CN105221432A - 具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其能解决现有螺杆压缩机系统直接向外排放而导致的再利用率低的问题。其包括螺杆压缩机主机和驱动螺杆压缩机主体工作的电机、螺杆膨胀机和工质蒸汽发生系统，螺杆膨胀机的输出轴与螺杆压缩机主机转子轴轴接，工质蒸汽发生系统包括冷凝器、工质罐、工质泵、换热器，螺杆压缩机主机的热能输出端与换热器通过管路连接，螺杆膨胀机的低温低压介质输出端通过管路与冷凝器介质入口端连接，冷凝器的介质出口端通过管路与工质罐连接，工质罐、工质泵、换热器之间依次通过管路连接，换热器的高温高压介质输出端通过管路与螺杆膨胀机的高温高压介质输入端连接。
Description
技术领域
本发明涉及螺杆压缩机技术领域，具体为具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统。
背景技术
螺杆压缩机是一种常见的容积式压缩机，其工作过程遵循热力学定律，由于其进、出口气体的温差不大，通常认为螺杆压缩机输入的功率都转化为热能排出，一般情况下该部分热能都是通过换热系统降温后直接排放，其换热系统一般使用风扇冷却或者水冷却方式，其存在热能的再利用率低的问题，不能满足当前节能减排的要求。
现有的有机朗肯循环（OrganicRankineCycle，可缩写为ORC）多用于发电系统，且一般的有机朗肯循环的换热器中不含有过热器，或者不独立设置过热器。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其能解决现有螺杆压缩机系统直接向外排放多余热能而导致能源利用率低的问题，从而满足当前节能减排的要求。
具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其包括螺杆压缩机主机和驱动所述螺杆压缩机主体工作的电机，其特征在于：其还包括螺杆膨胀机和工质蒸汽发生系统，所述螺杆膨胀机的输出轴与所述螺杆压缩机主机转子轴轴接，所述工质蒸汽发生系统包括冷凝器、工质罐、工质泵、换热器，所述螺杆压缩机主机的热能输出端与所述换热器通过管路连接，所述螺杆膨胀机的低温低压介质输出端通过管路与所述冷凝器介质入口端连接，所述冷凝器的介质出口端通过管路与工质罐连接，所述工质罐、工质泵、换热器之间依次通过管路连接，所述换热器的高温高压介质输出端通过管路与所述螺杆膨胀机的高温高压介质输入端连接。
进一步的，所述换热器包括依次连接的预热器、蒸发器和过热器，所述工质泵与所述预热器的工质输入端连接，所述过热器的工质输出端通过管路与所述螺杆膨胀机的高温高压工质输入端连接。
进一步的，连接所述工质泵与工质罐的管路上安装有过滤器，连接所述工质泵与所述预热器的管路上设置有干燥器、压力传感器和温度传感器。
进一步的，连接所述螺杆膨胀机的低温低压介质输出端与所述冷凝器的管路上、连接所述过热器高温高压工质输出端与所述螺杆膨胀机的高温高压工质输入端的管路上均分别设置有压力传感器、温度传感器。
进一步的，所述螺杆膨胀机的输出轴与所述电机转子轴轴接。
进一步的，所述螺杆压缩机主机为喷油螺杆压缩机，所述喷油螺杆压缩机的热能输出端为高温混合油气输出端，所述高温混合油气输出端通过单向阀连接到油气分离器，所述油气分离器对混合油气进行油气分离，所述油气分离器的气体出口连接最小压力阀，所述最小压力阀通过管路与所述预热器的气体入口连接，所述预热器的气体出口通过管路连接水分离器，所述油气分离器的润滑油出口通过管路与所述过热器连接，所述预热器的润滑油出口通过管路与所述喷油螺杆压缩机的润滑油回流口连接，连接所述预热器润滑油出口与所述喷油螺杆压缩机制润滑油回流口之间的管路上沿润滑油流向依次设有润滑油流量调节阀、润滑油过滤器。
进一步的，所述螺杆压缩主机为无油螺杆压缩机，所述无油螺杆压缩机的热能输出端为高温气体输出端，所述高温气体输出端通过管路与所述过热器连接，所述预热器的气体出口通过管路连接水分离器，由所述高温气体输出端排出的高温气体通过管路依次经过所述过热器、蒸发器、预热器换热后由所述预热器的气体出口排出、再经水分离器分离后排出。
