CN119664722A - 一种湿压缩离心压缩机及进气压缩控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿压缩离心压缩机及进气压缩控制方法，压缩机包括叶轮和轮盖，在轮盖与叶轮之间形成进气流道，轮盖上进气流动方向设置用于向进气流道内进行喷液降温的喷水孔，所述喷水孔沿轮盖表面均匀分布，每一喷水孔内对应设置有喷头，喷头均通过管路与水量伺服器相连通，在连通处单独连接有用于控制喷水量的调节阀，通过水量伺服器控制喷水孔处的喷水量；沿进气流道的气流方向；本发明通过在轮盖上设置主汽化喷水孔和补充汽化喷水孔，可以对喷水量进行灵活调整，保证气体压缩通路内空气均接近饱和湿空气，适用于变频压缩机，省功量不会随压缩机运转工况变化而明显下降。
Description
技术领域
本发明涉及离心压缩机技术领域，具体涉及一种湿压缩离心压缩机及进气压缩控制方法。
背景技术
离心压缩机因其单级压比高，工作范围宽等优势在工业生产中广泛应用。但其功耗在较高压力级别时会比同级别喷油螺杆压缩机更大。这主要是由于离心压缩机通常是绝热压缩，其压缩过程的耗功量较大。
上世纪在燃气轮机领域就提出了湿压缩的概念，通过在压缩过程中喷入液滴通过液滴的蒸发吸热降低压缩过程所需要的压缩功。目前的湿压缩技术主要可以分为三类，进口喷水，级间喷水和叶片喷水。压缩机进口喷水结构简单，但喷液气化效果在整个压缩过程中很难保证是最优汽化情况，此外进口喷水会引起压缩机进气畸变影响效率，且在冬季条件下进口温度过低存在结冰风险。级间喷水可以降低后面级的进气温度同时避免了结冰问题，但相比进口喷水其省功量较小。叶轮喷水实际效果更好但其结构工艺十分复杂，很难应用到民品当中。除此之外，区别于上世纪的齿轮增速压缩机，当前越来越多的离心压缩机采用了变频电机以适应更多工况，传统的固定水量喷水装置很难适应冬夏季，大、小负载工况的变化，使得喷水湿压缩的省功量较理想最优情况下降明显，甚至存在喷水量过大气化程度过低造成停机的风险。
发明内容
技术目的：针对上述现有离心压缩机叶轮喷水存在的不足，本发明公开了一种能够对喷水量进行灵活调节的湿压缩离心压缩机及进气压缩控制方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种湿压缩离心压缩机，包括叶轮和轮盖，在轮盖与叶轮之间形成进气流道，轮盖上进气流动方向设置用于向进气流道内进行喷液降温的喷水孔，所述喷水孔沿轮盖表面均匀分布，每一喷水孔内对应设置有喷头，喷头均通过管路与水量伺服器相连通，在连通处单独连接有用于控制喷水量的调节阀，通过水量伺服器控制喷水孔处的喷水量；沿进气流道的气流方向，所述喷水孔包括位于靠近进气流道进口端的主汽化喷水孔以及位于主汽化喷水孔内侧用于根据气体相对湿度进行补充喷水的补充汽化喷水孔，主汽化喷水孔内的喷头孔径大于补充汽化喷水孔的喷头孔径。
优选地，本发明沿进气流道的气体流动方向，靠近气体进气和出气端位置的喷水孔轴线与进气流道的壁面相垂直；处于中间区域的喷水孔轴线与进气流道壁面相平行，对气体进行喷液降温的同时抑制叶轮叶顶间隙的泄露。
优选地，本发明沿进气流道的轴线方向，在对应喷水孔的后方设置用于检测气体湿度的湿度测点。
优选地，本发明处于所述轮盖同一轴向平面内的喷水孔沿进气流道的轴线方向分设在进气流道5%，30%及70%长度位置处，其中5%长度位置处的喷水孔作为主汽化喷水孔，30%和70%长度位置处的喷水孔作为补充汽化喷水孔。
优选地，本发明的湿度测点设置在进气流道轴线的15%、45%以及85%长度位置处。
优选地，本发明的湿度测点位置对应的前方的喷水孔喷水位置在圆周方向上相互错开。
