一种喷水螺杆蒸汽压缩机的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种喷水螺杆蒸汽压缩机，压缩机工作腔与轴承腔间设有三道密封，通过向第一道和第二道密封间喷入高压液体水来实现蒸汽密封，除了通过喷水实现密封外，还可以通过吸汽腔喷水降低吸汽过热度，提高压缩蒸汽质量流量；或通过吸汽结束时刻向压缩腔喷水，有效降低压缩蒸汽温度及排汽过热度，使压缩机工作过程接近等温压缩过程，提高压缩机效率。压缩机排汽侧设有稳压罐，通过调节稳压罐内蒸汽压力，保证压缩机不同工况下的高效运行。稳压罐的水路流出的高温水与低温软化水或蒸馏水混合后，进入一换热器，回收供给用户的蒸汽的热量，并实现蒸汽过热度调节；通过软化水或蒸馏水以及进入换热器水流量的调节，还可实现喷入水温度及流量的调节。
【专利说明】
一种喷水螺杆蒸汽压缩机
技术领域
[0001]本发明属于机械蒸汽再压缩热栗技术领域，涉及一种喷水螺杆蒸汽压缩机。
【背景技术】
[0002]随着能源问题的日益突出，高能耗工艺流程都面临节能改造的技术要求。机械蒸汽再压缩技术利用蒸汽压缩机压缩低温蒸汽，使其温度与压力提高后可取代锅炉蒸汽使用，可应用于海水淡化、污水处理、碱液回收等不同领域。
[0003]蒸汽压缩机是机械蒸汽再压缩技术的关键，也是主要的技术难点和发展限制所在。机械压缩机多为旋转机械，需要配有油润滑轴承，为保证压缩蒸汽的品质，压缩机轴承腔与工作腔之间必须要有可靠的密封。专利文献I提供了一种汽体密封型式，但因需额外引入高压蒸汽，会一定程度上减少压缩蒸汽流量，并且汽体密封难度较大，成本也较高。
[0004]为提高压缩蒸汽的饱和温升(排汽饱和温度与吸汽饱和温度的差值)，蒸汽压缩机压比需求较高，这就会导致排汽温度及排汽过热度较高。螺杆压缩机因其耐液的特性，可以通过吸汽腔或工作容积内喷水的方式降低排汽温度，是一种较为理想的蒸汽压缩机机型。
[0005]专利文献2给出了一种喷水量的控制方法，但因为水的蒸发潜热明显大于其显热吸热量，所以希望喷入水在压缩机工作容积内有限的时间内蒸发，并且实际应用时，如果喷水温度过低，不断增加喷水量对排汽温度的降低没有明显效果，所以在进行喷水量调节时，也需要能够根据压缩机吸汽状态进行喷水温度调节。
[0006]专利文献1: JP特开2009-255008号公报
[0007]专利文献2: JP特开2011-127205号公报
【发明内容】
[0008]本发明是为了解决上述蒸汽压缩机技术难题，提供一种通过喷水可以实现可靠密封，并可进行吸汽过热度及排汽过热度的控制，以及喷水温度调节的喷水螺杆蒸汽压缩机，而且还能结合螺杆压缩机固定内容积比特性，控制压缩机排汽压力，保证其不同工况下的尚效运tx。
[0009]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0010]该压缩机包括压缩机机体、稳压罐以及喷水管路，所述压缩机机体内的工作腔与轴承腔之间布置三道密封，第一道密封靠近工作腔，第二道密封靠近轴承腔，第三道密封位于第一道密封与第二道密封之间，第三道密封与第一、第二道密封之间分别形成密封腔，所述喷水管路上分别设置有用于向第一道密封与第三道密封之间形成的密封腔、压缩机吸汽结束时刻的工作容积以及压缩机吸汽管路或吸汽腔内喷水的分支管路，各个分支管路上分别设置有流量调节阀件，稳压罐与压缩机排汽管路相连，稳压罐的上端设置有用于排出过热蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件，该流量调节阀件与用户蒸汽供给管路之间设置有用于对过热蒸汽进行温度调节的换热单元，换热单元分别与喷水管路以及用于输送低温软化水或蒸馏水的外部管路相连。
