[发明专利]多级压缩机装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级压缩机装置，其中独立驱动的压缩级运用了连接有中间冷却器的若干离心式压缩机，从而使得出口位于与压缩机入口的相对侧，并且若干个将中间冷却器连接到所述压缩级的导管呈一种串列式关系以抑制压缩级之间的压降形成。更特别地，本发明涉及这样一种压缩机装置，其中所述导管合并有如此配置的锥形转换部分：其使得流动速度朝着所述中间冷却器逐渐减小、并从所述中间冷却器到接下来的随后接连着的压缩级逐渐增加。

背景技术

在许多不同类型的工业企业生产设备中，为了多种目的而对气体进行压缩。例如，在空气分离设备中，空气被压缩，冷却并引导进入一个或多个分裂蒸馏塔中。在液化器中，气体被压缩且充分冷却成液体。存在着许多在其中气体被压缩的工业企业生产设备的例子。

在任一设备中，虽然单个压缩级可用于对气体进行压缩，但更典型地，气体在多个、连续的压缩级中被压缩。这样的原因是由于当气体被压缩时，其温度升高。该升高的气体温度需要增加动力来压缩气体。在典型的运用单独压缩级的压缩机装置中，每个压缩级利用离心式压缩机，在该压缩机中通过入口进入压缩机的气体被分配到叶片压缩机滚轮中，该滚轮旋转以加速该气体从而把旋转的能量传给所述气体。这种能量的增加伴随着速度的增加和压力的升高。所述压力在叶片或无叶片扩散器中得到恢复，所述扩散器围绕压缩机滚轮并且起作用以减小所述气体的速度、从而增加所述压缩气体的气体压力。所述压缩气体由一终止于压缩机出口中的类似螺旋形构造的涡壳(volute)排出。所述气体因此以与将要被压缩的引入气体成直角的形式从所述出口排出。

由于该气体已被压缩，其温度也已增加。该经加热的压缩气体在压缩级之间通过中间冷却器冷却，在所述中间冷却器中，所述加热的压缩气体通过与冷却剂(例如空气或水)的间接热交换而得以冷却。

典型地，上面描述的多级压缩机装置由一种具有(用来驱动从动齿轮的)电动机的普通齿轮箱驱动，该从动齿轮继而对若干连接到使压缩机滚轮旋转的压缩机轴杆上的小齿轮进行驱动。由于气体被逐级压缩，每个压缩机小齿轮能以不同的速度和扭矩旋转，该速度和扭矩关系到将要在特别的压缩级中在该小齿轮上完成的压力增加。这种布置在空气分离设备中特别有利，在所述空气分离设备中，对于普通设备设计而言理想的是与可用于满足特殊设备生产需要的不同齿轮布置一同使用。另外，由于空气分离设备需要由透平膨胀机所产生的冷却，膨胀行为可通过在所述透平膨胀机与所述从动齿轮之间的传动而得以轻易地恢复。这样的布置的不足在于：由于压缩级围绕所述从动齿轮布设，则将所述压缩级连接到中间冷却器的管道或导管可变得十分的复杂。导管中的每次弯曲导致压降，这是由于流体中由弯道内气体方向的改变而引起的紊乱所导致的。另外，所述导管直接通向中间冷却器，在导管到中间冷却器的连接处得到了流动面积的快速增加。这种流动面积的快速增加同样导致压降，这是由于引入到该流动中的所得到的紊乱而导致的。同样，流动中的错误分配可发生在中间冷却器中，从而使得不是所有的热交换通道都得以有效地利用。

上面讨论的布置的另一缺点在于：在用于容纳从动齿轮和小齿轮的齿轮箱中有不可逆的热量损失。另外，由于所述扭矩在传动布置中传递，对于传动齿的尺寸有特定的机械要求，这导致该小齿轮的尺寸受到限制，并且因此每个压缩级中可产生的速度受到限制。这些限制通过运用变速电动机分别驱动每个压缩级来加以克服。这样的例子在美国专利申请NO.2007/0189905中示出，该专利申请专门设计用以克服上面直接讨论的限制。然而，在这个专利申请中，没有正确评价由于中间冷却器与压缩级的连接而会引起的压降。

如将要讨论的，本发明提供一种压缩机装置，该装置利用了离心式压缩机和级间冷却，在该装置中每个压缩机都被独立地驱动，并且以合并了压缩级之间的低压降连接、并合并到位于压缩级之间的中间冷却器的方式而定位。

发明内容