进一步的，所述无油螺杆压缩机的齿轮箱润滑油输出端连接油泵，所述油泵通过管路连接入所述预热器的润滑油入口端，所述预热器的润滑油出口端通过管路连接润滑油过滤器，所述润滑油过滤器通过回流管路连接入所述齿轮箱的润滑油回流端。
本发明螺杆压缩机的有益效果在于：其通过螺杆膨胀机、换热器、工质泵、冷凝器构成一个有机朗肯循环，其中由换热器、工质泵、冷凝器构成的工质蒸汽发生系统吸收螺杆压缩机输出的热能，受热蒸发后的有机工质推动螺杆膨胀机对螺杆压缩机或者与驱动螺杆压缩机的电机输出机械能，辅助螺杆压缩机或者驱动螺杆压缩机的电机的运转，能够降低螺杆压缩机或者电机的运行功率，达到节能减排的效果，故其能有效回收利用螺杆压缩机输出的热能，满足当前节能减排的要求。
附图说明
图1为本发明的一种具有有机朗肯循环的单级喷油螺杆压缩机系统的示意图；
图2为本发明的一种具有有机朗肯循环的两级喷油螺杆压缩机系统的示意图；
图3为本发明的一种具有有机朗肯循环的单级无油螺杆压缩机系统的示意图；
图4为本发明的一种具有有机朗肯循环的两级无油螺杆压缩机系统的示意图。
具体实施方式
实施例一：
一种具有有机朗肯循环的单级喷油螺杆压缩机系统，见图1，其包括单级喷油螺杆压缩机主机1-1、驱动单级喷油螺杆压缩机主机1-1的电机2、螺杆膨胀机5和工质蒸汽发生系统6，单级喷油螺杆压缩机主机1-1的进气口端依次连接进气阀3、进气过滤器4，螺杆膨胀机5的输出轴与单级喷油螺杆压缩机主机1-1的转子轴轴接，工质蒸汽发生系统6包括冷凝器61、工质罐62、工质泵63和换热器，其中换热器由依次连接的预热器641、蒸发器642、过热器643构成，单级喷油螺杆压缩机主机1-1的高温混合油气输出端通过单向阀7连接到油气分离器8，油气分离器8的气体出口连接最小压力阀9，最小压力阀9通过管路与预热器641的气体入口连接，预热器641的气体出口通过管路连接水分离器10，油气分离器8的润滑油出口通过管路与过热器643连接，预热器641的润滑油出口通过管路与单级喷油螺杆压缩机1的润滑油回流口连接，连接预热器641润滑油出口与单级喷油螺杆压缩机润滑油回流口之间的管路上沿润滑油流向依次设有润滑油流量调节阀11、润滑油过滤器12，螺杆膨胀机5的低温低压介质输出端通过管路与冷凝器61的介质入口端连接，冷凝器的介质出口端通过管路与工质罐62连接，工质罐62、工质泵63、预热器641之间依次通过管路连接，过热器的高温高压介质输出端通过管路与螺杆膨胀机5的高温高压介质输入端连接；连接工质泵63与工质罐62的管路上安装有过滤器65，连接工质泵63与预热器641的管路上设置有干燥器66、压力传感器P和温度传感器T；连接螺杆膨胀机的低温低压介质输出端与冷凝器61的管路上、连接过热器高温高压介质输出端与螺杆膨胀机的高温高压介质输入端的管路上均分别设置有压力传感器P、温度传感器T；冷凝器61设有冷却介质循环管路，其中的冷却介质出口端管路上设置有冷却介质流量调节器67；68为工质流量调节阀，其用于控制由工质泵63进入干燥器66的有机工质的流量。
下面结合图1具体描述下本实施的一种具有有机朗肯循环的单级喷油螺杆压缩机系统的工作过程：一方面，气体经过进气过滤器4、进气阀3后进入单级喷油螺杆压缩机主机1-1内，单级喷油螺杆压缩机主机1-1在电机2的驱动下将气体与润滑油混合形成高温混合油气并强制排出至单向阀7，再从单向阀7进入油气分离器8进行油气分离，油气分离后的高温气体经过最小压力阀9后由管路进入预热器、在预热器内进行热交换后形成低温气体并由管路排出再经水分离器10供给后续使用，而油气分离后的高温润滑油经管路依次进入过热器643、蒸发器642、预热器641进行热交换成低温润滑油再从预热器641的润滑油出口排出，最后经润滑油过滤器12过滤后重新回到单级喷油螺杆压缩机主机1-1内；另一方面，工质泵63将低温的有机工质从工质罐62内抽出经过滤器65、干燥器66进入预热器641的有机工质输入端，然后依次流经预热器641、蒸发器642、过热器643吸收热量蒸发形成高温高压的过热有机工质汽体再由管路进入螺杆膨胀机5的高温高压工质输入端，在螺杆膨胀机5内膨胀做功从而对单级喷油螺杆压缩机主机1-1输出机械能，辅助电机2一起驱动单级喷油螺杆压缩机主机1-1持续工作，从螺杆膨胀机5输出的蒸汽工质再由管路进入冷凝器61并对冷凝器61内的冷却介质放热后凝结成液态工质后流入工质罐62进行再次循环。
实施例二：
