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CN1437503A - 用分裂气流离心涡轮机进行气体分离 - Google Patents

用分裂气流离心涡轮机进行气体分离 Download PDF

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CN1437503A
CN1437503A CN99814504A CN99814504A CN1437503A CN 1437503 A CN1437503 A CN 1437503A CN 99814504 A CN99814504 A CN 99814504A CN 99814504 A CN99814504 A CN 99814504A CN 1437503 A CN1437503 A CN 1437503A
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CN
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tank circuit
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blade
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English (en)
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博维·戈登·基弗
凯文·阿诺德·考珀特
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Original Assignee
AIR EXPLORATION TECHNOLOGIES Inc
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Abstract

一种气体分离系统，用于分离馈送的含有第一气体成分和第二气体成分的气体混合物，所述分离系统含有一个定子和一个可旋转地耦连到定子上的转子。定子包括一个第一定子阀面、一个第二定子阀面，和多个向定子阀面开放的功能隔间。转子包括一个与第一定子面连通的第一转子阀面、一个与第二定子面连通的第二转子阀面。转子还包括多个用于容纳吸附剂材料的转子气流路径，其中响应上升了的压力更易于吸附第一气体成分而不是第二气体成分。每个所述的转子气流路径包括一对相反的端向转子阀面内开放，用于与所述功能隔间连通。离心涡轮机耦连到所述功能隔间的一部分，并且包括一个有多个推进器气流路径，用于在转子旋转时以从第二气体成分中分离第一气体成分时把每个所述转子气流路径暴露于多个离散的压力。

Description

用分裂气流离心涡轮机进行气体分离
本发明涉及用于气体分离系统的离心涡轮机。具体上说，本发明涉及分裂气流离心压缩机、真空泵和膨胀器，其中进出离心涡轮机的气流含有不同的总压的多个气流。
通过压力摆动吸附(PSA)进行气体分离是通过在吸附剂床上的协调的压力循环和气流换向达到的，所述的吸附剂床相对于混合物中较不容易吸附的成分更优先吸附较易吸附的成分。在气流沿第一方向经吸附床从所述床的第一端向第二端流动的期间总压上升，而沿相反方向流动的期间下降。随着此循环重复，不易吸附的成分集中在第一方向，而较易吸附的成分集中在相反的方向。
许多在先技术的PSA的能量效率低。因为为吸收器加压及高压产生步骤所用馈送气体是用一个其发送压力是由循环的最高压力的压缩机提供的。压缩用于加压的馈气所消耗的能量损失是由在跨越在吸收器和高压气源之间即时压力差的阀门的节流作用造成的。类似地，在真空摆动吸附中，PSA循环的低压是由一个真空泵在此压力下抽取气体建立的，能量在压力下降了的吸收器的对流放气过程中损失在跨越阀门的节流中。其它的能量损失发生在用于洗提、均衡、顺同放气和产品加压或再充气等步骤的轻回流气体的气体膨胀中。在所述气体膨胀发生在跨越吸收器和供气源或排气口之间的较大压差上时，在不可逆的气体膨胀中损失的能量变得更加重要。
通过使用跟随加压的吸收器的即时压力发送压力的馈气压缩机(或鼓风机)，并且通过使用跟随进行对流放气的吸收器的即时压力进行抽吸的真空泵，在更加现代的VSA气体分离系统中能量效率已经了。结果馈气压缩机控制每个吸收器轮流为之加压，同时降低了气体膨胀损耗，并且类似地真空泵控制每个吸收器轮流达到对流放气，同时降低气体膨胀损耗。在这种系统中，任何时刻每个馈气压缩机只能向单个的吸收器供气，每个真空泵在任何时刻只能为单个吸收器抽取气体。在每个这样的馈气压缩机或者真空泵中的工作压力会有很大的变化，机器受力并引起总功耗很大波动。而且由于工作条件不稳定影响压缩效率。
因为离心或轴流涡轮机不能在这样不稳定的条件下工作，在VSA系统中典型地使用旋转正排量机。然而，这种机器比在稳定条件下工作的现代离心涡轮机效率低，特别是对于较大的设备容量(例如每天50吨氧的VSA系统)。而且，把单列设备容量增加到约每天80吨氧以上由于受到单个旋转机器的最高容量的限制而达不到。
其它的现代VSA空气分离系统已经使用了多个个别的推进器以增加各个气流的焓。然而，后者增加了系统复杂性并且增加了投资成本。而且，因为每个机器的流速较小，降低了机器效率。
因此，需要可以用于PSA和VSA气体分离工艺的离心涡轮机用于保持气流和气压的稳定条件，同时降低损失在不可逆的气体膨胀中的能量。
根据本发明，提供一种解决在先技术气体分离系统的不足之处的气体分离系统。
在本文中，术语“离心涡轮机”包括离心压缩机、真空泵和膨胀器。
根据本发明，气体分离系统把馈送的气体混合物分离成第一气体成分和第二气体成分，含有一个定子，和一个可以旋转地耦连所述定子的转子。所述定子包括一个第一定子阀面、一个第二定子阀面、和多个向定子阀面内开放的功能隔间。转子包括一个与第一定子阀面连通的第一转子阀面，和一个与第二定子阀面连通的第二转子阀面。转子还包括多个转子气流路径，用于容纳气体吸附剂材料，其中，响应转子气流路径中增加的压力，比第二气体成分优先地吸附第一气体成分。
每个转子气流路径包括一对向转子阀面内开放的相反的端，用于与所述功能隔间相连通。所述气体分离系统还含有耦连到功能隔间一个部分的离心涡轮机。所述离心涡轮机包括一个推进器，所述推进器有多个推进器气流路径用于随着转子的旋转把每个转子气流路径暴露于多个离散的压力，用以从第二气体成分中分离第一气体成分。
在本发明的第一实施例中，所述离心涡轮机含有一个分裂气流离心压缩机用于以多个不同馈气压力值向第一定子阀面发送馈气混合物。所述离心压缩机含有一个用于接收馈气混合物的气体入口、多个从所述推进器的旋转轴径向向外延伸的叶片，和一个放置在推进器内与气体入口连通并且延伸在相邻的叶片对之间的槽路。所述叶片包括多个距旋转轴不同径向距离的台阶，并且界定用于以多个不同的角动量从所述槽路推出气体混合物的推进器气流路径。离心压缩机还包括多个与槽路连通的扩散器，用于在多种不同压力下提供气流。在离心压缩机的一个变形中，取代具有台阶的叶片，叶片具有界定推进器气流路径的各种叶片角。
在本发明的第二实施例中，所述离心涡轮机含有一个分裂气流离心真空泵用于从加浓了第一气体成分、并且在多个不同的高于大气压力的排出气体压力下从第一定子阀面接收的气流中产生第一产品气体。在本发明的第三实施例中，所述离心涡轮机含有一个分裂气流离心膨胀机用于在大气压力下从加浓了第一气体成分、并且在多个不同的亚大气压力下从第一定子阀面接收的气流中产生一个第一产品气体。离心真空泵和离心膨胀器在结构上与离心压缩机相似，只是经过推进器气流路径的气流方向相反。在两个变形中，离心真空泵和离心膨胀器耦连到离心压缩机用于辅助离心压缩机把馈气混合物送进第一定子阀面。
