一种应用在PSA空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机的制作方法

本发明属于工业动力设备领域，具体来说，是一种应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机。

背景技术：

psa和vpsa系统是一种气体分离装置，尤其是从空气中分离得到氧气，在工业领域内广泛应用。图一是psa/vpsa系统的流程简图，系统保护两个吸附塔，吸附塔内装填有一定量的分子筛，鼓风机通过阀门的控制交替对两个塔进行鼓风升压，将新鲜空气鼓送进吸附塔内，分子筛则对氮气进行吸附，未被吸附的氧气则输出至缓冲罐内。

因而鼓风机在psa/vpsa的实际工作情况是：在一个工作周期内，鼓风机的压比逐渐从1升高到最高压力，在该周期结束后，系统通过阀门迅速切换到另一个塔，鼓风机的出口压力迅速恢复到1，然后逐渐升压。

在传统的psa/vpsa系统中，鼓风机一般采用罗茨鼓风机，因为罗茨鼓风机与系统具有正相关特性，即鼓风压力低时，鼓风机消耗的功率也低。但是罗茨鼓风机仍然存在效率低、噪声大、单级流量低等诸多问题。

直接应用普通电驱的离心式鼓风机也存在问题，图三描述了典型离心鼓风机的特性曲线，鼓风机工作在设计点a时，效率高，功率维持在一个较低的水平，但是在低压力大流量工作点b，效率低下，功率不降反增。实际功耗反而比罗茨鼓风机高。

技术实现要素：

本发明目的是旨在提供一种解决上述技术问题的应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机，包括位于机座内的共同转子，所述共同转子包括离心鼓风机叶轮、涡轮叶轮，所述离心鼓风机叶轮与涡轮叶轮通过主轴连接。

进一步限定，所述涡轮叶轮对应涡轮机上设有涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴的通道面积为可调节结构。

进一步限定，所述共同转子通过左轴承和右轴承支撑在机座上。

进一步限定，所述左轴承和右轴承为滑动轴承、滚动轴承、气浮轴承或磁浮轴承中的一种。

进一步限定，所述涡轮叶轮对应涡轮机为向心涡轮或轴流涡轮中的一种。

进一步限定，所述涡轮机与鼓风机分别设计了密封。

进一步限定，所述离心鼓风机相应的机壳与涡轮相应的涡轮喷嘴涡轮机壳也均通过法兰安装在机座上。

本发明相比现有技术，采用涡轮驱动的方式，使得离心鼓风机能在psa\vpsa系统中应用，不但降低了psa\vpsa系统的能耗，也大大降低系统的噪声水平，同时拓展了系统的应用范围。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机的结构示意图；

图2为psa/vpsa系统流程示意图；

图3为psa\vpsa系统内鼓风机出口压力随时间变化曲线示意图；

图4为典型离心鼓风机特性曲线示意图；

图5为鼓风机不同转速下的流量-压力/功率特性示意图；

图6为涡轮机不同转速下的功率-压力特性示意图；

图7为离心鼓风机高效工作曲线示意图；

主要元件符号说明如下：

离心鼓风机叶轮1、机壳2、密封3、机座4、左轴承5、主轴6、右轴承7、涡轮叶轮9、涡轮喷嘴10。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机，包括位于机座内的共同转子，所述共同转子包括离心鼓风机叶轮、涡轮叶轮，所述离心鼓风机叶轮与涡轮叶轮通过主轴连接。

进一步限定，所述涡轮叶轮对应涡轮机上设有涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴的通道面积为可调节结构。

进一步限定，所述共同转子通过左轴承和右轴承支撑在机座上。

进一步限定，所述左轴承和右轴承为滑动轴承、滚动轴承、气浮轴承或磁浮轴承中的一种。

进一步限定，所述涡轮叶轮对应涡轮机为向心涡轮或轴流涡轮中的一种。

进一步限定，所述涡轮机与鼓风机分别设计了密封。

进一步限定，所述离心鼓风机相应的机壳与涡轮相应的涡轮喷嘴涡轮机壳也均通过法兰安装在机座上。

本实施例中，离心鼓风机叶轮(1)通过主轴(6)与涡轮叶轮(9)连接在一块，形成共同转子结构，即实现离心鼓风机叶轮(6)与涡轮叶轮(9)的完全转速同步和扭矩同步，也就实现了二者的功率完全同步(除开轴承的消耗)，共同转子通过左轴承(5)和右轴承(7)支撑在机座(4)上，左轴承(5)和右轴承(7)可以是滑动轴承、滚动轴承、气浮轴承或磁浮轴承。离心鼓风机相应的机壳(2)与涡轮相应的涡轮喷嘴(10)涡轮机壳(11)也均通过法兰安装在机座(4)上。涡轮可以是向心涡轮，也可以是轴流涡轮。涡轮与鼓风机分别设计了密封(3)和密封(8)。

离心鼓风机具有高效、大流量、低噪声等优点，但是同时也存在在非设计点(尤其是大流量工作点)效率低下的缺点，在离心鼓风机的功耗增大时，即图四中，鼓风机工作点从a走向b时，由于涡轮在驱动气源条件不变的情况下，功率只保持不变，不能增大，因此涡轮所提供给共转子的鼓风机的功率有限制，鼓风机在出口压力下降、流量增大、功率增大的工况下，不能实现从a点到b点的转移，只能够转速降低，然后实现在低转速下的功率平衡，即从高转速n1降速到n2工作，通过恒功率比较，鼓风机最终工作点是n2转速下的e点。一般情况下，涡轮转速降低后，输出功率会有较小幅度的降低，因而鼓风机实际工作点会是较低功率的f点。

在这种条件下，鼓风机的输出功率就被涡轮限制了最大值。但是在f点，鼓风机功率虽然较低，但是其效率仍然较低，还有可挖掘空间，为了进一步降低系统能耗，可以将涡轮喷嘴(10)设计成可调节的，涡轮喷嘴(10)的通道面积根据系统对鼓风机的压力要求来进行实时调整，从而实现离心鼓风机的全流量高效工作，大幅降低psa/vpsa的系统能耗。

以上对本发明提供的一种应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种应用在PSA空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机，属于工业动力设备领域。它包括位于机座内的共同转子，所述共同转子包括离心鼓风机叶轮、涡轮叶轮，所述离心鼓风机叶轮与涡轮叶轮通过主轴连接。本技术方案采用涡轮驱动的方式，使得离心鼓风机能在PSA\VPSA系统中应用，不但降低了PSA\VPSA系统的能耗，也大大降低系统的噪声水平，同时拓展了系统的应用范围。

技术研发人员：李伟华;李传旭
受保护的技术使用者：重庆冲能动力机械有限公司
技术研发日：2018.09.11
技术公布日：2018.12.18