一种采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统与工作方法与流程

本发明专利设计涡旋压缩机散热技术、密封机械领域，特别涉及一种采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统与工作方法，属于制冷空调、散热冷却技术领域。

背景技术：

涡旋压缩机以其高效率、低能耗、小体积以及低噪音等多方面的优点已经被广泛的应用于动力、制冷与空调，以及新能源领域；压缩过程中，随着介质压力的增大，温度随之升高，但涡旋齿各部分压缩介质的温度增量不同。温差产生热变形及温差应力，涡旋盘的变形会导致泄漏和磨损，影响涡旋压缩机的性能。同时，温度的升高使气体的可压缩性降低，降低压缩机的机械效率。同时等温压缩过程是最节能的压缩过程，所以涡旋压缩机领域的研究人员总在寻找压缩过程中冷却被压缩气体的最有效方法。目前行业内使用的内部冷却方式主要是喷液，包括油、制冷剂、水等液体，对于空气压缩机，其主要的冷却方式以喷油为主。

对于某些特殊用途的空气压缩机，油是被禁止使用的，采用喷油实现接近等温压缩的方法无法实现。目前，无油润滑空气压缩机已被研发用于质子交换膜燃料电池系统。由于水本事是燃料电池的副产品，采用喷水方法解决燃料电池对空气洁净度和排气温度的要求将成为可能。但是主流的喷水涡旋压缩机喷水方式都是直接从进气口喷水，或者从动涡旋盘中心位置开喷水口喷水，但是上述两种技术存在不同的缺点；从进气口喷水，冷却水与被压缩气体一同被压缩，温度上升幅度大，到中心压缩腔时温度过高，无法在最需要降温冷却的区域有效冷却降温；从动涡旋盘中心位置开喷水口，由于喷水口靠近主轴，且动涡旋盘处于高速运动状态，难以保证动涡旋盘的强度，以及喷水管路的密封性。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统与工作方法，能够使冷却水直接进入各级压缩腔，实现冷却降温的高效性；静涡旋盘侧向开孔，确保涡旋盘的强度的同时也保证了喷水管路的密封性。

本发明通过下述技术方案获得的：一种采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统，包括压缩水蒸气排气口、气液分离器、水泵、进水口、换热器、水箱、电磁阀、喷水管路、静涡旋盘、涡旋压缩机、蒸汽入口；所述涡旋压缩机设有蒸汽入口、蒸汽出口和静涡旋盘；所述静涡旋盘与涡旋压缩机的腔体同轴设置，静涡旋盘上开设喷水口，喷水口外侧设有喷水管路，喷水管路上连接水泵和电磁阀，并另一端连接水箱；所述蒸汽出口通过排气管道连接气液分离器，气液分离器上连接有压缩水蒸气排气口，且气液分离器依次通过管路连接换热器以及水箱，换热器另一侧设有进水口，换热器与气液分离器相连的管路上安装水泵。

所述的静涡旋盘根据涡旋盘的尺寸均匀的沿其垂直相交的两个直径方向各开4个喷水口。

所述喷水管路按照径向由内向外分为内压缩腔喷水管路和外压缩腔喷水管路。

所述的喷水管路各设有一个主管和四个支管，其中主管上连接水泵和电磁阀，并一端与水箱连接，另一端通过四通管各连接一个横向支管，用三通管连接一个纵向支管，另有一个支管安装于主管的顶端；各支管分别与相应喷水口对应安装。

所述气液分离器还设有手动排气阀。

一种采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机的工作方法，包括下列步骤：冷却水从水箱经过水泵与水泵输送至涡旋压缩机静涡旋盘侧面的喷水管路中，从静涡旋盘的内外8个喷水口进入压缩腔，冷却水在压缩腔中与过热蒸汽一同被压缩升温汽化，由于冷却水汽化吸收大量热能，使得过热蒸汽温度降低，随后冷却水与过热蒸汽一起通过涡旋压缩机排气口被排出，冷却水与过热蒸汽经排气管道进入气液分离器，蒸汽从上方水蒸气压缩出口排出，高温水从气液分离器下部离开通过水泵输送进入换热器一侧，换热器另一侧为进水口，高温水与进水逆向换热，换热后，进水与高温冷却水均送入水箱。

