具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)和相關(guān)方法
【專利摘要】提供包括具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列(200、300)和相關(guān)方法。具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)(245、345)包括具有多個(gè)室(247、248)的殼體(246、346)、貫穿到各室內(nèi)側(cè)的一個(gè)或更多個(gè)軸(265、365)，和分別在各室的內(nèi)側(cè)安裝于一個(gè)或更多個(gè)軸上的葉輪(257、258)。各個(gè)室具有氣體入口和氣體出口，以允許氣流輸入至相應(yīng)的室中和從相應(yīng)的室輸出。氣流在室中的各個(gè)相繼地被壓縮，并且，當(dāng)在多個(gè)室之間從一個(gè)室被轉(zhuǎn)移至下一個(gè)室時(shí)，在壓縮機(jī)外側(cè)被冷卻。
【專利說明】具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)和相關(guān)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中所公開的主題的實(shí)施例大體涉及具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)和相關(guān)方法；更具體而言，涉及使用具有多重中間冷卻的高壓壓縮機(jī)代替多個(gè)壓縮機(jī)的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列。

【背景技術(shù)】
[0002]一種渦輪機(jī)械是離心壓縮機(jī)。離心壓縮機(jī)一般被設(shè)計(jì)在意圖覆蓋特定流動(dòng)范圍和用途的種類中。為了實(shí)現(xiàn)期望的壓縮比，可以布置離心壓縮機(jī)來接連地執(zhí)行壓縮。例如，如在圖1中所例示的，在渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列100中典型地布置兩個(gè)離心壓縮機(jī)。此種渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列可以用于鋼鐵工業(yè)中的鼓風(fēng)爐、天然氣液化、氣體回注和其他油和氣體設(shè)施。
[0003]五個(gè)機(jī)器在渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列100中機(jī)械地聯(lián)接:燃?xì)鉁u輪110、發(fā)電機(jī)120、齒輪箱130、第一低壓壓縮機(jī)140，和第二壓縮機(jī)150。該類型的布置有時(shí)稱為“單軸”配置。
[0004]發(fā)電機(jī)120可具有每分鐘3000轉(zhuǎn)(RPM)的轉(zhuǎn)速。齒輪箱130是例如將轉(zhuǎn)速增大至~5000RPM并將該旋轉(zhuǎn)傳輸至第一壓縮機(jī)140和第二壓縮機(jī)150的增速類型的齒輪。
[0005]第一低壓壓縮機(jī)140可以是雙流類型，該雙流類型經(jīng)由兩個(gè)輸入在輸入壓力(例如，大約0.97bar)和輸入溫度(例如，大約41.5° C)下接收氣流，并在輸出壓力(例如，大約3.20bar)和輸出溫度(例如，大約187°C)下輸出氣流。輸出氣體然后被冷卻并輸入至第二壓縮機(jī)150。
[0006]第二壓縮機(jī)150可以是兩區(qū)段類型的壓縮機(jī)，其在第一輸入壓力(例如，2.85bar)和第一輸入溫度(例如，大約40°C)下接收第一輸入氣流，并在第一輸出壓力(例如，大約7.90bar)和第一輸出溫度(例如，大約160°C)下輸出第一輸出流。該第一輸出流然后被冷卻并在第二輸入壓力(例如，7.50bar)和第二輸入溫度(例如，大約40° C)下作為第二流輸入至壓縮機(jī)150。壓縮機(jī)150然后在第二輸出壓力(例如，大約20.8bar)和第二輸出溫度(例如，大約166°C)下輸出第二輸出流。
[0007]注意，第二輸入壓力稍低于第一輸出壓力，且第三輸入壓力稍低于第二輸出壓力。而且，氣流可以是大約22-230000kg/h，但在冷卻期間可發(fā)生大約10%的流量損失。
[0008]在常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列中，壓縮機(jī)具有閉式且熱嵌配合的葉輪，通過將壓縮過程分成在兩個(gè)不同壓縮機(jī)內(nèi)側(cè)執(zhí)行的子過程來實(shí)現(xiàn)所要求的壓縮。由于兩個(gè)不同的壓縮機(jī)及其間的過渡的使用，故可靠性是次優(yōu)的。另外，兩個(gè)壓縮機(jī)的成本及其運(yùn)行成本(占地面積)導(dǎo)致尋求使用更有效、更便宜且可靠的裝備用于壓縮是有吸引力的。