[0011]所述压缩机还包括用于根据压缩机吸汽管路的吸汽压力以及所述稳压罐内的蒸汽压力调节所述用于排出过热蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件的开度的第一控制器。
[0012]所述换热单元包括由换热器以及与换热器相连的流量调节阀件组成的过热蒸汽换热支路，所述过热蒸汽换热支路的一端与所述用于排出过热蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件相连，另一端与所述用户蒸汽供给管路相连。
[0013]所述换热单元还包括用于根据所述稳压罐内的蒸汽压力和蒸汽温度以及所述用户蒸汽供给管路的蒸汽温度调节所述与换热器相连的流量调节阀件的开度的第二控制器以及用于构成所述过热蒸汽换热支路的旁通路的流量调节阀件，该流量调节阀件的一端与所述用户蒸汽供给管路相连，另一端与所述用于排出过热蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件相连。
[0014]所述换热单元还包括由所述换热器以及与所述换热器相连的水栗组成的喷水温度调节支路，所述喷水温度调节支路的一端与所述用于输送低温软化水或蒸馏水的外部管路相连，另一端与所述喷水管路相连。
[0015]所述换热单元还包括用于构成所述换热器的旁通路的流量调节阀件以及用于根据所述喷水管路的水温以及压力调节该流量调节阀件的开度的第三控制器，该流量调节阀件的一端与所述水栗相连，另一端与所述喷水管路相连。
[0016]所述稳压罐的下端设置用于根据稳压罐内的液位将经稳压罐气液分离后的液体排出稳压罐的流量调节阀件，该流量调节阀件与所述用于输送低温软化水或蒸馏水的外部管路以及所述水栗通过三通阀相连，所述用于输送低温软化水或蒸馏水的外部管路上设置有由所述第三控制器控制开度的流量调节阀件。
[0017]所述第一道密封为非接触密封，所述第二道密封为双向液体密封，所述第三道密封为单向或双向液体密封。
[0018]所述第二道密封与第三道密封之间形成的密封腔通过排污阀与外界相通。
[0019]本发明的有益效果体现在:
[0020]本发明所设计的三道密封可形成两个密封腔，通过向第一道密封与第三道密封之间形成的密封腔内喷入高压水，对工作腔内的蒸汽进行密封，少量的水可经过第一道密封泄漏进入压缩机的吸、排汽端面，对端面间隙还能起到一定的密封作用。因为水与压缩蒸汽属于同种工质，喷入水并不会影响蒸汽品质，相反，还可以与压缩蒸汽换热，达到降低排汽温度的目的。一些场合，压缩机吸汽可能会是过热蒸汽，吸汽过热度会增加蒸汽比容，降低压缩蒸汽质量流量，可以通过吸汽腔或吸汽管路内喷水，消除过热，提高压缩蒸汽质量流量。当压缩机压比较高时，为了避免喷入水侵占部分吸汽容积，可利用在压缩机吸汽结束时往工作腔(压缩腔)内喷水来有效降低压缩蒸汽温度及排汽过热度，使压缩机工作过程接近等温压缩过程，提高压缩机效率。压缩机排汽管路设置一稳压罐，可根据压缩机吸汽压力、螺杆压缩机内容积比以及用户需要的蒸汽压力，调节稳压罐上阀的开度，控制稳压罐内压力，即排汽压力，避免压缩机过分的欠压缩及过压缩运行，保证不同工况下压缩机的运行效率。
[0021 ]进一步的，可能会有少量的水经过中间液体密封(第三道密封)漏入中间液体密封与靠近轴承腔的液体密封(第二道密封)之间的密封腔，为了避免水进入轴承腔与润滑油接触以及润滑油漏出，靠近轴承腔的液体密封需为双向密封;为了能及时排出可能漏入此密封腔内的润滑油和水，将此密封腔通过管路及排污阀连通到大气侧，使此密封腔的压力低于轴承腔以及喷水所在的第一道密封腔(即第一道密封与第三道密封之间的密封腔)。有时为了保险，第三道密封也需要为双向密封，防止润滑油漏入到第一道密封腔内与水混合。