当本发明系统的螺杆压缩机主机采用两级喷油螺杆压缩机1-2时，见图2，螺杆膨胀机5的输出轴与第一级螺杆压缩机1-2a的转子轴轴接，单向阀7、润滑油过滤器12分别通过管路与第二级螺杆压缩机1-2b连接，其余设置及运行过程均与实施例一的单级喷油螺杆压缩机相同。
实施例三：
一种具有有机朗肯循环的单级无油螺杆压缩机系统，见图3，其包括单级无油螺杆压缩机主机1-3，驱动单级无油螺杆压缩机主机1-3的电机2、螺杆膨胀机5和工质蒸汽发生系统6，单级无油螺杆压缩机主机1-3的进气口端依次连接进气阀3、进气过滤器4，螺杆膨胀机5的输出轴与电机2的转子轴轴接，工质蒸汽发生系统6包括冷凝器61、工质罐62、工质泵63和换热器，其中换热器由依次连接的预热器641、蒸发器642、过热器643构成，单级无油螺杆压缩机主机1-3的高温气体输出端通过管路与过热器643的气体进口端连接，预热器641的气体出口通过管路连接水分离器10，由高温气体输出端排出的高温气体通过管路依次经过过热器643、蒸发器642、预热器641换热后由预热器641的气体出口排出、再经水分离器10分离后排出供后续使用；单级无油螺杆压缩机主机1-3的齿轮箱1-3a润滑油输出端连接油泵13，油泵13通过管路连接入预热器641的润滑油入口端，预热器641的润滑油出口端通过管路连接润滑油过滤器12，润滑油过滤器12通过回流管路连接入齿轮箱的润滑油回流端；螺杆膨胀机5的低温低压介质输出端通过管路与冷凝器61的介质入口端连接，冷凝器的介质出口端通过管路与工质罐62连接，工质罐62、工质泵63、预热器641之间依次通过管路连接，过热器的高温高压介质输出端通过管路与螺杆膨胀机5的高温高压介质输入端连接；连接工质泵63与工质罐62的管路上安装有过滤器65，连接工质泵63与预热器641的管路上设置有干燥器66、压力传感器P和温度传感器T；连接螺杆膨胀机的低温低压介质输出端与冷凝器61的管路上、连接过热器高温高压介质输出端与螺杆膨胀机的高温高压介质输入端的管路上均分别设置有压力传感器P、温度传感器T；冷凝器61设有冷却介质循环管路，其中的冷却介质出口端管路上设置有冷却介质流量调节器67；68为工质流量调节阀，其用于控制由工质泵63进入干燥器66的有机工质的流量。
下面结合图3具体描述下本实施的一种具有有机朗肯循环的单级无油螺杆压缩机系统的工作过程：一方面，气体经过进气过滤器4、进气阀3进入单级无油螺杆压缩机主机1-3压缩，单级无油螺杆压缩机主机1-3在电机2的驱动下不断提升气体的压力和温度直到达到额定值后由管路引至过热器643并依次流经过热器643、蒸发器642和预热器641进行热交换并释放热量后从预热器641排出并经水分离器10分离后排出供后续使用；单级无油螺杆压缩机主机1-3的齿轮箱润滑油通过油泵13抽出经管路进入预热器641热交换后再经管路回流、通过润滑油过滤器12过滤后回流入齿轮箱；另一方面，工质泵63将低温的有机工质从工质罐62内抽出经过滤器65、干燥器66进入预热器641的有机工质输入端，然后依次流经预热器641、蒸发器642、过热器643吸收热量蒸发形成高温高压的过热有机工质汽体再由管路进入螺杆膨胀机5的高温高压工质输入端，在螺杆膨胀机5内膨胀做功从而对电机2输出机械能，辅助电机2一起驱动单级无油螺杆压缩机主机1-3持续工作，从螺杆膨胀机5输出的蒸汽工质再由管路进入冷凝器61并对冷凝器61内的冷却介质放热后凝结成液态工质后流入工质罐62进行再次循环。
实施例四：
当本发明系统的螺杆压缩机主机采用两级无油螺杆压缩机1-4时，见图4，一级无油螺杆压缩机1-4a的高温高压气体输出端由管路进入过热器643再依次流经蒸发器642、预热器641换热后经一级水分离器10-1除水，再进入二级无油螺杆压缩机1-4b再次压缩后经管路进入过热器643再依次流经蒸发器642、预热器641换热后经二级水分离器10-2除水后供后续使用，其余设置及运行过程均与实施例三的单级无油螺杆压缩机相同。
本发明的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，当螺杆压缩机主机采用喷油螺杆压缩机时，螺杆膨胀机的输出轴也能直接与电机的转子轴轴接，从而辅助电机驱动螺杆压缩机运转，降低电机的配置运行功率，达到节能减排的效果。