[0009]因此，將期望提供避免前述的問題和缺點(diǎn)的具有多重中間冷卻的高壓壓縮機(jī)和相關(guān)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列中代替兩個(gè)壓縮機(jī)使用具有兩個(gè)水平的中間冷卻的高壓空氣壓縮機(jī)允許移除一個(gè)大殼體，從而導(dǎo)致尺寸、成本、整體可靠性和占地面積方面的好處。
[0011]根據(jù)一個(gè)示范實(shí)施例，在渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列中使用的具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)包括具有多個(gè)室的殼體、貫穿到室內(nèi)側(cè)的一個(gè)或更多個(gè)軸、和分別在室內(nèi)側(cè)安裝于一個(gè)或更多個(gè)軸上的葉輪。各個(gè)室具有氣體入口和氣體出口，以允許氣流輸入至相應(yīng)的室中和從相應(yīng)的室輸出。氣流在室中的各個(gè)中相繼地被壓縮，并且，當(dāng)在多個(gè)室之間從一個(gè)室被轉(zhuǎn)移至下一個(gè)室時(shí)，在壓縮機(jī)外側(cè)被冷卻。
[0012]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列包括具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)。壓縮機(jī)具有帶多個(gè)室的殼體、貫穿到室內(nèi)側(cè)的一個(gè)或更多個(gè)軸、和分別在室內(nèi)側(cè)安裝于一個(gè)或更多個(gè)軸上的葉輪。各個(gè)室具有氣體入口和氣體出口，以允許氣流輸入至相應(yīng)的室中和從相應(yīng)的室輸出。氣流在室中的各個(gè)中相繼地被壓縮，并且，當(dāng)在多個(gè)室之間從一個(gè)室被轉(zhuǎn)移至下一個(gè)室時(shí)，在壓縮機(jī)的外側(cè)被冷卻。
[0013]根據(jù)另一個(gè)示范實(shí)施例，改裝常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的方法包括(A)從該常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列移除至少兩個(gè)壓縮機(jī)和(B)添加具有多重中間冷卻的單個(gè)高壓力比壓縮機(jī)。單個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)與所移除的壓縮機(jī)相同的壓縮。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]合并于說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖例示了一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，并且，與描述一起解釋這些實(shí)施例。在附圖中:
圖1是常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的示意圖；
圖2是根據(jù)示范實(shí)施例的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的示意圖；
圖3是根據(jù)另一個(gè)示范實(shí)施例的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的示意圖；并且圖4是說明根據(jù)示范實(shí)施例的用于改裝常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]示范實(shí)施例的以下描述參考附圖。不同附圖中的相同參考標(biāo)號指示相同或相似的元件。以下詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為了簡單起見，參考渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的術(shù)語和結(jié)構(gòu)討論以下實(shí)施例。然而，接下來將討論的實(shí)施例不限制于這些系統(tǒng)，而是可以應(yīng)用于使用多個(gè)壓縮機(jī)的其他系統(tǒng)。
[0016]貫穿說明書對“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的參考意味著結(jié)合實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在所公開的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因而，短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”貫穿說明書在各種地方的出現(xiàn)不一定指相同實(shí)施例。而且，具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中。
