具有多重中间冷却的高压力比压缩机和相关方法与流程

本文中所公开的主题的实施例大体涉及具有多重中间冷却的高压力比压缩机和相关方法；更具体而言，涉及使用具有多重中间冷却的高压压缩机代替多个压缩机的涡轮压缩机/发电机列。

背景技术：

一种涡轮机械是离心压缩机。离心压缩机一般被设计在意图覆盖特定流动范围和用途的种类中。为了实现期望的压缩比，可以布置离心压缩机来接连地执行压缩。例如，如在图1中所例示的，在涡轮压缩机/发电机列100中典型地布置两个离心压缩机。此种涡轮压缩机/发电机列可以用于钢铁工业中的鼓风炉、天然气液化、气体回注和其他油和气体设施。

五个机器在涡轮压缩机/发电机列100中机械地联接：燃气涡轮110、发电机120、齿轮箱130、第一低压压缩机140，和第二压缩机150。该类型的布置有时称为“单轴”配置。

发电机120可具有每分钟3000转(rpm)的转速。齿轮箱130是例如将转速增大至~5000rpm并将该旋转传输至第一压缩机140和第二压缩机150的增速类型的齿轮。

第一低压压缩机140可以是双流类型，该双流类型经由两个输入在输入压力(例如，大约0.97bar)和输入温度(例如，大约41.5ºc)下接收气流，并在输出压力(例如，大约3.20bar)和输出温度(例如，大约187ºc)下输出气流。输出气体然后被冷却并输入至第二压缩机150。

第二压缩机150可以是两区段类型的压缩机，其在第一输入压力(例如，2.85bar)和第一输入温度(例如，大约40ºc)下接收第一输入气流，并在第一输出压力(例如，大约7.90bar)和第一输出温度(例如，大约160ºc)下输出第一输出流。该第一输出流然后被冷却并在第二输入压力(例如，7.50bar)和第二输入温度(例如，大约40ºc)下作为第二流输入至压缩机150。压缩机150然后在第二输出压力(例如，大约20.8bar)和第二输出温度(例如，大约166ºc)下输出第二输出流。

注意，第二输入压力稍低于第一输出压力，且第三输入压力稍低于第二输出压力。而且，气流可以是大约22-230000kg/h，但在冷却期间可发生大约10%的流量损失。

在常规涡轮压缩机/发电机列中，压缩机具有闭式且热嵌配合的叶轮，通过将压缩过程分成在两个不同压缩机内侧执行的子过程来实现所要求的压缩。由于两个不同的压缩机及其间的过渡的使用，故可靠性是次优的。另外，两个压缩机的成本及其运行成本(占地面积)导致寻求使用更有效、更便宜且可靠的装备用于压缩是有吸引力的。

因此，将期望提供避免前述的问题和缺点的具有多重中间冷却的高压压缩机和相关方法。

技术实现要素：

在涡轮压缩机/发电机列中代替两个压缩机使用具有两个水平的中间冷却的高压空气压缩机允许移除一个大壳体，从而导致尺寸、成本、整体可靠性和占地面积方面的好处。

根据一个示范实施例，在涡轮压缩机/发电机列中使用的具有多重中间冷却的高压力比压缩机包括具有多个室的壳体、贯穿到室内侧的一个或更多个轴、和分别在室内侧安装于一个或更多个轴上的叶轮。各个室具有气体入口和气体出口，以允许气流输入至相应的室中和从相应的室输出。气流在室中的各个中相继地被压缩，并且，当在多个室之间从一个室被转移至下一个室时，在压缩机外侧被冷却。

根据另一个实施例，涡轮压缩机/发电机列包括具有多重中间冷却的高压力比压缩机。压缩机具有带多个室的壳体、贯穿到室内侧的一个或更多个轴、和分别在室内侧安装于一个或更多个轴上的叶轮。各个室具有气体入口和气体出口，以允许气流输入至相应的室中和从相应的室输出。气流在室中的各个中相继地被压缩，并且，当在多个室之间从一个室被转移至下一个室时，在压缩机的外侧被冷却。

根据另一个示范实施例，改装常规涡轮压缩机/发电机列的方法包括(a)从该常规涡轮压缩机/发电机列移除至少两个压缩机和(b)添加具有多重中间冷却的单个高压力比压缩机。单个压缩机构造成实现与所移除的压缩机相同的压缩。

附图说明

合并于说明书中并构成说明书的一部分的附图例示了一个或更多个实施例，并且，与描述一起解释这些实施例。在附图中：

图1是常规涡轮压缩机/发电机列的示意图；

图2是根据示范实施例的涡轮压缩机/发电机列的示意图；

图3是根据另一个示范实施例的涡轮压缩机/发电机列的示意图；并且

图4是说明根据示范实施例的用于改装常规涡轮压缩机/发电机列的方法的流程图。

具体实施方式

示范实施例的以下描述参考附图。不同附图中的相同参考标号指示相同或相似的元件。以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，参考涡轮压缩机/发电机列的术语和结构讨论以下实施例。然而，接下来将讨论的实施例不限制于这些系统，而是可以应用于使用多个压缩机的其他系统。

贯穿说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”贯穿说明书在各种地方的出现不一定指相同实施例。而且，具体特征、结构或特性可以以任何适当的方式组合在一个或更多个实施例中。

在一些实施例中，多个叶轮安装于同一个壳体中，以实现能够执行常规涡轮压缩机/发电机列中的两个压缩机的职责的更有效、更便宜且可靠的压缩机。

在图2中例示根据示范实施例的涡轮压缩机/发电机列200的示意图。涡轮压缩机/发电机列200包括燃气涡轮210、发电机220、齿轮箱230和具有多重冷却的单个压缩机245。燃气涡轮210、发电机220和齿轮箱230可与常规涡轮压缩机/发电机列100中的燃气涡轮110、发电机120和齿轮箱130相似。