[0022]进一步的，因为喷入水在压缩机工作腔内与压缩蒸汽的换热时间有限，喷入水很难在工作腔内完全蒸发，未蒸发的水能一定程度密封压缩机的泄漏间隙，提高容积效率，此时，稳压罐也可充当汽液分离器的作用，罐内高温水的液位可通过其流出管路上阀的开度进行控制。流出的高温水先与低温软化水或蒸馏水混合，经一水栗升压后分两路，一路流入一换热器，另一路为旁通路，然后混合用于压缩机密封腔、工作腔内喷水，通过旁通路水流量和供给软化水或蒸馏水的流量调节来实现喷水温度的调节。
[0023]进一步的，因为压缩蒸汽到用户之前要输送一定的管程，需要根据管程大小进行蒸汽过热度调节，从而避免压力损失导致的压缩蒸汽冷凝。类似喷水温度的调节，经稳压罐压力控制后流出的压缩蒸汽分两路，一路流经换热器，与用于压缩机喷水的水进行换热，自身过热度降低的同时，提高另一侧水的温度，然后与另一支路(旁通路)的蒸汽混合后提供给用户，通过流经换热器的蒸汽流量来实现供给用户蒸汽过热度的调节。
[0024]进一步的，之所以低温软化水或蒸馏水先与稳压罐汽液分离出来的高温水混合，然后进入换热器与压缩蒸汽换热，是为了降低换热器内外水与蒸汽的传热温差，提高换热效率。而稳压罐中分离出来的水温度较高，与温度较低的软化水或蒸馏水混合以后供压缩机喷水使用，也避免能量和资源的浪费。
【附图说明】
[0025]图1是本发明所述喷水螺杆蒸汽压缩机的结构示意图；
[0026]图中:I为驱动源;2为传动装置;3为螺杆转子伸出轴;4为轴承;5为第二道密封;6为第三道密封;7为第一道密封;8为连通大气的密封腔;9为喷水密封腔；1为压缩机机体；11为螺杆转子的工作段；12为喷水孔口 ； 13为同步齿轮；14为稳压罐；15为水栗；16为换热器；17、19、25依次为第一控制器、第二控制器、第三控制器；18、20、21、22、23、24、26、27、28、29依次为第一流量调节阀件、第二流量调节阀件、第三流量调节阀件、第四流量调节阀件、第五流量调节阀件、第六流量调节阀件、第七流量调节阀件、第八流量调节阀件、第九流量调节阀件、第十流量调节阀件;30为排污阀；31为三通阀；32为润滑油;33为水;T为温度，P为压力。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
[0028]参见图1，本发明所述喷水螺杆蒸汽压缩机包括螺杆压缩机主机，所述螺杆压缩机主机包括驱动源1(例如电机)，传动装置2(例如联轴器或皮带轮)，螺杆转子，压缩机机体10，螺杆转子伸出轴3，同步齿轮13以及轴承4，其中，螺杆转子的工作段11位于压缩机机体10的工作腔内，位于所述螺杆转子的工作段11 一端的螺杆转子伸出轴3通过传动装置2与驱动源I连接，所述螺杆转子的工作段11的另一端与同步齿轮13连接。所述压缩机机体10内还具有轴承腔，轴承腔位于所述工作腔两侧，一侧轴承腔(靠近排汽侧)内的轴承4支撑螺杆转子伸出轴3，另一侧轴承腔(靠近吸汽侧)内的轴承4支撑同步齿轮13与所述螺杆转子的工作段11的连接轴。
[0029]在所述工作腔与轴承腔之间布置三道密封，第一道密封7靠近工作腔，为非接触密封(梳齿密封等)，主要用于密封工作腔，第二道密封5靠近轴承腔，主要是为了密封轴承腔的润滑油，所以靠近轴承腔侧的液体密封(第二道密封)必须为可靠的油封，为避免通过第三道密封6漏出的水进入轴承腔，第二道密封5须为双向液体密封(例如可为唇封)，第三道密封6位于第一道密封7与第二道密封5之间，第三道密封6主要是为了密封喷入的高压水，可为单向密封，为防止通过第二道密封5漏出的润滑油与喷入水混合，也可选为双向液体密封。