优选地，本发明30%长度位置处的喷水孔轴线与进气流道的壁面相互平行，70%长度位置处的喷水孔轴线与进气孔道相垂直。
本发明公开一种根据上述的湿压缩离心压缩机的进气压缩控制方法，包括步骤：
S01、将离心压缩机根据运行工况划分为常规运转区和近喘振区，并设定对应的喷水量，根据离心压缩机运行时的流量和压力参数确定当前压缩机的运转区域；
S02、根据吸气流量确定对应的最大喷水总流量；
S03、在低于最大喷水总流量的范围内，通过水量伺服器对喷头的喷水流量进行分配，并通过轮盖上设置的湿度测点对气体的湿度监测，并根据监测结果对喷头的喷水流量进行调整，使沿进气方向气体下游的湿度接近99%。
优选地，本发明在步骤S02中，在初始进行喷水时，若离心压缩机的运行区域处于常规运转区，最大喷水总流量设置为吸气流量的3%，若离心压缩机的运行区域处于近喘振区，最大喷水总流量设置为吸气流量的1%。
优选地，本发明在步骤S03中，根据湿度测点监测结果对喷头喷水量调整时，当湿度测点监测的湿度平均值低于95%或高于99%时，对喷水总流量整体对应进行增加或减小，控制气体湿度，使湿度平均值处于95%-99%的区间内；当湿度平均值处于95%-99%的区间时，根据处于进气流道下游的湿度测点监测的气体湿度对喷头的流量进行调整，使下游的气体湿度向99%靠近。
有益效果：本发明所公开的一种湿压缩离心压缩机及进气压缩控制方法具有如下有益效果：
1、本发明通过在轮盖上设置主汽化喷水孔和补充汽化喷水孔，可以对喷水量进行灵活调整，保证气体湿度符合需求，适用于变频压缩机，省功量不会随压缩机运转工况变化而明显下降。
2、本发明根据进气流道的型线，在进口和出口区域附近的喷水孔采用轴线与进气流道壁面相垂直的形式，可以将液滴送入进气流道内部，充分汽化降温，而中部区域的喷水孔轴线与进气流道的壁面接近平行，可以在对气体进行补充汽化降温的同时，抑制叶片叶顶间隙的泄露，提高离心压缩机的运行效率和运行范围。
3、本发明设置湿度测点对气体湿度进行监测，实现对喷水量的实时反馈控制，可以提高控制精度，使压缩过程中空气的相对湿度始终接近100%，仿真省功量可达5%。
4、本发明的湿度测点设置在喷水位置的后方，并且与喷水点在圆周方向上相互错位，能够提高对气体湿度监测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为本发明压缩机叶轮位置结构示意图；
图2为本发明轮盘盘面结构示意图；
其中，1-叶轮、2-轮盖、3-进气流道、4-喷水孔、5-湿度测点。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的实施例，其一个或多个示例在本文中下面阐述。每个实施例和示例通过解释本公开的装置、组成和材料来提供，而不是限制。相反，以下描述提供了用于实现本公开的示例性实施例的方便图示。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本公开的教导内容中制作出各种改型和变型，而不会脱离本公开的范围或精神。
如图1和图2所示，一种湿压缩离心压缩机，改进主要涉及压缩机叶轮位置喷水结构的改进，因此图1和图2提供叶轮位置的局部视图；包括叶轮1和轮盖2，在轮盖2与叶轮1之间形成进气流道3，轮盖2上进气流动方向设置用于向进气流道3内进行喷液降温的喷水孔4，所述喷水孔4沿轮盖2表面均匀分布，每一喷水孔4内对应设置有喷头，喷头均通过管路与水量伺服器相连通，在连通处单独连接有用于控制喷水量的调节阀，通过水量伺服器控制喷水孔4处的喷水量；沿进气流道3的气流方向，所述喷水孔包括位于靠近进气流道进口端的主汽化喷水孔以及位于主汽化喷水孔内侧用于根据气体相对湿度进行补充喷水的补充汽化喷水孔，主汽化喷水孔内的喷头孔径大于补充汽化喷水孔的喷头孔径，主汽化喷水孔的喷头孔径大，产生较大的液滴可以伸入进气流道内，对气体充分汽化降温，在本发明的实施例中，主汽化喷水孔的喷头直径为20，补充汽化喷水孔的喷头直径为10。
