噴入離心壓縮機(jī)的無葉空間3處。蒸汽進(jìn)氣管的數(shù)目與蒸汽噴頭5的數(shù)目相同。蒸汽噴射控制裝置還包括控制器、伺服電機(jī)和蒸汽噴射控制閥。每對蒸汽進(jìn)氣管與蒸汽噴頭5之間連接有蒸汽噴射控制閥，蒸汽噴射控制閥由伺服電機(jī)進(jìn)行控制。多通道輸入與輸出信號處理裝置的DSP模塊的輸出端通過信號傳輸線連接控制器，控制器接到由DSP模塊發(fā)出的控制信號后，向伺服電機(jī)發(fā)出控制命令，并根據(jù)報警情況確定調(diào)控區(qū)域，決定待調(diào)控區(qū)域的蒸汽噴射控制閥的動作順序和閥門開度，進(jìn)而調(diào)整蒸汽噴頭5所噴射的蒸汽量，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)穩(wěn)。請參閱圖5，為本實(shí)用新型帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)的蒸汽噴頭示意圖。蒸汽噴頭5的內(nèi)部流道為軸向，出口流道由軸向過渡到徑向，出口截面與葉片擴(kuò)壓器的輪蓋平齊，蒸汽噴頭5所噴射的蒸汽流向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。蒸汽噴頭5的出口利用氣體附壁效應(yīng)(Coanda效應(yīng))，既改善邊界層低速流體的流動，又不會由于噴頭的存在而在蒸汽噴射控制閥不動作時影響離心壓縮機(jī)內(nèi)部的氣體流場，從而改變穩(wěn)定工作狀態(tài)下的離心壓縮機(jī)的性能。綜上所述，本實(shí)用新型無需外部氣源，利用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱產(chǎn)生的蒸汽，通過調(diào)節(jié)離心壓縮機(jī)內(nèi)部噴射的蒸汽量來實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)內(nèi)氣體流動的調(diào)控，以適應(yīng)不同的電負(fù)荷及熱負(fù)荷工況，提高機(jī)組效率。上述實(shí)例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置，裝設(shè)于具有葉輪與葉片擴(kuò)壓器的離心壓縮機(jī)與余熱鍋爐之間，其特征在于，所述裝置至少包括: 至少一動態(tài)壓力傳感器，布設(shè)于所述離心壓縮機(jī)的葉輪與葉片擴(kuò)壓器之間形成的無葉空間周側(cè)； 多通道輸入與輸出信號處理裝置，輸入端連接于所述動態(tài)壓力傳感器； 蒸汽噴射控制裝置，與所述多通道輸入與輸出信號處理裝置的輸出端連接，包括至少一與裝設(shè)于所述余熱鍋爐尾部的蒸汽進(jìn)氣管連接的蒸汽噴頭，裝設(shè)于所述葉片擴(kuò)壓器的氣流進(jìn)口處，所述蒸汽噴頭的內(nèi)部流道為軸向，出口流道由軸向過渡到徑向，出口截面與所述葉片擴(kuò)壓器的輪蓋平齊，所述蒸汽噴頭所噴射的蒸汽流向與所述葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置，其特征在于:所述多通道輸入與輸出信號處理裝置包括與所述動態(tài)壓力傳感器連接的信號采集模塊以及輸入端與所述信號采集模塊連接、輸出端與所述蒸汽噴射控制裝置連接的DSP模塊，所述信號采集模塊包括信號放大單元、對所述信號放大單元的放大信號進(jìn)行濾波的濾波單元、對所述濾波單元的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置，其特征在于:所述蒸汽噴射控制裝置包括:控制器、伺服電機(jī)、蒸汽噴射控制閥以及所述蒸汽噴頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置，其特征在于:所述蒸汽噴射控制裝置的控制器輸入端連接于所述多通道輸入與輸出信號處理裝置的DSP模塊，所述控制器的輸出端連接所述伺服電機(jī)的輸入端，所述伺服電機(jī)的輸出端連接所述蒸汽噴射控制閥，所述蒸汽噴射控制閥設(shè)置于所述蒸汽進(jìn)氣管與所述蒸汽噴頭連接處，所述蒸汽噴射控制閥通過所述伺服電機(jī)進(jìn)行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置，其特征在于:所述蒸汽進(jìn)氣管的數(shù)目與所述蒸汽噴頭的數(shù)目相同。
6.一種裝設(shè)有權(quán)利要求1所述的噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置的離心壓縮機(jī)，其特征在于，所述離心壓縮機(jī)通過裝設(shè)在所述余熱鍋爐尾部的蒸汽進(jìn)氣管與所述余熱鍋爐連接，通過排氣通道與燃燒室連接，內(nèi)部形成有由進(jìn)氣口朝向出氣口呈收攏狀的彎曲通道，所述彎曲通道的彎曲段設(shè)置有用以吸入外部氣流并對其做功的葉輪，所述彎曲通道的直通段設(shè)置有將經(jīng)過所述葉輪流入的外部氣流和經(jīng)由所述蒸汽進(jìn)氣管引入的回流高壓蒸汽進(jìn)行混合擴(kuò)壓的葉片擴(kuò)壓器。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種帶蒸汽回注的離心壓縮機(jī)噴蒸汽擴(kuò)穩(wěn)裝置及離心壓縮機(jī)，包括至少一動態(tài)壓力傳感器，布設(shè)于離心壓縮機(jī)的葉輪與葉片擴(kuò)壓器之間形成的無葉空間周側(cè)；多通道輸入與輸出信號處理裝置；蒸汽噴射控制裝置，包括至少一與裝設(shè)于余熱鍋爐尾部的蒸汽進(jìn)氣管連接的蒸汽噴頭，裝設(shè)于葉片擴(kuò)壓器的氣流進(jìn)口處，蒸汽噴頭的內(nèi)部流道為軸向，出口流道由軸向過渡到徑向，出口截面與葉片擴(kuò)壓器的輪蓋平齊，蒸汽噴頭所噴射的蒸汽流向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。本實(shí)用新型無需外部氣源，利用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱產(chǎn)生的蒸汽，通過調(diào)節(jié)噴入離心壓縮機(jī)內(nèi)部的蒸汽量來實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)內(nèi)氣體流動的調(diào)控，進(jìn)而拓寬離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍。
文檔編號F04D29/00GK203051242SQ20132003466
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者高闖, 黃偉光, 劉海清, 張宏武 申請人:上海中科高等研究院