[0030]本发明所述喷水螺杆蒸汽压缩机还包括喷水控制系统:在喷水管路上设置第七流量调节阀件26、第八流量调节阀件27、第九流量调节阀件28和第十流量调节阀件29，第七流量调节阀件26和第十流量调节阀件29分别控制向两侧所述第三道密封6与第一道密封7之间的密封腔(喷水密封腔9)内喷入高压水，第八流量调节阀件27控制向压缩机的吸汽(进汽)管路或吸汽腔喷入高压水，第九流量调节阀件28控制向吸汽结束时刻喷水孔口 12喷入高压水，吸汽结束时刻喷水孔口 12位于机体内吸气结束位置。
[0031]通过向所述第三道密封6与第一道密封7之间的密封腔内喷入高压水，对工作腔内的蒸汽进行密封，少量的水可经过所述第一道密封7泄漏进入压缩机的吸(进)、排汽端面，对端面间隙还能起到一定的密封作用。
[0032]所述第二道密封5需为双向密封，首先需要可靠的对轴承腔内的润滑油进行密封，其次，要避免漏入其与所述第三道密封6之间密封腔(连通大气的密封腔8)内的水进入轴承腔。所述第二道密封5与第三道密封6之间的密封腔通过排污阀30连通大气，形成一个低于轴承腔与喷水密封腔9压力的低压，使可能漏入其内的水与润滑油通过排污阀30及时排出。此外，为了避免漏入连通大气的密封腔8内的润滑油进入喷水密封腔9，保险起见，所述第三道密封6可设置为双向液体密封。
[0033]当压缩机吸汽存在一定过热度时，可通过第八流量调节阀件27往压缩机吸汽管路或吸汽腔内喷水，消除吸汽过热，降低吸汽比容，增加压缩蒸汽质量流量。为了降低压缩机排汽过热度，并避免喷入水对吸汽容积的侵占，可通过第九流量调节阀件28由吸汽结束时刻喷水孔口 12往压缩机吸汽结束时刻的工作容积内喷水，利用喷入水与压缩蒸汽间的传热传质，达到降低排汽温度的目的。
[0034]本发明所述喷水螺杆蒸汽压缩机还包括稳压罐14和第一控制器17、第二控制器19，稳压罐14的上端与压缩机排汽管路相连，稳压罐14的下端与流出管路相连，流出管路和稳压罐14的上端分别设置有第二流量调节阀件20和第一流量调节阀件18，第二流量调节阀件20与设置于稳压罐14内的液位传感器相连，第一流量调节阀件18与第一控制器17相连，第一控制器17根据采集自压缩机吸汽管路的吸汽压力以及稳压罐14内的蒸汽压力控制第一流量调节阀件18的开度。第一流量调节阀件18与用户蒸汽供给管路之间通过设置有第三流量调节阀件21和换热器16的供汽管路相连，第三流量调节阀件21和换热器16的一个换热通路的进口端相连，该供汽管路具有旁通路，该旁通路上设置有第四流量调节阀件22(调节旁通路的蒸汽流量)，该旁通路的一端与第一流量调节阀件18相连，另一端与上述换热通路的出口端(出口端与用户蒸汽供给管路连接)连接。第二控制器19与第三流量调节阀件21相连，第二控制器19根据采集自稳压罐14内的蒸汽压力、稳压罐14内的蒸汽温度以及用户蒸汽供给管路的蒸汽温度控制第三流量调节阀件21的开度。
[0035]通过设置稳压罐14，可根据压缩机吸汽压力、压缩机内容积比以及用户需要的蒸汽压力，调节第一流量调节阀件18的开度，控制压缩机排汽压力，避免压缩机过分的欠压缩或过压缩运行，从而保证压缩机不同运行工况下的效率。
[0036]本发明所述喷水螺杆蒸汽压缩机还包括第三控制器25、高温水栗15以及三通阀31，三通阀31分别与高温水栗15进口、用于引入软化水/蒸馏水的管路以及稳压罐液体水的流出管路相连，高温水栗15出口与上述换热器16的另一个换热通路相连，该换热通路与喷水管路相连，并且，喷水管路与高温水栗15之间连接有作为该换热通路旁通路的第六流量调节阀件24。第三控制器25分别与第六流量调节阀件24以及设置于所述用于引入软化水/蒸馏水的管路上的第五流量调节阀件23相连。第三控制器25根据采集自喷水管路的喷水温度和喷水压力控制第五、第六流量调节阀件23、24的开度。喷水温度的调节主要根据压缩机吸汽压力，使喷水温度尽可能接近吸汽压力所对应的饱和温度。
