专利名称：带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离心压缩机扩稳装置及离心压缩机，特别是涉及一种带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机。
背景技术：
为适应不同季节供电负荷和供热负荷的变化以及提高能源利用效率，要求热电联供系统中的小型燃气轮机有较好的变工况特性，为此可在冷热负荷需求较少的春秋过渡季节将余热锅炉所产生的蒸汽回注进入燃烧室，从而实现系统提高系统发电效率并降低NOx排放，然而这会导致离心压缩机运行点左移，靠近喘振线而具有喘振的危险性。叶轮机械的喘振会破坏设备内部介质的流动规律性，产生机械噪声，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏，处置不当甚至会导致设备停机或机毁人亡的严重后果。为防止喘振，必须使叶轮机械工作在非喘振区。而目前在业界中通常采用避开或被动控制方法避免喘振的发生，如设置喘振裕度，避免压缩机运行在喘振区域，放气或打回流的方法等，然而这些方法无法充分利用压缩机的潜力，同时也容易使得压缩机在非喘振点的效率下降，进而降低蒸汽回注对燃气轮机发电效率提高的额度，因此有必要寻求一种能够拓宽带蒸汽回注的燃气轮机中离心压缩机的稳定工作范围的装置，从而确保燃气轮机在存在蒸汽回注的情况下安全可靠工作，并最终提高燃气轮机的发电效率，实现冷热电联供系统的热电比灵活可调。
实用新型内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机，用于拓宽燃气轮机中离心压缩机的稳定工作范围，避免喘振，充分利用冷热电联供系统中余热锅炉所产生的蒸汽。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置，装设于具有叶轮与叶片扩压器的离心压缩机与余热锅炉之间，所述装置至少包括:至少一动态压力传感器，布设于所述离心压缩机的叶轮与叶片扩压器之间形成的无叶空间周侧；多通道输入与输出信号处理装置，输入端连接于所述动态压力传感器；蒸汽喷射控制装置，与所述多通道输入与输出信号处理装置的输出端连接，包括至少一与装设于所述余热锅炉尾部的蒸汽进气管连接的蒸汽喷头，装设于所述叶片扩压器的气流进口处，所述蒸汽喷头的内部流道为轴向，出口流道由轴向过渡到径向，出口截面与所述叶片扩压器的轮盖平齐，所述蒸汽喷头所喷射的蒸汽流向与所述叶轮的旋转方向相反。优选地，所述多通道输入与输出信号处理装置包括与所述动态压力传感器连接的信号采集模块以及输入端与所述信号采集模块连接、输出端与所述蒸汽喷射控制装置连接的DSP模块，所述信号采集模块包括信号放大单元、对所述信号放大单元的放大信号进行滤波的滤波单元、对所述滤波单元的模拟信号进行模数转换的A/D转换单元。优选地，所述蒸汽喷射控制装置包括:控制器、伺服电机、蒸汽喷射控制阀以及所述蒸汽喷头。优选地，所述蒸汽喷射控制装置的控制器输入端连接于所述多通道输入与输出信号处理装置的DSP模块，所述控制器的输出端连接所述伺服电机的输入端，所述伺服电机的输出端连接所述蒸汽喷射控制阀，所述蒸汽喷射控制阀设置于所述蒸汽进气管与所述蒸汽喷头连接处，所述蒸汽喷射控制阀通过所述伺服电机进行控制。优选地，所述蒸汽进气管的数目与所述蒸汽喷头的数目相同。本实用新型还提供一种装设有所述喷蒸汽扩稳装置的离心压缩机，所述离心压缩机通过装设在所述余热锅炉尾部的蒸汽进气管与所述余热锅炉连接，通过排气通道与燃烧室连接，内部形成有由进气口朝向出气口呈收拢状的弯曲通道，所述弯曲通道的弯曲段设置有用以吸入外部气流并对其做功的叶轮，所述弯曲通道的直通段设置有将经过所述叶轮流入的外部气流和经由所述蒸汽进气管引入的回流高压蒸汽进行混合扩压的叶片扩压器。如上所述，本实用新型的带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机，具有以下有益效果:1.不同于以往的空气扩稳技术和方法，无需外部气源，采用的介质为利用燃气轮机排气余热产生的蒸汽，充分利用燃气轮机尾气余热，节约能源，并可通过调节蒸汽的热力状态和流量适应燃气轮机的实际运行需求。2.通过在离心压缩机的扩压器进气口无叶空间布置可控的蒸汽喷射装置，通过喷射高压蒸汽改善有叶扩压器进气口区域的流动状况进而拓宽离心压缩机的稳定运行范围，消除或减小了离心压缩机发生喘振的风险，使现有的离心压缩机尽可能工作在高压比、高效率附近，提高整个机组的工作效率。
