湿气压缩机和方法
【技术领域】
[0001]本文公开的实施例大体涉及离心压缩机，并且更特别地涉及用于处理湿气的压缩机及其构件。本公开进一步涉及用于运行离心压缩机的方法，离心压缩机用于处理工作流体,即,湿气,工作流体包含液相和气相。
【背景技术】
[0002]压缩机典型地用来通过接收来自原动机(例如电动马达或涡轮)的功率，以及对工作流体施加压缩力，来提高工作流体中的压力。工作流体可为气体，诸如空气或二氧化碳、制冷剂等。在一些应用中，工作流体是湿气。湿气要理解为包含一部分液相的气体，例如呈微滴或悬浮微粒的形式。
[0003]污染物，特别是呈进入气体流中的液滴的形式的液体污染物，可导致离心压缩机在机械上失效。液滴可通过在气体冲击压缩机内的表面时冷凝而聚积在气体流中。液滴可击中压缩机的彼此碰撞的旋转部件(特别是压缩机叶轮)，并且形成较大的微滴。较大的微滴的一部分很可能沿压缩机的气体流方向继续，同时那些较大的微滴的其余部分粘在旋转的叶轮表面上。残留在叶轮表面上的较大的微滴将与冲击叶轮表面的新微滴聚结在一起，而且这将增大微滴的尺寸。较大的微滴最终将被气体流夹带，并且表示腐蚀性潜在风险高。此外，形成于叶轮的叶片表面上的液体膜可变得不稳定，并且导致形成大小较大的微滴，从腐蚀的角度看，这可能是非常有害的。
[0004]为了在湿气流进入离心压缩机之前减少湿气流中的液相的量，通常提供洗涤器。图1示意性地示出使用洗涤器来处理湿气的压缩机布置。整体上用参考标号I指示该布置。压缩机布置I包括离心压缩机3，其设有多个压缩机级5。各个压缩机级5包括压缩机叶轮7。压缩机叶轮7由离心压缩机3的外壳11中的公共转子轴9支承。首先通过洗涤器15处理在13处进入的湿气流。在洗涤器15中，液相在洗涤器15的底部中被分离成液体冷凝物，并且通过液体管道或冷凝物管道17从洗涤器15中移除液体冷凝物。气相从洗涤器15的顶部输送通过干气管道19，朝向压缩机3的入口。压缩气体从排出管道21输送出，而液相则由液体管道或冷凝物管道17输送到泵23，并且通过输送管道25。取决于应用的类型，液相和气体相然后可再次聚合，并且在湿流排出管道27中结合。
[0005]图2示出现有技术的压缩机3的透视图，移除了外壳的一部分，该图显示了压缩机的内部构件。在图2中示出的有代表性的现有技术的离心压缩机3中，提供了五个压缩机级，它们各自包括相应的叶轮7。可采用不同数量的级。
[0006]图3是根据图2的现有技术，沿着离心压缩机3的纵向轴线的示意性横截面。该横截面示出了三个压缩机级5。工作介质流通过入口通道19A进入第一压缩机级5，并且流过第一叶轮7。沿径向离开第一压缩机级5的叶轮7的压缩气体输送通过扩散器31和形成于压缩机外壳11中的外壳带33。气体从那里进一步流过回行通道35和带37，进入下游压缩机级后面的叶轮7中，诸如此类。
[0007]在从现有技术中了解到的一些实施例中，为了减少与液滴在压缩机级中聚积和聚结有关的问题，使用微滴捕捉器。在WO 2001/0053278中公开了这样的微滴捕捉器的示例。微滴捕捉器需要对叶轮进行特别复杂的机械加工。从压缩机外壳中移除从主要工作介质流中移除的微滴必须，并且因此需要液体移除系统。这些系统复杂且昂贵。此外，移除收集在压缩机外壳中的液体往往需要使压缩机停止。
[0008]本公开适合较高效地处理离心压缩机中的湿气的需要，以便消除或减轻与压缩机级中存在液滴有关的至少一个问题。
【发明内容】
[0009]本文公开了一种离心压缩机，其用于处理湿气，S卩，包括气相和液相的气体，例如呈在气相中扩散的微滴的形式。压缩机包括具有一个叶轮的至少一个压缩机级，其中，用布置在所述压缩机级中的适当的结合来促进微滴分散。使流过压缩机的湿气中的微滴分散可减轻或消除在气态流中存在较大微滴所引起的缺陷。在一些情况下，因而可分配用于从输送到压缩机的湿气中移除液相的洗涤器。在一些实施例中，仍然可提供洗涤器，但可分配用于捕捉压缩机中的微滴的特殊措施。在优选实施例中，既不需要洗涤器，也不需要微滴捕捉器。大体上，促进或加强微滴分散可简化压缩机的设计和运行。可在一个或多个压缩机级中提供用于促进微滴分散的措施。在优选实施例中，至少对第一压缩机级提供这样的措施。