[0037]因为喷入水在压缩机工作腔内与压缩蒸汽的换热时间有限，喷入水很难在工作腔内完全蒸发，所以稳压罐14也充当汽液分离器的作用，罐内高温水的液位通过其流出管路上第二流量调节阀件20的开度进行控制，第二流量调节阀件20为液位控制阀，也可为简单的浮球阀。自稳压罐14流出的高温水先与经第五流量调节阀件23流入的低温软化水或蒸馏水混合，经高温水栗15升压后分两路，一路流入换热器16，另一路为旁通路，然后混合进入喷水管路，用于向压缩机密封腔、工作腔内喷水，通过流经旁通路第六流量调节阀件24的水流量调节实现喷水温度的调节。
[0038]类似喷水温度的调节，经第一流量调节阀件18流出稳压罐14的压缩蒸汽分两路，一路流经换热器16，与用于压缩机喷水的水进行换热，使换热器另一侧的水温升高，自身过热度降低后与另一支路(旁通路)的蒸汽混合后提供给用户，通过第三流量调节阀件21调节流经换热器16的蒸汽流量来实现供给用户蒸汽过热度的调节。
[0039]本发明中通过向第一道密封和第三道密封之间的空间内喷入高压软化水或蒸馏水，保证只有水通过第一道密封漏入压缩机工作腔，而不会有蒸汽漏出，从而实现有效的蒸汽密封；由于水与压缩蒸汽属于同种工质及螺杆压缩机的特性，喷入水还能很好的密封压缩机转子啮合间隙与压缩机端面的轴向间隙，并能对压缩蒸汽有一定的冷却作用。
[0040]当压缩机吸汽为过热蒸汽时，可以通过向压缩机吸汽腔喷水消除吸汽过热度，减小吸汽比容，增加压缩蒸汽质量流量;还可以通过吸汽结束时刻从喷水孔口向压缩腔喷水，对压缩蒸汽进行冷却，降低排汽过热度，并使压缩过程接近等温压缩过程，此外喷入水还能很好的密封工作腔内的各泄漏通道。
[0041]压缩机排汽侧设有稳压罐，根据吸汽压力以及螺杆压缩机的内容积比和用户需求，通过第一控制器，调节第一流量调节阀件的开度来调节稳压罐内的蒸汽压力，即压缩机排汽压力，使螺杆蒸汽压缩机能在不同工况下高效运行。
[0042]当喷入水不能完全蒸发时，稳压罐还起到汽液分离器的作用，通过第二流量调节阀件的调节，控制罐内的液面高度。
[0043]因为蒸汽在管路流通过程中存在压降，为减小压降引起的蒸汽冷凝，通常压缩蒸汽需要有一定的过热度需求;可以通过第二控制器调节流过换热器的蒸汽流量，实现供给用户蒸汽过热度的调节，以适合不同管路流程的需求。
[0044]为了保证喷入水水质，避免转子及伸出轴表面结垢或锈蚀，喷入水要求为软化水或蒸馏水(通常为低温水)，其流量可通过第五流量调节阀件进行调节，并首先与稳压罐出来的高温水混合升温。
[0045]因为水的蒸发潜热明显高于其温度提升的显热换热，所以希望流入压缩机工作腔内水温尽可能达到压缩机的吸汽温度，保证其对压缩蒸汽的冷却作用；当水温较低时，即使不断增加喷入水量，也不会使压缩机排汽温度有明显的降低;考虑到未蒸发的水有一定的密封作用，可根据压缩机的运行工况，通过第三控制器，在不影响排汽过热度调节的前提下，调节第六流量调节阀件的开度，控制不经过换热器的旁通水流量，实现喷水温度的调
-K-■P。
【主权项】
1.一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:该压缩机包括压缩机机体(10)、稳压罐(14)以及喷水管路，所述压缩机机体(10)内的工作腔与轴承腔之间布置三道密封，第一道密封(7)靠近工作腔，第二道密封(5)靠近轴承腔，第三道密封(6)位于第一道密封(7)与第二道密封(5)之间，第三道密封(6)与第一、第二道密封之间分别形成密封腔，所述喷水管路上分别设置有用于向第一道密封(7)与第三道密封(6)之间形成的密封腔、压缩机吸汽结束时刻的工作容积以及压缩机吸汽管路或吸汽腔内喷水的分支管路，各个分支管路上分别设置有流量调节阀件，稳压罐(14)与压缩机排汽管路相连，稳压罐(14)的上端设置有用于排出蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件，该流量调节阀件与用户蒸汽供给管路之间设置有用于对蒸汽进行温度调节的换热单元，换热单元分别与喷水管路以及用于输送软化水或蒸馏水的外部管路相连。