本发明的另一个实施例中，所述离心涡轮机含有一个双侧推进器、多个从所述推进器径向向外伸的叶片、与所述推进器的第一侧连通的第一气体入口和第一气体出口以及与所述推进器的第二侧连通的第二气体入口和第二气体出口。一个第一槽路放置在推进器的第一侧内用于在第一气体入口和第一气体出口之间传送气体，并且一个第二槽路放置在推进器的第二侧内用于在第二气体入口和第二气体出口之间传送气体，同时第一和第二槽路各自延伸在相邻的叶片对之间。后一个实施例可以构成为分裂气流离心压缩机、分裂气流离心真空泵和分裂气流膨胀器，不同的推进器气流路径要么用台阶式推进器要么用不同叶片角界定。
在运转中，经第一转子-定子阀面对把馈气发送进转子气流路径，并且转子以一定频率旋转，从而把气体混合物暴露于每个转子气流路径，来循环地改变气流的压力和方向。这些循环改变使得馈气中的易吸附成分作为重的气体产品从第一转子-定子阀面对排出，而不易吸附成分作为轻的气体产品从第二转子-定子阀面对发出。为了加强气体分离，从第二转子-定子阀面对取出轻回流气体，并且在降压后返回第二转子定子阀面对。
为了在各个压力大小下进或出所述离心涡轮机的流动气流基本上在压力和速度上均匀，以多个增量的气体压力值向转子气流路径发送馈气，并且作为以多个减量的排气压力值对流放气从转子气流路径排出重的产品气体。优选地，以多个减量的轻回流出口气体压力值从转子气流路径取出轻回流出口气体，并且在低于相应的轻回流出气压力值的轻回流压力下返回转子气流路径。为了回收热提升的能量，可以设置热交换器以排出压缩热，用于加热对流放气和就要膨胀的轻回流气体。
优选地，所述转子还具有大量的吸收器，从而在任何时刻都有几个吸收器暴露于每个压力值。在压缩和放气的步骤中，靠气体膨胀压力均匀，通过这些步骤的每一个的吸收器的压力从所述吸收器经受的上个压力值收敛到每个步骤的标称压力值。通过离心涡轮机以所述步骤的标称压力在加压过程中向吸收器提供气流或者在放气中取出气流。因此在每个中间的压力值上由离心涡轮机看到的气流和压力脉动由通过该步骤的几个吸收器的平均作用而最小化，尽管每个吸收器都遭受到大的压力和气流的循环变化。
现在参照附图，仅以举例的方式说明本发明的优选实施例，附图中：
图1示出气体分离装置的简化示意图；
图2示一个典型的气体分离循环，用的是本发明将使用的方式；
图3示出采用分裂气流压缩机和分裂气流膨胀器的气体分离循环装置的简化示意图；
图4示出用于产生氧气的气体分离装置的简化示意图，采用一个分裂气流空气压缩机、一个分裂气流真空泵，和一个分裂气流轻回流膨胀器，后者为产品氧气压缩机供能；
图5示出根据本发明的第一实施例的分裂气流离心压缩机，含有一个反转推进器，和所述推进器的各个台阶部分的离散的发送半径；
图6和7示出图5所示的分裂气流离心压缩机的一个变形，含有一个隔间化的推进器，所述推进器跨叶片高度不同的推进器叶片角，三个隔间中的每个中的推进器段有不同的叶片角；
图8示出根据本发明的第二实施例的分裂气流离心真空泵，含有一个隔间化的推进器，三个隔间中的每个中的推进器段有不同的叶片角；
图9示出图8所示的分裂气流离心真空泵的变形，具有台阶式的推进器并且对于推进器的每个台阶段有离散的发送半径；
图10示出根据本发明的第三实施例的分裂气流轻回流膨胀器，具有隔间化的推进器；
图11示出根据本发明的分裂气流或者说多焓机的切向图，含有双侧推进器，用于不同焓值气流；
图12示出根据本发明的分裂气流或者说多焓机的切向图，含有双推进器，用于不同焓值气流；
图13和14示出排出器，用于把不同气流处的放气气流结合进膨胀器的入口嘴管中或者分裂气流真空泵的入口嘴管中；而
图15示出用于分裂气流压缩机的扩散器，带有用于转换低压气流的槽。
为了有助于理解本发明，首先结合图1至图4说明压力摆动吸附工艺和相关的装置。然后从图5开始说明本发明。
图1示出一个基本的PSA装置1，具有一个有多个即“N”数并联的配合吸收器3的吸收器组件2。每个吸收器3有一个在吸收器3的第一端5和第二端6之间的气流路径4，带有接触气流路径的吸附材料。第一阀门7和第二阀门8与所述吸收器联成协同工作。箭头9标出如图1所示连接到第一和第二阀门7、8的阀口时吸收器3的前进方向。在如本发明的优选实施例的旋转吸收器的情况下，把示于图1的吸收器组件2绕其旋转轴回旋360度从而使所述旋转能引起吸收器3沿箭头9方向推进以进行图2的循环。
图2示出在循环周期“T”上相继地由“N”个吸收器3中的每个进行PSA循环。所述循环在连续的吸收器中相移一个时间T/N。在图2中竖直轴10指示吸收器中的工作压力和第一及第二隔间中的压力。这里忽略由于在吸收器中流动产生的压力降。PSA工艺中的高和低工作压力分别由虚线11和12指示。
水平轴15指示时间，以PSA周期由点16和17之间的时间间隔定义。在时间16和17，吸收器3中的压力是压力18。从时间16开始循环吸收器3的第一端5通过第一阀门7向第一中间馈气压21下的第一馈送混合物供应装置20开放。
在时间17，在该吸收器中的压力从压力18上升到第一中间馈气压21。接着第一端5向第二中间馈气压23下的第二馈送供应装置22开放。吸收器的压力上升到第二中间馈气压。
然后，第一端5向PSA的较高压力下的第三馈送供应装置24开放。一旦吸收器的压力上升到高得多的工作压力，其第二端6就由第二阀门装置向轻产品发送导管25开放以发送提纯了的轻产品。还在从第三馈送供应装置向吸收器3的第一端供应气体的同时，第二端6接着向轻产品发送导管25关闭，然后开放以把“轻回流”气体(加浓了不易吸附的成分，与第二产品气体相同)发送到第一轻回流压力减压装置(或称膨胀器)30。全部或者某些馈送供应装置可以是馈送压缩级。在空气净化或者空气分离的应用上，馈送供应装置之一可以是一个外部源，诸如环境大气。
然后由第一阀门7关闭吸收器3的第一端5，同时第二端6通过第二阀门8相继地开放，用于(a)把吸收器压力降低到第一顺流放气压力32，同时把轻回流气体发送到第二轻回流降压装置34，(b)把吸收器压力降低到第二顺流放气压力36，同时把轻回流气体发送到第三轻回流降压装置38，和(c)把吸收器压力降低到第三顺流放气压力40，同时把轻回流气体发送到第四轻回流降压装置42。然后第二端关闭一个期间，直到轻回流返回步骤跟随对流放气步骤。
所述的轻回流降压装置可以是一个机械的膨胀级，用于恢复膨胀的能量，或者可以是一个限流器节流孔或者膨胀阀用于不可逆降压。
不论是在在最后的轻回流退出步骤后第二端6关闭时(如图2所示)，还是在较早的轻回流退出步骤还在进行时，第一端5都向第一排出装置46开放，把吸收器压力下降到第一对流放气间接压力48，同时把“重”气体(由较强吸附的成分加浓)发送到第一排出装置46。接着，第一端5向第二排出装置50开放，把吸收器压力下降到第二对流放气间接压力52，同时发送“重”气体。然后，第一端5向第三排出装置54开放，把吸收器压力下降到PSA工艺的较低压力12，同时发送“重”气体。
在第一端5向第三排出装置54开放的同时，一旦吸收器压力基本上达到所述的较低压力，第二端6就开放以从第四轻回流降压装置42接收第四轻回流气体(作为洗提气)，用于把更多的重气体置换进第三排出装置。来自第一、第二和第三排出装置的重气体可以一起作为重产品56发送。所有的或者某些排出装置可以是机械的排出器级，变通地，不论是在膨胀级是否要降压，真空泵级是否把压力增加到环境压力，还是排放压缩级是否要排出在升高的压力下发送的第二产品。还可以通过通风提供一个排放装置通向外部的排放处，例如大气。