[0017]在一些實(shí)施例中，多個(gè)葉輪安裝于同一個(gè)殼體中，以實(shí)現(xiàn)能夠執(zhí)行常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列中的兩個(gè)壓縮機(jī)的職責(zé)的更有效、更便宜且可靠的壓縮機(jī)。
[0018]在圖2中例示根據(jù)示范實(shí)施例的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列200的示意圖。渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列200包括燃?xì)鉁u輪210、發(fā)電機(jī)220、齒輪箱230和具有多重冷卻的單個(gè)壓縮機(jī)245。燃?xì)鉁u輪210、發(fā)電機(jī)220和齒輪箱230可與常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列100中的燃?xì)鉁u輪110、發(fā)電機(jī)120和齒輪箱130相似。
[0019]壓縮機(jī)245是具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)。(被壓縮后從壓縮機(jī)245輸出的氣流的)輸出壓力與(輸入至壓縮機(jī)245以用于被壓縮的氣流的)輸入壓力之比可能超過20。壓縮機(jī)245的軸265和265’軸向地連接且可由多個(gè)軸承支撐。在圖2中，在殼體245的朝向齒輪箱230的一側(cè)處在軸265’上，第一軸承260位于壓縮機(jī)245的殼體246的外側(cè)。在殼體246的相對于第一軸承260所位于的一側(cè)相反的一側(cè)處在軸265上，第二軸承270也位于殼體246的外側(cè)。
[0020]壓縮機(jī)245具有三個(gè)室247、248和249，各室具有氣體入口和氣體出口，以允許氣流進(jìn)入和離開相應(yīng)的室。氣體可為空氣。軸265和265’穿透各室。葉輪257、258和259分別在室247、248和249中安裝于軸上。葉輪257和258是低壓構(gòu)件，并且可為開式葉輪類型。葉輪259是高壓構(gòu)件，并且，可以是閉式葉輪類型。低壓構(gòu)件257和258可軸向地堆疊，而高壓構(gòu)件259可以或是堆疊類型或是熱嵌配合到軸265’上。軸265和265’和葉輪257,258和259軸向地連接，以構(gòu)成壓縮機(jī)245的轉(zhuǎn)子。
[0021]氣流在具有第一輸入壓力(例如，大約0.97bar)和第一輸入溫度(例如，大約41.5° C)的情況下進(jìn)入壓縮機(jī)245的第一室247，并且，在具有高于第一輸入壓力的第一輸出壓力(例如，大約3.20bar)和高于第一輸入溫度的第一輸出溫度(例如，大約187°C)的情況下輸出。
[0022]輸出氣體然后被冷卻(即，壓縮機(jī)外側(cè)的第一冷卻)并在具有第二輸入壓力(例如，2.85bar)和第二輸入溫度(例如，大約40° C)的情況下輸入至壓縮機(jī)245的第二室248中。在第二室248內(nèi)側(cè)，氣體被壓縮，以在具有高于第二輸入壓力的第二輸出壓力(例如，大約7.80bar)和高于第二輸入溫度的第二輸出溫度(例如，大約160°C)的情況下輸出。
[0023]氣流然后再次被冷卻(即，壓縮機(jī)外側(cè)的第二冷卻)并在具有第三輸入壓力(例如，7.50bar)和第二輸入溫度(例如，大約40° C)的情況下輸入至壓縮機(jī)245的第三室249中。在第三室249內(nèi)側(cè)，氣體被壓縮，以在具有高于第三輸入壓力的第三輸出壓力(例如，大約20.8bar)和高于第三輸入溫度的第三輸出溫度(例如，大約166°C)的情況下輸出。
[0024]在圖3中例示根據(jù)另一個(gè)示范實(shí)施例的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列300的示意圖。渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列300包括燃?xì)鉁u輪310、發(fā)電機(jī)320、齒輪箱330和具有多重冷卻的單個(gè)壓縮機(jī)345。燃?xì)鉁u輪310、發(fā)電機(jī)320和齒輪箱330可與常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列100中的燃?xì)獾溳?10、發(fā)電機(jī)120和齒輪箱130相似。
[0025]與壓縮機(jī)245相似，壓縮機(jī)345是具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)，壓縮機(jī)345可以實(shí)現(xiàn)超過20的輸出壓力與輸入壓力之比。壓縮機(jī)345具有三個(gè)室347、348和349，其中葉輪357、358和359安裝于其中的軸365上。在室347、348和349內(nèi)側(cè)，以與關(guān)于壓縮機(jī)245描述的方式相似的方式對氣流進(jìn)行壓縮。