2.根据权利要求1所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述压缩机还包括用于根据压缩机吸汽压力以及所述稳压罐(14)内的蒸汽压力调节所述用于排出蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件的开度的第一控制器(17)。3.根据权利要求1所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述换热单元包括由换热器(16)以及与换热器(16)相连的流量调节阀件组成的过热蒸汽换热支路，所述过热蒸汽换热支路的一端与所述用于排出蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件相连，另一端与所述用户蒸汽供给管路相连。4.根据权利要求3所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述换热单元还包括用于根据所述稳压罐(14)内的蒸汽压力和蒸汽温度以及所述用户蒸汽供给管路的蒸汽温度调节所述与换热器(16)相连的流量调节阀件的开度的第二控制器(19)以及用于构成所述过热蒸汽换热支路的旁通路的流量调节阀件，该流量调节阀件的一端与所述用户蒸汽供给管路相连，另一端与所述用于排出蒸汽并调节排汽压力的流量调节阀件相连。5.根据权利要求3所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述换热单元还包括由所述换热器(16)以及与所述换热器(16)相连的水栗(15)组成的喷水温度调节支路，所述喷水温度调节支路的一端与所述用于输送软化水或蒸馏水的外部管路相连，另一端与所述喷水管路相连。6.根据权利要求5所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述换热单元还包括用于构成所述换热器(16)的旁通路的流量调节阀件以及用于根据所述喷水管路的水温以及压力调节该流量调节阀件的开度的第三控制器(25)，该流量调节阀件的一端与所述水栗(15)相连，另一端与所述喷水管路相连。7.根据权利要求6所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述稳压罐(14)的下端设置用于根据稳压罐(14)内的液位将经稳压罐(14)气液分离后的液体排出稳压罐(14)的流量调节阀件，该流量调节阀件与所述用于输送软化水或蒸馏水的外部管路以及所述水栗(15)通过三通阀(31)相连，所述用于输送软化水或蒸馏水的外部管路上设置有由所述第三控制器(25)控制开度的流量调节阀件。8.根据权利要求1所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述第一道密封(7)为非接触密封，所述第二道密封(5)为双向液体密封，所述第三道密封(6)为单向或双向液体密封。9.根据权利要求1所述一种喷水螺杆蒸汽压缩机，其特征在于:所述第二道密封(5)与 第三道密封(6)之间形成的密封腔通过排污阀(30)与外界相通。
【文档编号】F04C27/00GK105927548SQ201610454579
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】田雅芬, 沈九兵, 王闯, 邢子文
【申请人】西安交通大学