在第一端5关闭之后通过轻回流气体加压吸收器。接着，开放第二端(a)以从第三轻回流降压装置38接收轻回流气体，以把吸收器压力提升到第一轻回流加压压力60，(b)以从第二轻回流降压装置34接收轻回流气体，以把吸收器压力提升到第二轻回流加压压力62，及(c)以从第一轻回流降压装置30接收轻回流气体，以把吸收器压力提升到第三轻回流加压压力。除非在轻回流返回还在进行以进行轻回流加压的同时馈送加压已经开始，只要已经包括了第三轻回流加压步骤，所述工艺就开始为时间17后的下一个循环进行馈送加压。
从每个馈送供应装置(例如20)，由导管70经一个可供选择的浪涌吸收器腔71向一个对第一阀门7中的馈送口73开放的馈送隔间72发送馈送气流。馈送隔间72可以同时向几个吸收器开放，并且可以有一个受限制的入口74，以在每个吸收器向馈送隔间72开放时提供一个渐进的压力膨胀均衡。
向每个排放装置(例如46)，由导管80经一个可供选择的浪涌吸收器腔81从一个对第一阀门7中的排放口83开放的排放隔间82发送排放气流。排放隔间82可以同时向几个吸收器开放，并且可以有一个受限制的入口84，以在每个吸收器向排出隔间82开放时提供一个渐进的压力膨胀均衡。
向轻产品发送导管25，经一个可供选择的浪涌吸收器腔86从一个对第二阀门8中的轻产品口88开放的轻产品出口隔间87发送轻产品。
向每个轻回流降压装置(例如34)，经一个可供选择的浪涌吸收器腔91从一个对第二阀门8中的轻回流出口93开放的轻回流出口隔间92通过导管90发送轻回流。轻回流出口隔间92可以同时向几个吸收器开放，并且可以有一个受限制的入口94以在每个吸收器向轻回流出口隔间92开放时提供一个渐进的压力均衡。
从每个轻回流降压装置(例如34)，经一个可供选择的浪涌吸收器腔96经一个对第二阀门8中的轻回流入口98开放的轻回流入口隔间97通过导管95发送轻回流。轻回流入口隔间97可以同时向几个吸收器开放，并且可以有一个受限制的入口99以在每个吸收器向轻回流入口隔间97开放时提供一个渐进的压力均衡。
从而可以通过在第一和第二阀门装置的隔间中膨胀，或者通过在吸收器的第一和第二端中膨胀限制在每个加压或者放气步骤中的压力变化率，得到图2所示描绘的典型压力波形。
过快的压力改变率会使吸收器受到机械压力，还倾向于引起使吸收器中的浓度波前的轴向分散增加的气流过渡。通过具有多个同时过渡每个循环步骤的吸收器，和/或通过在与第一和第二阀门装置连接的导管中设置浪涌吸收器，使气流和压力的波动最小化。
很清楚图2中所示的循环可以通过在每个馈送加压、对流放气排放或者轻回流的主要步骤中具有或多或少中间级而推广。而且，在空气分离或者空气提纯的应用中，可以通过用大气作为循环的中间压力作均衡实施馈送加压阶段(典型地为第一级)。类似地，可以通过用大气作为循环的中间压力作均衡实施对流放气级。
图3示出PSA空气分离系统100的简化示意图，具有一个分裂气流离心压缩机101，和一个分裂气流对流放气膨胀器透平机102。该PSA系统有一个入口过滤器103、一个对压缩机101的吸入口105的馈入导管104。
馈送压缩机101把其排出的气流分裂到三个扩散排放口，第一扩散排放口111以第一中间压力向馈送加压导管112发送馈送空气，第二扩散排放口113以第一中间压力向馈送加压导管114发送馈送空气，而第三扩散排出口115以该循环的较高压力向馈送产品供应导管116发送馈送空气。
分裂气流膨胀器102接收进入三个嘴管的三个气流中的对流放气气流，第一嘴管入口121以第一对流放气中间压力从对流放气导管122接收排气，第二嘴管入口123以第二对流放气中间压力从对流放气导管124接收排气，而第三嘴管入口125以第三对流放气中间压力从对流放气导管126接收排气。结合物排放气体从膨胀器102的出口127向导管128排出作为第二产品气体，并且可以与基本上等于大气压力的低压下由排出导管129排出的第二产品气体结合。
馈送压缩机101由马达131经轴132驱动。膨胀器102可以通过轴133耦合以辅助为压缩机101供动力。
选择没有能量恢复的轻回流降压时，膨胀阀135、136、137和138为示出的四个轻回流阶段的每个阶段提供降压。设有操纵器装置139用于调节膨胀阀的节流孔。
图4示出PSA空气分离系统150的简化示意图，具有如图3所示的一个分裂气流离心压缩机101，和一个分裂气流对流放气真空泵152，它们分别地通过轴132和133由马达131提供动力。
第一馈送加压导管153从馈入导管104分枝，所述加压导管确定一个基本上等于环境压力的第一中间馈送加压压力。因此，馈送压缩机101的第一扩散排放口111工作在第二中间馈送加压压力，第二扩散排放口113工作在第三中间馈送加压压力，而第三扩散排放口115工作在循环的较以前高的压力下。
分裂气流真空泵152接收进入三个嘴管的三个气流中的对流放气气流，第一入口161以第一对流放气中间压力从对流放气导管162接收排放气体，第二入口163以第二对流放气中间压力从对流放气导管164接收排放气体，而第三入口165以该循环的较低压力从对流放气导管166接收排放气体。结合了的排放气体从真空泵152的出口扩散器口167向排放导管168内排放气体作为第二产品气体。
设有一个分裂气流轻回流膨胀器170以向所示的带有能量恢复的四个轻回流级提供降压。如虚线171所示，这些级可以在轻回流膨胀器中间隔开以使级间的气体浓度混合最小。从较高压的轻回流级到较低压的轻回流级轻产品的纯度会驱于下降，从而如果避免混合就可以保持轻回流的令人满意的分层。然而，在多数空气分离应用中，轻产品氧气的纯度是无关紧要的，因为集中在氧气中的氩会把氧气的纯度限制到约95％。因此分裂气流轻回流膨胀器的隔间化对于氧气的PSA或VSA系统不是非要不可的。
与上例的分裂气流压缩机(一个馈气分裂成不同总压的几个压缩气流)或者分裂气流排放器(膨胀器或者真空泵，以不同的总压的三个入口气流结合成一个单个的排放气流)不同，所述分裂气流轻回流膨胀器有几个以不同的总压进入的独立气流，在膨胀器内降压之后再以不同的总压排放的相同的气流。
轻回流膨胀器170由传动轴181耦连到轻产品压力增压压缩机180。压缩机180从导管24接收轻产品，然后从发送导管182发送轻产品(压缩到PSA循环的较高压力以上的发送压力)。因为轻回流和轻产品中都是加浓了的大约相同纯度的氧气气流，膨胀器170和轻产品压缩机180可以密封地封装在一个单个的壳中。这种没有独立驱动马达的“涡轮压缩机”氧气浓缩器是优越的，因为可以不用外部马达和相应的轴封就达到有用的产品氧气的压力提升。
现在参照图5说明本发明的第一实施例，图5是分裂气流离心压缩机200的侧视图。压缩机200有一个单个入口，但是把气流分裂以从单个的推进器排放到三个独立的扩散器和蜗体中，它们以不同的总压或者焓向PSA装置发送三个压缩气体流。
压缩机200有一个由轴套栓钉206固定到轴207上的叶片推进器205。推进器205是一种半开放的推进器，具有多个叶片210以优选地以相等的角间隔开并固定在轴套211之上。叶片210从推进器眼212伸向推进器尖端213，并且可以径向或者倾斜地向后(如图9所示)。推进器槽路214界定在各个相邻的叶片210对、轴套211和壳208之间。推进器叶片210在台阶215和216处回切，在台阶215和216处槽路214变窄，从而把气流的一部分从推进器205在每个台阶215和216处引导出进入每个槽路214中。很清楚，随着在推进器槽路214内增大的半径上得到增加的角动量气流，从台阶215、台阶216和尖端213离开推进器205的气流的能量或者焓会相继地增加。
壳208有一个入口法兰缘230和入口231。还可以设置入口引导叶轮。在壳208内还形成扩散器和收集器涡管。壳208和壳209由栓钉234相互固定。