与现有的喷水涡旋压缩机喷水方法相比，本发明具有以下优点：

一、喷水口开于各级压缩腔一侧，冷却水直接进入中心压缩腔，提升了冷却效率。

二、喷水口开于静涡旋盘一侧，静涡旋盘在压缩机工作状态时，不会发生转动，保证了喷水管路的密封性。

三、喷水管路上设置有电磁阀，能够精准的控制内外压缩腔的喷水量，保证压缩效率的同时，最大限度的对被压缩气体冷却降温。

附图说明

图1为本发明喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统与工作方法示意图。

图2为静涡旋盘横向开孔示意图。

图3为静涡旋盘纵向开孔示意图。

图4为内压缩腔喷水管路结构示意图。

附图中各部件标记如下：1.压缩水蒸气排气口，2.手动排气阀，3.气液分离器，4.水泵，5.进水口，6.换热器，7.水箱，8.水泵，9.水泵，10.电磁阀，11.电磁阀，12.外压缩腔喷水管路，13.内压缩腔喷水管路，14.静涡旋盘，15.涡旋压缩机，16.蒸汽入口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步阐述：

如图1所示，采用喷水润滑的涡旋水蒸气压缩机系统，由压缩水蒸气排气口1、手动排气阀2、气液分离器3、水泵4、8、9、进水口5、换热器6、水箱7、电磁阀10、11、外压缩腔喷水管路12、内压缩腔喷水管路13、静涡旋盘14、涡旋压缩机15、蒸汽入口16组成；所述静涡旋盘14与涡旋压缩机15的腔体同轴设置。如图2、3所示，根据涡旋盘14的尺寸均匀的沿其垂直相交的两个直径方向各开4个喷水口，在径向方向，位于内侧的喷水口对应涡旋压缩机15的内压缩腔，位于外侧的喷水口对应涡旋压缩机15的外压缩腔；喷水口外侧设有喷水管路，喷水管路对应喷水口设置，相应的分为内压缩腔喷水管路13和外压缩腔喷水管路14。

如图4所示，所述的内压缩腔喷水管路13设有一个主管13-1和四个支管13-2，其中主管13-1上连接水泵8和电磁阀11，并一端与水箱7连接，另一端通过四通管各连接一个横向支管13-2，用三通管连接一个纵向支管13-3，另有一个纵向支管13-3安装于主管13-1的顶端；各支管分别与相应喷水口对应安装。外压缩腔喷水管路12的结构同内压缩腔喷水管路13相同，其主管上连接水泵9和电磁阀10。

所述蒸汽出口通过排气管道连接气液分离器3，气液分离器3上连接有压缩水蒸气排气口1和手动排气阀2，且气液分离器3依次通过管路连接换热器6以及水箱7，换热器6另一侧设有进水口5，换热器6与气液分离器3相连的管路上安装水泵4。

使用时，冷却水从水箱7，经过水泵8和水泵9的输送分别进入内压缩腔喷水管路13和外压缩腔喷水管路12，喷水管路如图4所示，分别装有一个三通用于竖直方向两个喷水口输水，一个四通用于水平方向两个喷水口输水；然后冷却水通过图2、3所示的静涡旋盘开孔进入涡旋压缩机15；水蒸气通过进气口16进入涡旋压缩机15；冷却水与水蒸气同时经过涡旋压缩机15的压缩，变成高温水与高压蒸汽，通过涡旋压缩机15的排气口排入气液分离器3，通过气液分离器3的分离，高压水蒸气从上部压缩水蒸气排气口1离开，高温水从气液分离器3下部离开；高温水通过水泵4的输送进入换热器6与从进水口5进入的冷水在换热器6内逆向换热，换热后降温后的高温水与进水一同进入水箱，进行下一循环。

内压缩腔喷水管路13与外压缩腔喷水管路12由于所连接的喷水口处于同一级压缩腔，默认各压缩腔温度压力相同，保证各腔冷却效果一致，内外压缩腔喷水管路各装有电磁阀10和电磁阀11，保证喷水量的精确控制。