图1显示为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机所应用的带蒸汽回注的冷热电联供系统示意图。图2显示为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的离心压缩机的示意图。图3显示为图2的剖视图。图4显示为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的结构示意图。图5显示为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的蒸汽喷头示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。请参阅图1，显示为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机所应用的带蒸汽回注的冷热电联供系统示意图。该系统以天然气为主要燃料，经过带蒸汽回注喷蒸汽扩稳装置的离心压缩机、燃烧室和透平以增加气体压力。经透平扩压后得到的高温高压气体一部分进入供电系统产生电负荷；还有部分气体进入后续烟气吸收式机组，烟气吸收式机组与电动压缩式机组共同产生冷负荷；其余带有余热的气体通过余热锅炉向用户提供热负荷，并向燃烧室提供增加出功用蒸汽。为避免天然气进入离心压缩机后发生喘振现象，可引入外部气源改变离心压缩机内气体的流向。与采用外部气源或压缩机后引气的方法不同(这两种方法会降低蒸汽或压缩机的效率)，在本实施例中的带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置装设于余热锅炉与离心压缩机之间，所利用的扩稳用蒸汽引自位于燃气轮机透平下游的余热锅炉。在本实施例中，带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置主要包括:动态压力传感器、多通道输入与输出信号处理装置以及蒸汽喷射控制装置。请参阅图2和图3，分别为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的离心压缩机的示意图及其剖视图。本实施例中，离心压缩机通过装设在所述余热锅炉尾部的蒸汽进气管与所述余热锅炉连接，通过排气通道与燃烧室连接。离心压缩机内部形成有由进气口朝向出气口呈收拢状的弯曲通道6，弯曲通道6的弯曲段设置有叶轮1、弯曲通道6的直通段设置有叶片扩压器2。叶轮I将从叶轮进气口 11吸入的外部气流传输进入离心压缩机内部，经过叶轮I的做功，从叶轮排气口 12进入叶片扩压器2的进气口 21，再经过叶片扩压器2的扩压，由叶片扩压器排气口 22进入后续设备中的燃烧室。叶轮排气口 12与叶片扩压器进气口 21之间形成无叶空间3，气体在无叶空间3内的流动直接决定着压缩机的运行状况，因此无叶空间3对于喘振的作用十分关键。为监控离心压缩机内部气体的流动状况，在无叶空间3的轮盘侧周向均匀布设有多个动态压力传感器4。动态压力传感器4的数目可依据离心压缩机的特性而定，本实施例中动态压力传感器的数目为8个。请参阅图4，为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的结构示意图。动态压力传感器4从离心压缩机的叶片扩压器进气口 21处采集到离心压缩机内部无叶空间3处的气流信号，并将信号传输至多通道输入与输出信号处理装置。多通道输入与输出信号处理装置包括与动态压力传感器连接的信号采集模块和DSP模块。信号采集模块包括信号放大单元、对信号放大单元的放大信号进行滤波的滤波单元、对滤波单元的模拟信号进行模数转换的A/D转换单元。信号经A/D模数转换后进入DSP模块，DSP模块计算给定时间段内数据点的平均值、方差以及进行快速傅里叶变换，在对信号进行处理后，将该信号与预先设定的喘振报警值相比较，若不符合预先设定的要求，则不发出控制信号，继续进行动态信号采集；若符合预先设定的要求，则根据设定的阈值，向蒸汽喷射控制装置发出控制信号。[0031]蒸汽喷射控制装置中设有一组蒸汽喷头5，蒸汽喷头5均匀布设于离心压缩机的叶片扩压器进气口 21处，本实施例中蒸汽喷头5的数目设为8个。由蒸汽进气管引入来自余热锅炉的扩稳用蒸汽，蒸汽进气管与蒸汽喷头5连接，再将蒸汽喷入离心压缩机的无叶空间3处。蒸汽进气管的数目与蒸汽喷头5的数目相同。蒸汽喷射控制装置还包括控制器、伺服电机和蒸汽喷射控制阀。每对蒸汽进气管与蒸汽喷头5之间连接有蒸汽喷射控制阀，蒸汽喷射控制阀由伺服电机进行控制。多通道输入与输出信号处理装置的DSP模块的输出端通过信号传输线连接控制器，控制器接到由DSP模块发出的控制信号后，向伺服电机发出控制命令，并根据报警情况确定调控区域，决定待调控区域的蒸汽喷射控制阀的动作顺序和阀门开度，进而调整蒸汽喷头5所喷射的蒸汽量，从而实现扩稳。