对推进器210密封以减少在其前缘的泄漏，所述密封分别由在入口和第一台阶之间、第一和第二台阶之间，及第二台阶与尖端之间的窄间隙或者密封圈密封235、236及237构成。在轴207和壳209之间设有一个轴封240。
在运转中，流体流经入口231进入推进器槽路214，然后经台阶215、216和尖端213从推进器205排出。从推进器205在台阶215排出的气流进入第一扩散器221以从速度头恢复压力头，然后从第一收集器涡管222以第一中间压力向第三排放导管223发送。从推进器205在台阶216排出的气流进入第二扩散器224以从速度头恢复压力头，然后从第二收集器涡管225以第二中间压力向排放导管226发送。从推进器205在尖端213排出的气流进入第三扩散器227以从速度头恢复压力头，然后从第三收集器涡管228以最终发关送压力向排放导管229发送。扩散器221、224和227每个都可以是常规的叶轮的、无叶轮的或者涡壳的扩散器。在每个回切的台阶215和216，槽路214的切向高度被台阶的宽度减少，把向外流动的流体反射进扩散器221和224。
很清楚，可以设有带更多的扩散器和涡壳的回切台阶，以达到更多的中间压力气流，或者可以在单个回切台阶上仅设置两个扩散器和涡壳对以达到处于一个最终压力和一个低于该最终压力的中间压力的两个发送气流。
尽管在实施例200中通过从推进器以相继增加的半径向独立的扩散器中排出分裂的气流得到分裂气流压缩机(带有单个入口和不同压力下的三个排出气流)，但是还可以通过从推进器在基本相同的半径但是有相继变陡的叶片角处排放分裂的气流得到。在推进器叶片之间的槽路的大部分半径范围内把推进器分成隔间，从而气流不在有不同叶片角和曲率的槽路之间分裂。然而，在一个变形中，槽路的某些或者甚至所有半径范围没有分成隔间。在没有分成隔间的部分中，优选地扭曲叶片以保持轴向变化的叶片角。
图6示出分裂气流压缩机实施例300的切向图。气体经过入口法兰缘301、入口302、推进器303、三个扩散器槽路304、305和306、三个收集器涡管307、308和309，和三个出口310、311和312流过进入出口法兰缘313。在推进器303之内有三个隔间314、315和316。隔间314和315由隔板318隔开，而隔间315和316由隔板317隔开。在隔板317和318的任何部分可能被删掉处，线317和318就代表推进器中的气流线路。隔板317和318分别有在入口的前缘319和320并且终止于推进器外径321。推进器303的旋转方向由图7中的箭头322指示。
推进器的返回通路用密封圈324密封。推进器用轴套栓钉连接器326连接到轴325上。整个涡管在壳连接点327处连接到主壳上。扩散器槽路304和305由扩散器隔板330分开，扩散器隔板330在半径321处有一个对推进器隔板318的窄密封间隙，而扩散器槽路305和306由扩散器隔板331分开，所述扩散器隔板331有一个对推进器隔板317的窄密封间隙。
经推进器303流过时，气流经历在叶片高度上变化的叶片扭曲，或者在分开的隔间中的不同叶片角。在图7所示的入口图中，对于在每个隔间的大致中线处典型的叶片的三个剖面，示出单个叶片的叶片压力侧341和吸取侧342。截取的三个叶片是(1)轴套侧隔间316中的叶片343、(2)中央隔间315中的叶片344，和(3)壳侧隔间314中的叶片345。在每个隔间中的叶片数可以与常规的离心机器的相似，例如，约17个叶片。在轴套处叶片角度较陡，从而在隔间316中比在隔间315达到较高的总压上升，而在隔间315中比在隔间314中达到较高的总压上升。变通地，叶片角可以在毗邻壳处最陡。不论什么情况，三个出口气流都保持分开并且输出达到不同的焓要求。
在分裂气流压缩机300中，出口气流径向向外。可以把旋转方向和气流方向反向，以作为膨胀器工作，可适于从对流放气气体膨胀恢复能量，同时结合的气流通过出口303和出口法兰缘302以单个的总压输出。很清楚，压缩机200可以相似地反向运转成分裂气流膨胀器。
图8是一个有三个间隔化的入口眼的分裂气流排出器或者真空泵400。排出器切向图示出进入有最低压处的第一入口402、中压处的第二入口403和仍然低于环境压力的较高压处的第三入口404的入口涡管组件401的气流。第二入口403和第三入口404把其各自的气流接纳进涡管405和406，以把一部分进口静态压力转化为旋涡速度。优选地，第二入口403和第三入口404具有引导叶轮407、408或者未示出的嘴管用于辅助把一部分进口静态压力转化为旋涡速度。在实施例400中使用与图6和7相似的有可变叶片角的隔间化推进器303，并且在图8中用相同的标号描绘。入口402与隔间316连通，入口403与隔间315连通，而入口404与隔间314连通。从这三个隔间出来的排出气流在外径321处出推进器，然后结合进一个单个的涡管410中，通往基本为大气压力的排出处412。
推进器303由穿过轴封422的轴420驱动。随着流过推进器303，能量添加进每个进入推进器眼的气流。然而由于叶片角沿轴套侧比覆环处陡，从推进器向轴套侧气流传输的能量将比向覆环侧传输的能量多。
图9中所示的是在三个半径处有三个入口涡管的分裂气流排出器或者真空泵500。在切向图中，气流以相继地低于环境压力的较高总压，分别地经第一入口501、第二入口502或第三入口503通过。第一入口501通向推进器510的眼入口505。第二入口502通过入口涡管512通向嘴管513。第三入口503通过入口涡管514通向嘴管515。嘴管513和514是把旋涡角速度传递给进入推进器的气流的旋涡装置。推进器510有一个眼入口520、一个外径向出口521，并且切出中间台阶523和525，在台阶处推进器槽路530的深度随着半径递增以接收来自台阶523的嘴管513和来自台阶525的嘴管515的附加气流。在半径521处结合的排放物退出推进器510，然后进入涡管531中通往基本上处在环境压力的排放法兰缘532的涡管扩散器槽路530。推进器501用一个轴套栓钉连接器541连接到轴540。整个涡管531在连接点546连接主壳545。
随着气流经过推进器510，能量添加到每个进入推进器510的气流。优选地，包括进嘴管或者等效的嘴管引导叶轮以加速在较大半径处进入推进器510的气流。以此方式从外径进入的流体接收较少传递的能量，因为它在推进器通道内的流动路程短于在较小半径部分进入的流体的流动路程。
图10中示出的是具有四个隔间化入口涡管、一个隔间化推进器，和隔间化出口扩散器的分裂气流膨胀器170。处于四个阶越式不同入口总压的四个轻回流气流(在空气分离应用中加浓了氧气)降压到四个阶越式不同出口总压。由于它们排开了纯度，保持这四个轻回流气流的区别是合人心意的(但不是必须的)。轻回流的分层对于保持浓度梯度锐陡是令人满意的，从而可以以高生产率和产量或者组分回收率得到高纯度的轻产品。
示出的四个轻回流气流的数量是任意的。在较短的时间期间且从间隔较密加压期间中提取较多数量的轻回流气流理论上可以提高工艺性能和能量效率。然而较多数量的轻回流气流会使分裂气流膨胀器170更加复杂，并且由于受潮表面积较大及附加隔间的边界层磨擦作用效率会下降。较少数量的轻回流气流会降低工艺性能和效率，但是会简化分裂气流膨胀器同时减少其高速气流路径的受潮表面积。
在分裂气流膨胀器170中，四个气流进入入口涡管组件605中的四个入口涡管601、602、603、604，每个气流有不同的焓值或者说总压。基本上在图2所示的PSA循环的较高压力11处，最高压力轻回流气流进入第一入口涡管601。依次较低压力轻回流气流基本上在压力32处进入第二入口涡管602，基本上在压力36处进入第三入口涡管603，基本上在压力40处进入第四入口涡管604。
