[实用新型]一种一体式集成换热器的多级叶轮机组

说明书

本实用新型公开了一种一体式集成换热器的多级叶轮机组，包括多级功能段，每相邻两功能段之间设有一换热器，各功能段及各换热器均集成在一缸体内，每一换热器的第一换热侧进口均以不借助连通管路的方式直接与上一级功能段的工作介质出口连通、第一换热侧出口均以不借助连通管路的方式直接与下一级功能段的工作介质入口连通，每一换热器的第二换热侧进口、第二换热侧出口分别通过管路伸出缸体外与外部热源连通。本实用新型的结构将多级叶轮机和多个换热器紧凑集成，省略了传统系统布置中换热器与叶轮机联接所需的进排气管路，可以降低气体管路的压力损失、减少系统建设成本和现场安装的工作量；此外，管道残存容量的减小也将改善机组调控的灵敏度。

技术领域

本实用新型属于叶轮机械领域，涉及一种带有换热器的叶轮机组，具体地说是一种一体式集成换热器的多级叶轮机组，所述多级叶轮机组为多级膨胀机组或多级压缩机组。

背景技术

叶轮机组在能源、动力领域应用广泛，适用的工作介质类型、压力、温度、功率、叶片级数等设计参数各不相同。以透平膨胀机为例，透平在膨胀做功的过程中工质温度会逐渐降低，目前，为了提高透平的等熵效率和系统的能量利用率，常采用多次再热的系统流程以提升膨胀工质的焓值、增大机组的功率密度。而传统的再热机组一般将第一次膨胀后的冷流体通过透平出口引到换热器的入口，由进入换热器的热流体对冷流体加热，之后再将被加热的高压气体工质引入第二个膨胀段，依次类推，完成多次膨胀和多次加热的过程，该系统中的换热器与膨胀机之间需要大量的管道进行联接，联通管道会因沿程流动摩擦而产生一定的压力损失，进而减少输出功率；管道冷热态变化会对透平机体附加一定的管道推力，高温管道较多、较长时会增加系统建设的成本；此外，换热器还需要单独做保温以减少散热损失。而对于需要中间冷却的压气机，基本工作原理和结构与上述透平类似。

总体而言，传统带有多次换热需求的叶轮机组，多级叶轮机和多个换热器之间的连通管路布置复杂、气体管路的压力损失大、占地面积和系统建设成本高、现场安装的工作量大、机组调控的灵敏度低、运行可靠性差等诸多缺点和不足。

实用新型内容

针对传统带有多次换热需求的叶轮机组在流程布置等诸多方面存在的缺点和不足，本实用新型提出了一种一体式集成换热器的多级叶轮机组，可以明显降低机组的管道压力损失、占地面积和成本，并提高机组调控的精度和运行的可靠性。本实用新型所提供的一体式多次换热叶轮机结构，通过该结构的应用，可以满足单轴、多次换热的叶轮机设计要求，将多级透平(或压气机，下同)和多个换热器紧凑集成，省略了传统系统布置中换热器与叶轮机联接所需的进排气管路，可以降低气体管路的压力损失、减少系统建设成本和现场安装的工作量，管道残存容量的减小也将改善机组调控的灵敏度，适用于压缩空气储能膨胀机或压气机、超临界二氧化碳膨胀机、蒸汽轮机、氦气透平、有机工质透平、工业尾气透平、工业压缩机等各类叶轮机组中。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的解决方案如下：

一种一体式集成换热器的多级叶轮机组，所述多级叶轮机组至少包括多级功能段，所述功能段为膨胀段或压缩段，每相邻两所述功能段之间设有一换热器，每一所述功能段至少包括一级叶轮，其特征在于，

各所述功能段及各所述换热器均集成在一缸体内，

每一所述换热器的第一换热侧进口均以不借助连通管路的方式直接与上一级功能段的工作介质出口连通、第一换热侧出口均以不借助连通管路的方式直接与下一级功能段的工作介质入口连通，每一所述换热器的第二换热侧进口、第二换热侧出口分别通过管路伸出所述缸体外与外部热源连通。

优选地，每一所述功能段包括一级、二级或更多的叶轮级数。

优选地，所述叶轮采用向心式、离心式、轴流式、斜流式或辐流式叶轮结构。

优选地，所述外部热源中的流体为气体、液体或者多相流体。

优选地，所述换热器的类型为板式、管式或混合式结构。