本发明的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机，采用有机工质来为螺杆压缩机散热，且在换热器中独立设置过热器，因此能够使得朗肯循环中换热器与压缩机系统的温度特性相匹配，实现更加稳定的温度控制；并且采用螺杆膨胀机能够进行气液两相膨胀做功，其允许工质运行在气液两相区，能适应更宽的工况，因而具有更好的适应性，膨胀机工作更稳定；并且采用螺杆膨胀机输出轴功直接驱动螺杆压缩机主机或电机转子做功，其膨胀机输出轴功的利用率更高。
Claims (8)
1.具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其包括螺杆压缩机主机和驱动所述螺杆压缩机主体工作的电机，其特征在于：其还包括螺杆膨胀机和工质蒸汽发生系统，所述螺杆膨胀机的输出轴与所述螺杆压缩机主机转子轴轴接，所述工质蒸汽发生系统包括冷凝器、工质罐、工质泵、换热器，所述螺杆压缩机主机的热能输出端与所述换热器通过管路连接，所述螺杆膨胀机的低温低压介质输出端通过管路与所述冷凝器介质入口端连接，所述冷凝器的介质出口端通过管路与工质罐连接，所述工质罐、工质泵、换热器之间依次通过管路连接，所述换热器的高温高压工质输出端通过管路与所述螺杆膨胀机的高温高压工质输入端连接。
2.根据权利要求1所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：所述换热器包括依次连接的预热器、蒸发器和过热器，所述工质泵与所述预热器的工质输入端连接，所述过热器的工质输出端通过管路与所述螺杆膨胀机的高温高压工质输入端连接。
3.根据权利要求2所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：连接所述工质泵与工质罐的管路上安装有过滤器，连接所述工质泵与所述预热器的管路上设置有干燥器、压力传感器和温度传感器。
4.根据权利要求3所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：连接所述螺杆膨胀机的低温低压介质输出端与所述冷凝器的管路上、连接所述过热器高温高压工质输出端与所述螺杆膨胀机的高温高压工质输入端的管路上均分别设置有压力传感器、温度传感器。
5.根据权利要求4所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：所述螺杆膨胀机的输出轴与所述电机转子轴轴接。
6.根据权利要求4或5所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：所述螺杆压缩机主机为喷油螺杆压缩机，所述喷油螺杆压缩机的热能输出端为高温混合油气输出端，所述高温混合油气输出端通过单向阀连接到油气分离器，所述油气分离器对混合油气进行油气分离，所述油气分离器的气体出口连接最小压力阀，所述最小压力阀通过管路与所述预热器的气体入口连接，所述预热器的气体出口通过管路连接水分离器，所述油气分离器的润滑油出口通过管路与所述过热器连接，所述预热器的润滑油出口通过管路与所述喷油螺杆压缩机的润滑油回流口连接，连接所述预热器润滑油出口与所述喷油螺杆压缩机制润滑油回流口之间的管路上沿润滑油流向依次设有润滑油流量调节阀、润滑油过滤器。
7.根据权利要求5所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：所述螺杆压缩主机为无油螺杆压缩机，所述无油螺杆压缩机的热能输出端为高温气体输出端，所述高温气体输出端通过管路与所述过热器连接，所述预热器的气体出口通过管路连接水分离器，由所述高温气体输出端排出的高温气体通过管路依次经过所述过热器、蒸发器、预热器换热后由所述预热器的气体出口排出、再经水分离器分离后排出。
8.根据权利要求7所述的具有有机朗肯循环的螺杆压缩机系统，其特征在于：所述无油螺杆压缩机的齿轮箱润滑油输出端连接油泵，所述油泵通过管路连接入所述预热器的润滑油入口端，所述预热器的润滑油出口端通过管路连接润滑油过滤器，所述润滑油过滤器通过回流管路连接入所述齿轮箱的润滑油回流端。
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