气流从入口涡管经四个嘴管611、612、613和614进入推进器625的四个有叶片的推进器隔间621、622、623和624。推进器625在入口和出口处都径向设有台阶。如图10所示，隔间径向地交错，从而通过最高压力气流的隔间621位于径向向外，而通过最低压力气流的隔间624位于径向向内。隔间624终止于推进器眼626。隔间的所述径向交错把压力差最小化从而使隔间之间的隔板(例如627)的内和外半径处隔间之间的泄漏最少化。在隔间内的叶片角可相同，以简化推进器的结构设计和应力分析，也可以有别以进一步起区分气流之间焓或总压改变的作用。
如果每个隔间中叶片的几何形状相同，隔板627可以从推进器625取消，从而线627指示轻回流气流之间标称气流线边界。在此变形中，隔间不再由物理屏障把混合隔开，从而简单地变成其相应气流的“区”。在隔间之之间没有隔板时，推进器在结构上简单得多，并且降低了推进器通道中的表面磨擦损耗。然而预期在轻回流气流之间会有显著的混合。
所述四个气流径向向内流经推进器隔间或者说区，损失角动量和焓，同时在带有推进器625的隔间的叶片上施加扭力。在其相应的内半径处出推进器隔间时，三个气流分别从隔间621、622、623进入入口扩散器涡管631、632和633，而最低压力气流从隔间624经过推进器眼626进入出口扩散器导管634。四个轻回流气流以图2所示的PSA循环的阶越的总压64、62、60和12从出口法兰缘645的出口641、642、643和644排放。
推进器625有支承在壳652的轴承651上的轴650。随着气流经过分裂气流膨胀器的推进器，能量从每个气流引出到轴。如图4的PSA工艺实施例150提示，此轴可以用于驱动轻产品(例如氧气)压缩机以把轻产品的压力提高到PSA工艺的较高压力之上。因为轻回流和轻产品在成分上几乎相同，可以用一个公共的壳封闭轻回流膨胀器170和轻产品压缩机180，如典型的涡轮增压装置中一样。
图11示出带有双侧推进器的通用分裂气流机。此机可以用作分裂气流压缩机、真空泵，或者膨胀器。直接为两个分裂气流设双侧推进器。很清楚，推进器的两个侧都可以设台阶以按照推进器半径过渡(如图5和9所示)进一步分裂推进器气流。另外，推进器的两个侧都可以设隔间以按照叶片角(如图6、7和8所示)进一步分裂推进器气流。还可以把推进器的一侧设台阶，而另一侧设隔间。
分裂气流机700在壳702内有双侧推进器701。推进器701有一个第一推进器侧705，它与第一入口涡管706配合从入口707接收第一气流，并且与第一排放扩散器涡管708配合向排放装置709发送第一气流；有一个第二推进器侧715，它与第二入口涡管716配合从入口717接收第二气流，并且与第二排放扩散器涡管718配合向排放装置719发送第二气流。优选地，第一和第二推进器705、715在几何形状上有差别，例如有不同的叶片角，以对两个气流达到不同的焓改变。
双侧推进器在701支承在轴730上，图中示出轴承和分别穿过第一和第二入口涡管706、716的密封组件731和732。推进器701在其第一侧气流槽路705和其第二侧气流槽路715之间有一个盘形的隔板740。第一排放涡管708和第二排放涡管718由隔膜隔板742分隔开。在隔板740和742之间设有密封圈或者间隙密封744以使两个气流之间泄漏最小化。
综上所述，分裂气流机700可以用作压缩机、真空泵或者膨胀器。用作分裂气流压缩机或者真空泵时，气流的方向由箭头750指示。以分裂气流机700为基础的分裂气流压缩机并联连接入口707和717以在同样的入口压力下接收馈气，同时在不同的总压从排放装置709和719发送排放气流。以分裂气流机700为基础的分裂气流真空泵或者排出器保留分开的入口707和717，以在不同的总压力下接收入口馈气，同时在同样的总压力下从现在并联的排放装置709和719发送排放气流。
用作分裂气流膨胀器时，气流的方向与箭头750指示相反。术语也改变了，从而推进器第一侧705从入口709向嘴管涡管708内接收气流，向扩散器706和排放装置707排放气流；而推进器第二侧715从入口719向嘴管涡管718内接收气流，向扩散器716和排放装置717排放气流。对于两气流轻回流膨胀器，入口709和719保持分开，并且类似地，排放装置707和717保持分开。对于对流降压膨胀器(例如图3的102)，入口709和719保持分开，以接收不同总压或者焓的气流，而排放装置707和717并联以排放典型地在环境压力下结合的气流。
根据图5-10的上述实施例的任何一个，很清楚双侧分裂气流机700的任一侧或者双侧可以进一步隔间化以提供附加的分裂气流。
图12示出与分裂气流机700相似的分裂气流机770。分裂气流机770包括一个双推进器，后者有支承在第一推进器侧705的第一推进器771，和支承在第二推进器侧715的第二推进器772。第一推进器771和第二推进器侧772安装在一个公共的轴773上，带有用于每个推进器的轴承和流体封装组件774和775。在轴承和流体封装组件774、775之间，轴773有一个与轴778上的大齿轮777接合的小传动齿轮776，再由马达779驱动。
分裂气流机770可以应用于图3的PSA系统实施例100。从而第一推进器771(带有配合入口和扩散器排放部件)可以由与压缩机101等效的分裂气流馈送压缩机(例如图5或6)取代，而第二推进器772(带有配合入口和扩散器排放部件)可以由与膨胀器102等效的分裂气流对流降压膨胀器(例如图5或6)取代。
类似地，分裂气流机770可以应用于图4的PSA系统实施例150。再次第一推进器771(带有配合入口和扩散器排放部件)可以由与压缩机101等效的分裂气流馈送压缩机(例如图5或6)取代，而第二推进器772(带有配合入口和扩散器排放部件)可以由与排出器152等效的分裂气流真空泵(例如图8或9)取代。
图13示出推出器800，用于把一对对流放气气流结合为一个单一的气流然后进入膨胀器的入口嘴管或者分裂气流真空泵的入口嘴管。此实施例使之能够把出第一阀门装置的对流气流的数量相对于这些气流进入膨胀器或者真空泵级的入口嘴管的气流数量增加一倍。在第一阀门装置把总对流气流提供成相对大数量的间隔得更密的中间放气压力下的分开的气流是令人满意的，从而降低在其上不可逆的膨胀在第一阀门装置中和相关的限制器孔中发生的压力段。从而，任何进入膨胀器或者真空泵的气流可以是离开第一阀门装置的两个对流放气气流的结合。例如，图13的装置可以用于图3的装置中以在进入膨胀器102前结合流经导管122和124的气流。
推出器800有一个第一入口801，对流放气气体的第一气流“A”从处于第一总压的第二阀门装置接纳到所述第一入口中，和一个第二入口802，对流放气气体的第二气流“B”从处于低于第一总压的第二总压的第二阀门装置接纳到所述第二入口中。第一气流从入口801向第一嘴管803传送，而第二气流从第二入口向第二嘴管804传送，第二嘴管在此示出为绕第一嘴管801的环。嘴管801的面积较小从而达到从嘴管803发出的第一气流的高速度。嘴管804的面积较大从而从嘴管804发出的第二气流的速度较低。
嘴管803和804向混合段85中发送第一和第二气流，其中所述气流混合成一个处于居第一和第二压力之间的第三总压的结合的气流“A+B”。
如果第一和第二气流的质量流相似，第三总压可大约等于第一总压加上第一和第二总压之差的四分之一。
在常规的推出器中，结合的气流会正常地进入混合段85后的扩散器。在此结合的气流将在混合后保持相对高的速度，用于接纳到一个膨胀透平机或者一个分裂气流真空泵的中间入口。因此此推出器是一个混合嘴管。
图14示出一个嘴管组件850，有多个用于把不同气流下的对流放气气流结合进膨胀器的入口嘴管或者分裂气流真空泵的入口嘴管喷射器。