[0010]特别地，本文公开了一种用于处理湿气的离心压缩机，所述离心压缩机设有至少一个压缩机级，压缩机级包括叶轮，叶轮旋转地布置在外壳中，并且设有叶轮轮毂多个叶轮叶片，各个叶轮叶片具有吸力侧和压力侧。压缩机级包括至少一个微滴分散布置，其构造成促进流过压缩机级的液滴分散。
[0011]根据优选实施例，微滴分散布置构造成相对于流过所述至少一个压缩机级的湿气中的气相的速度而改变液相的速度。流体的速度是向量实体，即，其可表示为具有模数和方向的向量。改变液相的速度可包括修改速度的模数，方向不变。在其它实施例中，可修改速度向量的方向，模数保持恒定。在又一个实施例中，可修改模数和向量方向两者。
[0012]修改，即，相对于气相的速度而改变液相的速度可促进两个相之间的相互作用。气相通常移动得比液相更快。当较慢的液滴与移动较快的气态流相互作用时，可实现微滴分散。微滴的尺寸将减小，从而防止或减小微滴对压缩机构件的腐蚀性损伤。不需要从工作流体中移除液相，而是可保持在其中，从而消除或减少对洗涤器和/或复杂的微滴捕捉布置的需要。如果保持这样的布置，则收集到的液体的量从而将小于现有技术的压缩机，使得压缩机运行更高效。
[0013]在一些实施例中微滴分散布置包括布置在叶轮叶片的压力侧上的微滴分离器。微滴分离器对沿着其压力侧移动的液滴施加横向于流过叶轮的湿气的主流速度方向的速度分量。同时，微滴速度的模数可减小。改变微滴速度会增大速度差(优选在模数和方向方面)，使得在气相和液相之间有分散相互作用，从而减小微滴的平均尺寸。
[0014]根据一些实施例，微滴分离器布置成至少沿着叶轮叶片的在叶轮入口和叶轮出口之间的径向延伸部。可沿着各个叶片的压力侧提供一个或多个分离器。分离器的数量优选在各个叶片上相同，但这不是强制性的。在一些实施例中，可在属于相同叶轮的不同叶片上提供不同数量的微滴分离器。例如奇数个叶片可具有一个微滴分离器，而偶数个叶片则可具有两个微滴分离器。
[0015]在一些实施例中，分离器至少布置在出口处，S卩，在叶轮叶片的后缘处。在这种情况下，分离器使微滴速度在压缩机叶轮的排出侧处改变。
[0016]在一些实施例中，叶轮叶片的后缘，即，在叶轮的边缘处，在叶轮出口或叶轮排出口处将限定两个不同的角:在压力侧上的第一角和在叶轮的吸力侧上的第二角。液相主要沿着叶轮的压力侧收集，因为液相的密度比气相的密度更高。因此，在排出侧上，液相将减慢，并且转移成与气态流相互作用。该相互作用促会进微滴分散，并且因而减小微滴尺寸。
[0017]微滴分离器可为叶片的压力侧上的任何表面中断，对沿着叶片的压力侧流动的流体进行速度修改。例如，微滴分离器可包括在叶片的压力侧上的凸起、瘤节、凸脊或凸块。优选地，分离器设计成尽可能多地减小分离器对整体压缩机效率的不利影响。
[0018]在一些实施例中，微滴分散布置包括定位在连续的叶轮叶片之间的多个中间辅助叶片，所述中间辅助叶片在叶轮入口和叶轮入口和叶轮出口之间的中间位置之间延伸，所述中间辅助叶片比叶轮叶片更短。沿着中间辅助叶片的压力侧移动的液相最终将越过所述中间辅助叶片的后缘，即，相对于流向的下游边缘。这将使液相流突然改变速度。
[0019]在一些实施例中，通过提供叶轮，将使液相的速度相对于气相的速度改变，叶轮在液相将聚积的区域中具有较大的半径。由于其密度较高，所以液相将聚积在轮毂侧上。在一些实施例中，至少一个叶轮的轮毂设计有比护罩更小的直径，使得在叶轮排出口处，气相将加速到比液相更高的速度。因此引起的速度差会促进微滴分散。一般而言，叶轮直径可在叶片根部和叶片尖部之前改变，使得其中液体很可能聚积(在叶轮根部附近)的叶轮区段中的排出速度将小于较接近叶片尖部的排出速度，在那里，工作流体流将仅包含或几乎仅包含其中无液滴的气体。
[0020]在一些实施例中，对叶轮的表面进行机械加工，以有利于收集其