[发明专利]可变流量的超临界工质半开式离心压缩装置及方法

说明书

本发明公开了一种可变流量的超临界工质半开式离心压缩装置及方法，该装置包括可变流量的局部进气超临界工质半开式离心压缩机、电动机、主轴、主轴支座、推力轴承、干气密封、梳齿密封、压缩机壳体、静叶、动叶、通流流道、非通流流道进口挡板、压缩机转轮、非通流流道出口挡板、干气储罐和干气密封管路，通过成对的增加或减少非通流流道进口和出口挡板的数量，调整压缩机半开式叶轮上的通流流道个数，实现在设计压力不变的条件下改变压缩机的设计流量，本发明具有叶高尺寸大、外泄漏流量极小、加工简单、成本低、设计流量可调的优点，可在多个转速下对超临界工质进行高效压缩，解决小体积流量的高压力等级超临界工质压缩能效低、难实现的难题。

技术领域

本发明涉及超临界工质压缩技术领域，具体涉及一种可变流量的超临界工质半开式离心压缩装置及工作方法。

背景技术

在超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环的试验系统中，设计压力在20至32MPa之间，系统能量密度高，压缩机设备体积小。对于上述高设计压力参数的先进循环试验系统，压缩机的进口参数多选在临界点附近，为降低试验成本，许多研究机构的设计工况超临界工质的体积流量往往较小，这样就使超临界工质压缩机的叶高过小，压缩效率低。现有技术仅能为设计参数在5MPa以下的微小体积流量气体工质压缩提供可行方案，即采用螺杆压缩形式，而对于设计参数大于10MPa的微小体积流量气体工质压缩形式，采用现有离心压缩机形式设计的离心压缩机的叶高过短，等熵压缩效率低，且离心压缩机的设计流量和压力参数单一，无法实现在设计压力保持不变的情况下设计流量增加或减少。现有技术未提供高压力等级、设计流量可调的、高效的小体积流量超临界工质压缩方案。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可变流量的超临界工质半开式离心压缩装置及工作方法，可以实现将小体积流量的高压力等级超临界工质进行高效压缩。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

可变流量的超临界工质半开式离心压缩装置，包括推力轴承1、主轴2、第一主轴支座3-1、第二主轴支座3-2、电动机4、干气密封5、梳齿密封6、压缩机壳体7、静叶8、通流流道出口9、动叶10、通流流道11、非通流流道进口挡板12、压缩机转轮13、非通流流道出口挡板14、干气储罐15、干气密封管路16和可变流量的局部进气超临界工质半开式离心压缩机17，其中从主轴2的一端开始，主轴2上依次布置了推力轴承1、第一主轴支座3-1、电动机4、第二主轴支座3-2和可变流量的局部进气超临界工质半开式离心压缩机17；所述可变流量的局部进气超临界工质半开式离心压缩机17由干气密封5、梳齿密封6、压缩机壳体7、静叶8、动叶10、非通流流道进口挡板12、压缩机转轮13和非通流流道出口挡板14构成，动叶10、非通流流道进口挡板12和非通流流道出口挡板14安装在压缩机转轮13上，动叶10、压缩机转轮13、非通流流道进口挡板12和非通流流道出口挡板14构成压缩机半开式叶轮，动叶10一侧的加工面、压缩机转轮13的底部加工面以及相邻动叶一侧的加工面构成了扩张型的“U”字型的半开式超临界工质压缩流道，半开式超临界工质压缩流道的最小截面处为半开式超临界工质压缩流道的进口，半开式超临界工质压缩流道的最大截面处为半开式超临界工质压缩流道的出口，在半开式超临界工质压缩流道的进口和出口处有非通流流道进口挡板12和非通流流道出口挡板14的流道为非通流流道，在超临界工质压缩流道的进口和出口处没有非通流流道进口挡板12和非通流流道出口挡板14的流道为通流流道11，在通流流道11的末端为通流流道出口9，静叶8安装于通流流道出口9整周径向方向外侧的压缩机壳体7上；干气储罐15通过干气密封管路16与干气密封5相连，干气密封5、梳齿密封6和可变流量的局部进气超临界工质半开式离心压缩机17的压缩机半开式叶轮依次位于主轴2上，且干气密封5靠近第二主轴支座3-2。

所述可变流量的局部进气超临界工质半开式离心压缩机17的通流流道11的数量为大于或等于2的偶数，位置相对的两个通流流道11是以主轴中心线为中心线的空间中心对称结构。