嘴管组件850有一个推进器865，该推进器可以包含(但是不限于)图5所示的推进器205、图6的推进器303、图9所示的推进器510和图10的推进器625。嘴管组件有“N”(这里N＝2)个第二嘴管851，带有平行接纳进第一气流“A”的入口852，和等量的“N”个第一嘴管853，带有平行接纳进第二气流“B”的入口854。优选地第一和第二嘴管851和853绕嘴管环860相等地间隔开。第一和第二嘴管851和853切线地把其气流发送进界定于嘴管环860与推进器入口半径864之间的环形的嘴管腔862中，在入口半径864处结合的气流“A+B”将进入推进器865。推进器865绕轴867旋转如箭头868所示。至于在推出器800中，选择嘴管面积使第一气流以显著地高于第二气流的速度进入嘴管腔862。嘴管腔862将起混合腔的作用，其中把结合气流混合到接近一个结合的速度和一个第三中间总压，如同在推出器800中。进一步的混合可以在推进器本身内发生。
看来推出器850实际上是一个混合嘴管，从而不同入口总压的两个气流可以结合成涡轮机中一个单个气流。这是一个相对廉价的增加PSA工艺中分裂气流数量的方法，同时在涡轮机中有较少数量的气流。
图15示出一个用于压缩机的扩散器900，带有一个偏转较低压气流的槽。扩散器900有一个入口901、和一个带有第一壁903第二壁904和出口905的主槽路902。壁903和904从入口901向出口905扩张，从而达到使来自压缩机推进器的进入入口901的高速度入口气流恢复静态压力。
初级气流“A”从出口905发送。槽906设在第一壁903中用于从主槽路902向侧槽路907中转移边界层流体。槽906可以等同地设成多个壁903中的孔隙或者说孔。在槽路907中的气流是次级气流“B”，此气流从出口908发送。因此从压缩机推进器流入入口901的气流是结合的气流“A+B”。
扩散器典型地是离心压缩机的低效率部件，因为有在边界层变厚和开始再循环时倾向于引起气流不稳的不利的膨胀。如果扩散器壁凸向气流就特别是这样，如这里对第一壁903所示。众所周知，从扩散器壁抽吸可以通过去掉“疲劳”的边界层而改善效率。然而，抽吸需要一个收容处，向其中可以把次级气流“B”以比初级气流“A”的最终发送总压低的总压发送。
因为扩散器900从馈送压缩机向第一阀门装置发送多个分裂气流，初级气流“A”将会是以特别的馈送压力接纳进第一阀门装置中的馈送气流，而次级气流“B”将会是以低于所述馈送压力的中间压力接纳进第一阀门装置中的馈送气流。变通地，气流“B”可以注入分裂气流压缩机的第二扩散器中，同时第二扩散器工作在低于扩散器950中的气流“A”的焓或总压的入口焓或者总压下。
以上说明旨在解释本发明。领域内的一般技术人员可以在不偏离所附权利要求书定义的本发明的精神和范围内对所说明的实施例构想出某些补充、删节或修改。

Claims (60)

1.一种气体分离系统，用于分离馈送的含有第一气体成分和第二气体成分的气体混合和物，所述分离系统含有：
一个定子，包括一个第一定子阀面、一个第二定子阀面，和多个向定子阀面开放的功能隔间；
一个转子，可旋转地耦连在所述定子上，并且包括一个与第一定子阀面连通的第一转子阀面、一个与第二定子阀面连通的第二转子阀面和多个用于容纳吸附剂材料的转子气流路径，其中为了优选地响应在转子气流路径上升了的压力比第二气体成分更容易吸附第一气体成分，每个所述的转子气流路径包括一对向转子阀面内开放的相反的端，用于与所述功能隔间连通；和
离心涡轮机，耦连到所述功能隔间的一部分，并且包括一个推进器，所述推进器有多个推进器气流路径，用于在转子旋转以从第二气体成分中分离第一气体成分时把每个所述转子气流路径暴露于多个在较高压力和较低压力之间的不同压力。
2.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，每个所述的推进器气流路径与功能隔间的相应一个连通，用于把每个所述的功能隔间保持在多个压力之一。
3.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，所述离心涡轮机含有一个分裂气流离心压缩机用于以多个不同的馈送气体压力值向第一定子阀面发送馈送气体混合物。
4.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，所述离心涡轮机含有一个分裂气流离心膨胀器，用于排出加浓了第一气体的成分，以多个不同的排出气体压力值从第一定子阀面接收的气流，作为第一产品气体。
5.如权利要求3所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮机含有一个耦连到离心压缩机的分裂气流离心膨胀器，用于排出加浓了第一气体的成分的，以多个不同的排出气体压力值从第一定子阀面接收的气流，作为第一产品气体，并且用于辅助所述离心压缩机把馈送气体混合物发送到第一定子阀面。
6.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，所述离心涡轮机含有一个分裂气流离心膨胀器，用于抽取加浓了第一气体的成分，以多个不同的排出气体压力值从第一定子阀面接收的气流，作为第一产品气体。
7.如权利要求3所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮机含有一个耦连离心压缩机的分裂气流离心真空泵，用于抽取加浓了第一气体的成分，以多个不同的排出气体压力值从第一定子阀面接收的气流，作为第一产品气体，并且用于辅助所述离心压缩机把馈送气体混合物发送到第一定子阀面。
8.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，所述气体分离系统包括一个轻回流膨胀器，用于以多个不同的回流气体压力值从第二定子阀面接收加浓了第二气体的成分的气体，用于进行接收的气体的降压，以及用于把降压了的接收气体作为轻回流返回气体返回第二定子阀面，以加强作为第二产品气体从第二定子阀面抽取加浓了第二气体浓度的气体的纯度。
9.如权利要求8所述的气体分离系统，其特征在于，所述气体分离系统包括一个压缩机，耦连在轻回流膨胀器上，用于提高作为第二产品气体抽取的气体的压力。
10.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，所述气体分离系统至少包括一个轻回流膨胀阀门，用于以多个不同的回流气体压力值从第二定子阀面接收加浓了第二气体的成分的气体，用于进行接收的气体的降压，以及用于把降压了的接收的气体作为轻回流返回气体返回第二定子阀面，以加强作为第二产品气体从第二定子阀面抽取加浓了第二气体浓度的气体的纯度。
11.如权利要求3所述的气体分离系统，其特征在于，分裂气流离心压缩机含有：一个气体入口，用于接收馈送气体混合物；多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路，所述叶片包括多个位于推进器的旋转轴不同的半径上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径用于从所述槽路以多个不同的角动量推出馈送气体混合物；和多个与所述槽路连通的扩散器，用于提供馈送气体混合物的不同馈送气体压力。
12.如权利要求11所述的气体分离系统，其特征在于，至少扩散器之一含有：一个扩散器入口，用于接收所述推出的馈送气体混合物的一部分；多个扩散器出口；和多个延伸在扩散器入口和扩散器出口之间的扩散器气流路径，用于提供不同的馈送气体压力值。
13.如权利要求12所述的气体分离系统，其特征在于，所述扩散器气流路径含有：一个初级扩散器槽路，向扩散器出口之一中开放；一个次级扩散器槽路，向扩散器出口的另一个中开放；和一个设置在初级扩散器槽路中的孔隙用于从初级槽路向次级槽路中发送边界气体流层，从而从次阶段槽路以比初级槽路降低了的压力发送气体。