压缩机245是具有多重中间冷却的高压力比压缩机。(被压缩后从压缩机245输出的气流的)输出压力与(输入至压缩机245以用于被压缩的气流的)输入压力之比可能超过20。压缩机245的轴265和265'轴向地连接且可由多个轴承支撑。在图2中，在壳体245的朝向齿轮箱230的一侧处在轴265'上，第一轴承260位于压缩机245的壳体246的外侧。在壳体246的相对于第一轴承260所位于的一侧相反的一侧处在轴265上，第二轴承270也位于壳体246的外侧。

压缩机245具有三个室247、248和249，各室具有气体入口和气体出口，以允许气流进入和离开相应的室。气体可为空气。轴265和265'穿透各室。叶轮257、258和259分别在室247、248和249中安装于轴上。叶轮257和258是低压构件，并且可为开式叶轮类型。叶轮259是高压构件，并且，可以是闭式叶轮类型。低压构件257和258可轴向地堆叠，而高压构件259可以或是堆叠类型或是热嵌配合到轴265'上。轴265和265'和叶轮257、258和259轴向地连接，以构成压缩机245的转子。

气流在具有第一输入压力(例如，大约0.97bar)和第一输入温度(例如，大约41.5ºc)的情况下进入压缩机245的第一室247，并且，在具有高于第一输入压力的第一输出压力(例如，大约3.20bar)和高于第一输入温度的第一输出温度(例如，大约187ºc)的情况下输出。

输出气体然后被冷却(即，压缩机外侧的第一冷却)并在具有第二输入压力(例如，2.85bar)和第二输入温度(例如，大约40ºc)的情况下输入至压缩机245的第二室248中。在第二室248内侧，气体被压缩，以在具有高于第二输入压力的第二输出压力(例如，大约7.80bar)和高于第二输入温度的第二输出温度(例如，大约160ºc)的情况下输出。

气流然后再次被冷却(即，压缩机外侧的第二冷却)并在具有第三输入压力(例如，7.50bar)和第二输入温度(例如，大约40ºc)的情况下输入至压缩机245的第三室249中。在第三室249内侧，气体被压缩，以在具有高于第三输入压力的第三输出压力(例如，大约20.8bar)和高于第三输入温度的第三输出温度(例如，大约166ºc)的情况下输出。

在图3中例示根据另一个示范实施例的涡轮压缩机/发电机列300的示意图。涡轮压缩机/发电机列300包括燃气涡轮310、发电机320、齿轮箱330和具有多重冷却的单个压缩机345。燃气涡轮310、发电机320和齿轮箱330可与常规涡轮压缩机/发电机列100中的燃气涡轮110、发电机120和齿轮箱130相似。

与压缩机245相似，压缩机345是具有多重中间冷却的高压力比压缩机，压缩机345可以实现超过20的输出压力与输入压力之比。压缩机345具有三个室347、348和349，其中叶轮357、358和359安装于其中的轴365上。在室347、348和349内侧，以与关于压缩机245描述的方式相似的方式对气流进行压缩。

可由多个轴承支撑压缩机345的轴365。在压缩机345的壳体346的朝向齿轮箱330的一侧，第一轴承360位于压缩机345外侧。不同于压缩机245，第二轴承380在压缩机345的室347与室348之间位于压缩机345内侧。轴承的该布置允许轴365的比轴265、265'高的旋转，例如，直到7000rpm。

可以通过以具有多重中间冷却的单个高压力比压缩机代替两个压缩机来改装常规涡轮压缩机/发电机列。图4是例示根据示范实施例的用于改装常规涡轮压缩机/发电机列的方法400的流程图。方法400包括在s410处从常规涡轮压缩机/发电机列移除至少两个压缩机，和在s420处添加具有多重中间冷却的单个高压力比压缩机。单个压缩机构造成实现与所移除的压缩机相同的压缩。

单个压缩机可以具有多个室，在室内侧对气流进行压缩。例如，单个压缩机可具有三个室。经压缩的气流从室中的两个输出，以在被引导至下一个室中之前在压缩机外侧被冷却。

该方法还可包括添加至少两个轴承以支撑单个压缩机的轴。所添加的轴承之中的一个可以在单个压缩机的壳体的朝向涡轮压缩机/发电机列的齿轮箱的一侧处位于单个压缩机的壳体外侧。在一个实施例中，第二轴承也可在壳体的相对于第一轴承所位于的一侧相反的一侧处位于单个压缩机的壳体外侧。在另一个实施例中，第二轴承可以位于单个压缩机的壳体内侧。例如，第二轴承可以位于压缩机的室之间。

所公开的示范实施例提供包括具有多重冷却的单个高压压缩机的涡轮压缩机/发电机列和相关方法。应当理解，该描述不旨在限制本发明。相反，示范实施例旨在涵盖被包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的备选方案、变型和等同物。而且，在示范实施例的详细描述中，阐明许多具体细节，以便提供对要求权利的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员应理解，可在不具有此种具体细节的情况下实践各种实施例。

虽然在具体组合中的实施例中描述了本示范实施例的特征和元件，但各特征或元件可在没有实施例的其他特征和元件的情况下单独地使用，或与在本文中公开的其他特征和元件一起或不一起在各种组合中使用。

该书面描述使用所公开的主题的示例来允许任何本领域技术人员能够实践本主题，包括制作并使用任何装置或系统并执行任何合并的方法。本主题的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。此种其他示例旨在权利要求的范围内。