[0026]可由多個(gè)軸承支撐壓縮機(jī)345的軸365。在壓縮機(jī)345的殼體346的朝向齒輪箱330的一側(cè)，第一軸承360位于壓縮機(jī)345外側(cè)。不同于壓縮機(jī)245，第二軸承380在壓縮機(jī)345的室347與室348之間位于壓縮機(jī)345內(nèi)側(cè)。軸承的該布置允許軸365的比軸265、265’高的旋轉(zhuǎn)，例如，直到7000RPM。
[0027]可以通過以具有多重中間冷卻的單個(gè)高壓力比壓縮機(jī)代替兩個(gè)壓縮機(jī)來改裝常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列。圖4是例示根據(jù)示范實(shí)施例的用于改裝常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的方法400的流程圖。方法400包括在S410處從常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列移除至少兩個(gè)壓縮機(jī)，和在S420處添加具有多重中間冷卻的單個(gè)高壓力比壓縮機(jī)。單個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)與所移除的壓縮機(jī)相同的壓縮。
[0028]單個(gè)壓縮機(jī)可以具有多個(gè)室，在室內(nèi)側(cè)對氣流進(jìn)行壓縮。例如，單個(gè)壓縮機(jī)可具有三個(gè)室。經(jīng)壓縮的氣流從室中的兩個(gè)輸出，以在被引導(dǎo)至下一個(gè)室中之前在壓縮機(jī)外側(cè)被冷卻。
[0029]該方法還可包括添加至少兩個(gè)軸承以支撐單個(gè)壓縮機(jī)的軸。所添加的軸承之中的一個(gè)可以在單個(gè)壓縮機(jī)的殼體的朝向渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的齒輪箱的一側(cè)處位于單個(gè)壓縮機(jī)的殼體外側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二軸承也可在殼體的相對于第一軸承所位于的一側(cè)相反的一側(cè)處位于單個(gè)壓縮機(jī)的殼體外側(cè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二軸承可以位于單個(gè)壓縮機(jī)的殼體內(nèi)側(cè)。例如，第二軸承可以位于壓縮機(jī)的室之間。
[0030]所公開的示范實(shí)施例提供包括具有多重冷卻的單個(gè)高壓壓縮機(jī)的渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列和相關(guān)方法。應(yīng)當(dāng)理解，該描述不旨在限制本發(fā)明。相反，示范實(shí)施例旨在涵蓋被包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中的備選方案、變型和等同物。而且，在示范實(shí)施例的詳細(xì)描述中，闡明許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對要求權(quán)利的本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可在不具有此種具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐各種實(shí)施例。
[0031]雖然在具體組合中的實(shí)施例中描述了本示范實(shí)施例的特征和元件，但各特征或元件可在沒有實(shí)施例的其他特征和元件的情況下單獨(dú)地使用，或與在本文中公開的其他特征和元件一起或不一起在各種組合中使用。
[0032]該書面描述使用所公開的主題的示例來允許任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本主題，包括制作并使用任何裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任何合并的方法。本主題的可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。此種其他示例旨在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種在渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列(200、300)中使用的具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)(245、345)，所述壓縮機(jī)包括: 殼體(246、346)，其具有多個(gè)室(247、248、249、347、348、349)，各室具有氣體入口和氣體出口，以允許氣流輸入至相應(yīng)的室中和從相應(yīng)的室輸出； 一個(gè)或更多個(gè)軸(265、265’、365)，其貫穿到所述室的內(nèi)側(cè)；和 