14.如权利要求3所述的气体分离系统，其特征在于，分裂气流离心压缩机含有：一个气体入口，用于接收馈送气体混合物；多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路，所述叶片有各自的叶片角，所述叶片角界定推进器气流路径用于从所述槽路以多个不同的角动量推出馈送气体混合物的气流；和多个与所述槽路连通的扩散器，用于提供馈送气体混合物的不同馈送气体压力。
15.如权利要求14所述的气体分离系统，其特征在于，所述叶片每个有一个高度，而各个叶片角在相应的叶片上高度变化。
16.如权利要求14所述的气体分离系统，其特征在于，所述槽路包括多个隔间，用于保持流经所述槽路的馈送气体混合物分离。
17.如权利要求14所述的气体分离系统，其特征在于，至少扩散器之一含有：一个扩散器入口，用于接收所述推出的馈送气体混合物的一部分；多个扩散器出口；和多个延伸在扩散器入口和扩散器出口之间的扩散器气流路径，用于提供不同的馈送气体压力值。
18.如权利要求17所述的气体分离系统，其特征在于，所述扩散器气流路径含有：一个初级扩散器槽路，向扩散器出口之一中开放；一个次级扩散器槽路，向扩散器出口的另一个中开放；和一个设置在初级扩散器槽路中的孔隙用于从初级槽路向次级槽路中发送边界气体流层，从而从第二槽路以比初级槽路降低了的压力发送气体。
19.如权利要求4所述的气体分离系统，其特征在于，分裂气流离心膨胀器含有：一个气体出口，用于排出第一产品气体；多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体出口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路；和多个扩散器，用向从所述槽路以多个不同的角动量发送加浓了第一气体成分的气体流；所述叶片包括多个离推进器的旋转轴不同径向距离上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径，用于从发送的气体流中产生第一产品气体。
20.如权利要求4所述的气体分离系统，其特征在于，分裂气流离心膨胀器含有：一个气体出口，用于排出第一产品气体；多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体出口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路；和多个扩散器，用向从所述槽路以多个不同的角动量发送加浓了第一气体成分的气体流；所述叶片有相应的叶片角，所述叶片角界定推进器气流路径，用于从发送的气体流中产生第一产品气体。
21.如权利要求20所述的气体分离系统，其特征在于，所述叶片每个有一个高度，而各个叶片角在相应的叶片高度上变化。
22.如权利要求20所述的气体分离系统，其特征在于，所述槽路包括多个隔间，用于分离经槽路发送的混合气体。
23.如权利要求6所述的气体分离系统，其特征在于，分裂气流离心真空泵含有：多个入口，用于接收加浓了第一气体的成分的，多个不同的排出气体压力值的气流；多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路；所述叶片有相应的叶片角，所述叶片角界定推进器气流路径，用于以一个共同的角动量从所述槽路推出加浓了第一气体成分的气流；和一个扩散器，与所述槽路连通，用于从推出的气体流中产生第一产品气体。
24.如权利要求23所述的气体分离系统，其特征在于，所述叶片每个有一个高度，而各个叶片角在相应的叶片高度上变化。
25.如权利要求23所述的气体分离系统，其特征在于，至少所述气体入口之一包括涡流装置用于以涡流速度向所述槽路发送接收到的气体流。
26.如权利要求25所述的气体分离系统，其特征在于，所述涡流装置至少包括一个引导涡轮、嘴管和涡管。
27.如权利要求23所述的气体分离系统，其特征在于，所述槽路包括多个隔间，用于保持流经槽路的气体分离。
28.如权利要求6所述的气体分离系统，其特征在于，分裂气流离心真空泵含有：多个气体入口，用于接收加浓了第一气体的成分，处于多个不同的排出气体压力值的气流；多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路；所述叶片包括多个离推进器的旋转轴不同的半径上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径，用于以一个共同的角动量从所述槽路推出加浓了第一气体成分的气流；和一个扩散器，与所述槽路连通，用于从推出的气体流中产生第一产品气体。
29.如权利要求28所述的气体分离系统，其特征在于，至少所述气体入口之一包括涡流装置用于以涡流速度向所述槽路发送接收到的气体流。
30.如权利要求29所述的气体分离系统，其特征在于，所述涡流装置至少包括一个引导涡轮、嘴管和涡管。
31.如权利要求8所述的气体分离系统，其特征在于，轻回流扩散器含有：多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个放置在推进器内与所述气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸的槽路；多个气体入口，用于以多个不同的轻回流出口压力值向所述槽路引导加浓了第二气体成分的气流；所述槽路包括多个离推进器的旋转轴不同的半径距离上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径，用于以多个角动量从所述槽路推出气体流；和一个扩散器，与所述槽路连通，用于以低于相应的轻回流出口压力值的压力值发送所述推出的气体流。
32.如权利要求31所述的气体分离系统，其特征在于，叶片有叶片角，并且角动量按照所述角确定。
33.如权利要求31所述的气体分离系统，其特征在于，所述槽路包括一个入口端和一个出口端，并且在两个所述的端上都放有台阶。
34.如权利要求31所述的气体分离系统，其特征在于，所述槽路包括多个隔间，用于保持气体流的分离。
35.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，推进器包含一种双面侧推进器，而离心涡轮机包括：多个径向地从推进器向外伸出的叶片；一个第一气体入口涡管和一个第一气体出口扩散器与推进器的第一侧连通；一个第二气体入口涡管和一个第二气体出口扩散器与推进器的第二侧连通；一个放置在推进器的第一侧内的第一槽路与第一气体入口涡管和第一气体出口扩散器连通；和一个放置在推进器的第二侧内的第二槽路与第二气体入口涡管和第二气体出口扩散器连通；第一和第二槽路各延伸在毗邻的叶片对之间。
36.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，推进器有一个旋转轴，并且所述的第一侧和第二侧放置在所述旋转轴的相反侧上。
37.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，所述叶片包括多个离推进器的旋转轴不同的半径上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径，用于以多个不同的角动量从所述槽路至少之一推出气流。
38.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，所述叶片有各自的叶片角，所述叶片角界定推进器气流路径，用于以多个不同的角动量从所述槽路至少之一推出气流。