请参阅图5，为本实用新型带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机的蒸汽喷头示意图。蒸汽喷头5的内部流道为轴向，出口流道由轴向过渡到径向，出口截面与叶片扩压器的轮盖平齐，蒸汽喷头5所喷射的蒸汽流向与叶轮的旋转方向相反。蒸汽喷头5的出口利用气体附壁效应(Coanda效应)，既改善边界层低速流体的流动，又不会由于喷头的存在而在蒸汽喷射控制阀不动作时影响离心压缩机内部的气体流场，从而改变稳定工作状态下的离心压缩机的性能。综上所述，本实用新型无需外部气源，利用冷热电联供系统中燃气轮机排气余热产生的蒸汽，通过调节离心压缩机内部喷射的蒸汽量来实现对压缩机内气体流动的调控，以适应不同的电负荷及热负荷工况，提高机组效率。上述实例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置，装设于具有叶轮与叶片扩压器的离心压缩机与余热锅炉之间，其特征在于，所述装置至少包括: 至少一动态压力传感器，布设于所述离心压缩机的叶轮与叶片扩压器之间形成的无叶空间周侧； 多通道输入与输出信号处理装置，输入端连接于所述动态压力传感器； 蒸汽喷射控制装置，与所述多通道输入与输出信号处理装置的输出端连接，包括至少一与装设于所述余热锅炉尾部的蒸汽进气管连接的蒸汽喷头，装设于所述叶片扩压器的气流进口处，所述蒸汽喷头的内部流道为轴向，出口流道由轴向过渡到径向，出口截面与所述叶片扩压器的轮盖平齐，所述蒸汽喷头所喷射的蒸汽流向与所述叶轮的旋转方向相反。
2.根据权利要求1所述的带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置，其特征在于:所述多通道输入与输出信号处理装置包括与所述动态压力传感器连接的信号采集模块以及输入端与所述信号采集模块连接、输出端与所述蒸汽喷射控制装置连接的DSP模块，所述信号采集模块包括信号放大单元、对所述信号放大单元的放大信号进行滤波的滤波单元、对所述滤波单元的模拟信号进行模数转换的A/D转换单元。
3.根据权利要求1所述的带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置，其特征在于:所述蒸汽喷射控制装置包括:控制器、伺服电机、蒸汽喷射控制阀以及所述蒸汽喷头。
4.根据权利要求3所述的带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置，其特征在于:所述蒸汽喷射控制装置的控制器输入端连接于所述多通道输入与输出信号处理装置的DSP模块，所述控制器的输出端连接所述伺服电机的输入端，所述伺服电机的输出端连接所述蒸汽喷射控制阀，所述蒸汽喷射控制阀设置于所述蒸汽进气管与所述蒸汽喷头连接处，所述蒸汽喷射控制阀通过所述伺服电机进行控制。
5.根据权利要求1所述的带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置，其特征在于:所述蒸汽进气管的数目与所述蒸汽喷头的数目相同。
6.一种装设有权利要求1所述的喷蒸汽扩稳装置的离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机通过装设在所述余热锅炉尾部的蒸汽进气管与所述余热锅炉连接，通过排气通道与燃烧室连接，内部形成有由进气口朝向出气口呈收拢状的弯曲通道，所述弯曲通道的弯曲段设置有用以吸入外部气流并对其做功的叶轮，所述弯曲通道的直通段设置有将经过所述叶轮流入的外部气流和经由所述蒸汽进气管引入的回流高压蒸汽进行混合扩压的叶片扩压器。
专利摘要本实用新型提供一种带蒸汽回注的离心压缩机喷蒸汽扩稳装置及离心压缩机，包括至少一动态压力传感器，布设于离心压缩机的叶轮与叶片扩压器之间形成的无叶空间周侧；多通道输入与输出信号处理装置；蒸汽喷射控制装置，包括至少一与装设于余热锅炉尾部的蒸汽进气管连接的蒸汽喷头，装设于叶片扩压器的气流进口处，蒸汽喷头的内部流道为轴向，出口流道由轴向过渡到径向，出口截面与叶片扩压器的轮盖平齐，蒸汽喷头所喷射的蒸汽流向与叶轮的旋转方向相反。本实用新型无需外部气源，利用冷热电联供系统中燃气轮机排气余热产生的蒸汽，通过调节喷入离心压缩机内部的蒸汽量来实现对压缩机内气体流动的调控，进而拓宽离心压缩机的稳定运行范围。
文档编号F04D29/00GK203051242SQ20132003466
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者高闯, 黄伟光, 刘海清, 张宏武 申请人:上海中科高等研究院