本发明沿进气流道3的气体流动方向，靠近气体进气和出气端位置的喷水孔4的轴线与进气流道的壁面相垂直，可以使液滴深入进气流道内，保证换热效果；处于中间区域的喷水孔4轴线与进气流道壁面相平行，此处曲率较大，部分气流会通过叶轮与轮盘之间的配合间隙流出，从而影响压缩机的效率，而本发明的喷水孔设置呈与进气流道壁面相平行的型式可实现对气体进行喷液降温的同时抑制叶轮叶顶间隙的泄露，提高压缩机的运行效率和运行范围。
为实现对湿度的实时监测，如图2所示，本发明沿进气流道3的轴线方向，在对应喷水孔4的后方设置用于检测气体湿度的湿度测点5，通过湿度测点5对每一喷水孔4喷水后的气体湿度进行检测，为提高检测的准确度，湿度测点5位置对应的前方的喷水孔4喷水位置在圆周方向上相互错开，错开角度优选为45°，安装电子湿度计进行检测，在喷水后，汽化降温后的气体会流动至湿度测点5所在区域，从而获取准确的汽化后的气体内湿度数据。
本发明处于所述轮盖2同一轴向平面内的喷水孔4沿进气流道的轴线方向分设在进气流道5%，30%及70%长度位置处，其中5%长度位置处的喷水孔作为主汽化喷水孔，30%和70%长度位置处的喷水孔作为补充汽化喷水孔，30%长度位置处的喷水孔轴线与进气流道的壁面相互平行，70%长度位置处的喷水孔轴线与进气孔道相垂直，喷水孔总数为12个，沿轮盖2的圆周方向间隔90°分布，相应的湿度测点5设置在进气流道轴线的15%、45%以及85%长度位置处，对相应的前侧的喷水孔喷水后的气体湿度进行检测。
本发明公开一种根据上述的湿压缩离心压缩机的进气压缩控制方法，包括步骤：
S01、将离心压缩机根据运行工况划分为常规运转区和近喘振区，并设定对应的喷水量，根据离心压缩机运行时的流量和压力参数确定当前压缩机的运转区域；
S02、根据吸气流量确定对应的最大喷水总流量；在初始进行喷水时，若离心压缩机的运行区域处于常规运转区，最大喷水总流量设置为吸气流量的3%，若离心压缩机的运行区域处于近喘振区，最大喷水总流量设置为吸气流量的1%。
S03、在低于最大喷水总流量的范围内，通过水量伺服器对喷头的喷水流量进行分配，并通过轮盖上设置的湿度测点对气体的湿度监测，并根据监测结果对喷头的喷水流量进行调整，使沿进气方向气体下游的湿度接近99%。
本发明在步骤S03中，根据湿度测点监测结果对喷头喷水量调整时，当湿度测点监测的湿度平均值低于95%或高于99%时，对喷水总流量整体对应进行增加或减小，控制气体湿度，使湿度平均值处于95%-99%的区间内；当湿度平均值处于95%-99%的区间时，根据处于进气流道下游的湿度测点监测的气体湿度对喷头的流量进行调整，使下游的气体湿度向99%靠近。通过本发明的控制方法可以实现压缩机理想湿压缩过程，既在压缩过程中喷入的水的蒸发使得压缩过程中空气的相对湿度始终接近100%，经过计算流体力学仿真省功量可达5%，并且通过各点位喷水量实时可调，适用于变频压缩机，省功量不随压缩机运转工况变化而明显下降，保证效率。
Claims (10)
1.一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，包括叶轮（1）和轮盖（2），在轮盖（2）与叶轮（1）之间形成进气流道（3），轮盖（2）上进气流动方向设置用于向进气流道（3）内进行喷液降温的喷水孔（4），所述喷水孔（4）沿轮盖（2）表面均匀分布，每一喷水孔（4）内对应设置有喷头，喷头均通过管路与水量伺服器相连通，在连通处单独连接有用于控制喷水量的调节阀，通过水量伺服器控制喷水孔（4）处的喷水量；沿进气流道（3）的气流方向，所述喷水孔包括位于靠近进气流道进口端的主汽化喷水孔以及位于主汽化喷水孔内侧用于根据气体相对湿度进行补充喷水的补充汽化喷水孔，主汽化喷水孔内的喷头孔径大于补充汽化喷水孔的喷头孔径。