39.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮可作为一个分裂气流压缩机用于在入口涡管以共同的入口压力值接收馈送气体，并且用于从出口扩散器向第一定子阀面以多个不同的馈送气体压力值发送馈送气体。
40.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮可作为一个分裂气流真空泵用于在入口涡管以多个不同的排出气体压力值接收加浓了第一气体成分的气体，并且用于从出口扩散器以共同的第一产品气体压力值推出接收的气体。
41.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮可作为一个分裂气流离心膨胀器用于在入口涡管以多个不同的轻回流出口压力值接收加浓了第二气体成分的气体，并且用于以低于相应的轻回流出口压力值排放每个所述的接收的气体流。
42.如权利要求35所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮可作为一个分裂气流扩散器用于在入口涡管以多个不同的排出气体压力值接收加浓了第一气体成分的气体流，并且用于从出口扩散器向以共同的第一产品气体压力值下作为产品气体排出接收的气体。
43.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，推进器包含一个双推进器，所述双推进器包含一个第一推进器部分和一个与第一推进器部分同轴并且与第一推进器部分耦连的第二推进器部分，并且所述离心涡轮机包括：多个从推进器径向向外伸的叶片、一个第一气体入口涡管和多个与第一推进器部分连通的第一气体入口扩散器、多个第二气体入口涡管和一个与推进器部分连通的第二气体出口扩散器、一个放置在第一推进器部分内与第一入口涡管和第一出口扩散器连通的第一槽路，和一个放置在第二推进器部分内与第二入口涡管和第二出口扩散器连通的第二槽路，第一和第二槽路各在毗邻的叶片对之间延伸。
44.如权利要求43所述的气体分离系统，其特征在于，第一推进器部分、第一入口涡管和第一出口扩散器一起构成一个分裂气流离心压缩机，用于在第一入口涡管接收馈送气体，并且从第一出口扩散器向第一定子阀面以多个不同的馈送气体压力值发送接收的馈送气体；并且，第二推进器部分、第二入口涡管和第二出口扩散器一起构成一个分裂气流扩散器，用于在第二入口涡管以多个不同的排出压力值接收加浓了第一气体成分的气体流，以及从出口扩散器以第一产品气体压力值作为第一产品气体排出接收的气体流。
45.如权利要求43所述的气体分离系统，其特征在于，第一推进器部分、第一入口涡管和第一出口扩散器一起构成一个分裂气流离心压缩机，用于在第一入口涡管接收馈送气体，并且从第一出口扩散器向第一定子阀面以多个不同的馈送气体压力值发送接收的馈送气体，并且，第二推进器部分、第二入口涡管和第二出口扩散器一起构成分裂气流真空泵，用于在第二入口涡管以多个不同的排出压力值接收加浓了第一气体成分的气体流，以及从出口扩散器以第一产品气体压力值作为第一产品气体推出接收的气体流。
46.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮机包括一个气体混合嘴管用于从而至少两个功能隔间混合放气气体流，所述放气气体流处于不同的压力值。
47.如权利要求46所述的气体分离系统，其特征在于，混合嘴管含有一个嘴管壳，推进器可旋转地放置在所述壳内，嘴管壳和推进器在其间界定一个环形的腔，并且至少两个气体入口耦连到所述功能隔间之一用于把放气气体流切向引入所述环形腔内以在其中混合，所述气体入口以相应的不同的压力值之一接收放气气体流。
48.如权利要求46所述的气体分离系统，其特征在于，混合嘴管含有至少两个气体入口用于从相应的一个功能隔间接收放气气体流，并且一个气体混合部分与气体入口连通以把接收的放气气体流结合在一起。
49.如权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，离心涡轮机包括一个扩散器，所述扩散器含有一个初级槽路，用于向功能隔间发送气体流，和一个次级槽路，所述次级槽路与初级槽路连通，用于从发送的气体流中泄放一个低能量边界气体层。
50.一种离心压缩机，含有：
一个双侧推进器；
多个从所述推进器径向向外伸的叶片；
一个第一气体入口和一个第一气体出口，与所述推进器的第一侧连通；
一个第二气体入口和一个第二气体出口，与所述推进器的第二侧连通；
一个第一槽路，放置在所述推进器的第一侧内用于在第一气体入口和第一气体出口之间传递气体；和
一个第二槽路，放置在所述推进器的第二侧内用于在第二气体入口和第二气体出口之间传递气体，第一和第二槽路各延伸在毗邻的叶片对之间。
51.如权利要求50所述的离心压缩机，其特征在于，推进器有一个旋转轴，并且所述第一和第二侧旋转在旋转轴的相反的侧面上。
52.如权利要求50所述的离心压缩机，其特征在于，所述叶片包括多个离推进器的旋转轴不同的半径距离上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径，用于从所述槽路的至少一个以多个不同的角动量推出馈送气体混合物；气体出口包含多个扩散器，用于以多个不同的压力值推出气体流。
53.如权利要求50所述的离心压缩机，其特征在于，所述叶片有相应的叶片角，所述叶片角界定推进器气流路径，用于从所述槽路的至少一个以多个不同的角动量推出馈送气体混合物；气体出口包含多个扩散器，用于以多个不同的压力值推出气体流。
54.如权利要求50所述的离心压缩机，其特征在于，所述叶片包括多个离推进器的旋转轴不同的半径距离上的台阶，气体入口涡管包含多个涡管，用于以多个不同的压力值接收气体流和向所述槽路的至少一个以多个不同的角动量发送接收的气体流；所述台阶界定推进器气流路径用于以共同的压力值推出发送的气体流。
55.如权利要求50所述的离心压缩机，其特征在于，气体入口包含多个涡管，用于以多个不同的压力值接收气体流和向所述槽路的至少一个以多个不同的角动量发送接收的气体流；所述叶片角界定推进器气流路径用于以共同的压力值推出发送的气体流。
56.一种混合嘴管，用于在多个不同的压力结合气体流，所述混合嘴管包含：
一个嘴管壳；
一个可以旋转地放置在嘴管壳中的推进器，所述嘴管壳和推进器在其间界定一个环形的腔；和多个设有嘴管壳中的气体入口用于把气体流切向引入环形的腔中以在其中混合，每个所述的气体入口在相应的一个不同的压力下接收气体。
57.如权利要求56所述的混合嘴管，其特征在于，推进器包含多个从其上向外伸的叶片，和一个放置在推进器内的槽路，与气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸，所述叶片包括离推进器的旋转轴不同的半径距离上的台阶，所述台阶界定推进器气流路径用于从所述槽路以多个不同的角动量推出气体流。
58.如权利要求56所述的混合嘴管，其特征在于，推进器包含：
多个从其上向外伸的叶片，和一个放置在推进器内的槽路，与气体入口连通并且在毗邻的叶片对之间延伸，所述叶片包括各自的叶片角，所述台叶片角界定推进器气流路径用于以多个不同的角动量推出气体流。
59.如权利要求56所述的混合嘴管，其特征在于，气体入口以相等的角间隔绕环形腔放置。
60.如权利要求56所述的混合嘴管，其特征在于，推进器具有一个旋转轴线，并且气体入口包含多对设置在旋转轴线相对侧的入口嘴管。
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