葉輪(257、258、259、357、358、359)，其分別在所述室的內(nèi)側(cè)安裝在所述一個(gè)或更多個(gè)軸上， 其中，氣流在所述室中的各個(gè)中相繼地被壓縮，并且，當(dāng)在所述多個(gè)室之間從一個(gè)室轉(zhuǎn)移至下一個(gè)室時(shí)，在所述殼體的外側(cè)被冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)構(gòu)造成對于大約220000kg/h的氣流實(shí)現(xiàn)超過20的壓縮比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的壓縮機(jī)，其特征在于，還包括支撐所述軸的多個(gè)軸承，其中，所述多個(gè)軸承中的一個(gè)在所述殼體的朝向所述渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的齒輪箱的一側(cè)處在所述殼體外側(cè)位于所述軸上。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)軸承中的另一個(gè)在所述殼體的相對于所述殼體的朝向所述齒輪箱的一側(cè)相反的一側(cè)處在所述殼體外側(cè)位于所述軸上。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)軸承中的另一個(gè)在分隔所述壓縮機(jī)的室的壁附近在所述殼體內(nèi)側(cè)位于所述軸上。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述室以與所述氣流的輸出壓力對應(yīng)的順序布置，所述多個(gè)軸承中的所述另一個(gè)位于分隔所述壓縮機(jī)的較低壓室的壁附近，并且所述多個(gè)軸承中的所述一個(gè)位于與最高輸出壓力對應(yīng)的室附近。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)包括三個(gè)室，并且，當(dāng)在被輸入至所述下一個(gè)室中之前在所述殼體的外側(cè)被冷卻時(shí)，從一個(gè)室輸出的氣流的壓力下降大約10%。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)構(gòu)造成滿足以下條件中的至少一個(gè): 輸入到所述室中的各個(gè)中的氣流的溫度為大約40°C ; 從各個(gè)室輸出的氣流的壓力與輸入到相應(yīng)的室中的氣流的壓力之比在2.5與3.5之間； 輸入到所述壓縮機(jī)的第一室中的氣流的輸入壓力為大約Ibar ; 從所述壓縮機(jī)輸出的氣流的輸出壓力為大約20.8bar ;和 所述一個(gè)或更多個(gè)軸的轉(zhuǎn)速在5000-7000RPM之間。
9.一種渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列(200、300)，包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求的具有多重中間冷卻的高壓力比壓縮機(jī)(245、345)。
10.一種渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列(200、300)，包括: 高壓力比壓縮機(jī)(245、345)，其具有多重中間冷卻，包括: 殼體(246、346)，其具有多個(gè)室(247、248、249、347、348、349)，各個(gè)室具有氣體入口和氣體出口，以允許氣流輸入至相應(yīng)的室中并從相應(yīng)的室輸出； 一個(gè)或更多個(gè)軸(265、265’、365)，其貫穿到所述室的內(nèi)側(cè)；和葉輪(257、258、259、357、358、359)，其分別在所述室的內(nèi)側(cè)安裝于所述一個(gè)或更多個(gè)軸上， 其中，氣流在所述室中的各個(gè)中被相繼地壓縮，并且，當(dāng)在所述多個(gè)室之間從一個(gè)室被轉(zhuǎn)移至下一個(gè)室時(shí)，在所述殼體的外側(cè)被冷卻。
11.一種改裝常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列的方法(400)，所述方法包括: 從所述常規(guī)渦輪壓縮機(jī)/發(fā)電機(jī)列移除(S410)至少兩個(gè)壓縮機(jī)；和 添加(S420)具有多重中間冷卻的單個(gè)高壓力比壓縮機(jī)， 其中，該單個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)與該移除的壓縮機(jī)相同的壓縮。
【文檔編號】F04D29/58GK104471214SQ201380029669
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】G. 格納德 D., 班基 N., 加布里利 A., 塔科內(nèi)利 R., 博佐內(nèi) F., 格雷科 G. 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)股份有限公司