2.根据权利要求1所述一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，沿进气流道（3）的气体流动方向，靠近气体进气和出气端位置的喷水孔（4）轴线与进气流道的壁面相垂直；处于中间区域的喷水孔（4）轴线与进气流道壁面相平行，对气体进行喷液降温的同时抑制叶轮叶顶间隙的泄露。
3.根据权利要求2所述的一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，沿进气流道（3）的轴线方向，在对应喷水孔（4）的后方设置用于检测气体湿度的湿度测点（5）。
4.根据权利要求3所述的一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，处于所述轮盖（2）同一轴向平面内的喷水孔（4）沿进气流道的轴线方向分设在进气流道5%，30%及70%长度位置处，其中5%长度位置处的喷水孔作为主汽化喷水孔，30%和70%长度位置处的喷水孔作为补充汽化喷水孔。
5.根据权利要求4所述的一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，所述湿度测点（5）设置在进气流道轴线的15%、45%以及85%长度位置处。
6.根据权利要求4或5所述的一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，所述湿度测点（5）位置对应的前方的喷水孔（4）喷水位置在圆周方向上相互错开。
7.根据权利要求4所述的一种湿压缩离心压缩机，其特征在于，30%长度位置处的喷水孔轴线与进气流道的壁面相互平行，70%长度位置处的喷水孔轴线与进气孔道相垂直。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的湿压缩离心压缩机的进气压缩控制方法，其特征在于，包括步骤：
S01、将离心压缩机根据运行工况划分为常规运转区和近喘振区，并设定对应的喷水量，根据离心压缩机运行时的流量和压力参数确定当前压缩机的运转区域；
S02、根据吸气流量确定对应的最大喷水总流量；
S03、在低于最大喷水总流量的范围内，通过水量伺服器对喷头的喷水流量进行分配，并通过轮盖上设置的湿度测点对气体的湿度监测，并根据监测结果对喷头的喷水流量进行调整，使沿进气方向气体下游的湿度接近99%。
9.根据权利要求8所述的一种湿压缩离心压缩机的进气压缩控制方法，其特征在于，在步骤S02中，在初始进行喷水时，若离心压缩机的运行区域处于常规运转区，最大喷水总流量设置为吸气流量的3%，若离心压缩机的运行区域处于近喘振区，最大喷水总流量设置为吸气流量的1%。
10.根据权利要求8所述的一种湿压缩离心压缩机的进气压缩控制方法，其特征在于，在步骤S03中，根据湿度测点监测结果对喷头喷水量调整时，当湿度测点监测的相对湿度平均值低于95%或高于99%时，对喷水总流量整体对应进行增加或减小，控制气体湿度，使湿度平均值处于95%-99%的区间内；当湿度平均值处于95%-99%的区间时，根据处于进气流道下游的湿度测点监测的气体湿度对喷头的流量进行调整，使下游的气体湿度向99%靠近。
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