一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构及方法与流程

1.本发明涉及蒸气压缩机技术领域，特别是涉及一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构及方法。


背景技术：

2.压缩机是用来提高气体压力和输送气体的一种设备，正常运行时，压缩机压气叶轮高速旋转，叶片对气体进行做工，将气体的压力、速度及温度提升，气体然后通过扩压器蜗壳等扩压部件后，将部分动能转换成压力能，压缩机已逐渐在石油、化工、制药、污水处理等行业广泛应用。随着现代工业不断发展，很多场所要求压缩机提供的出口压力逐渐增大，单级压缩机已不能够满足当前的使用要求。多级压缩机在设计时需要考虑级间管道布置，布置如果不恰当，很容易使机组体积增大。
3.蒸汽压缩机属于压缩机一种，其介质为蒸汽。压缩机在对蒸汽做工后，其出口的蒸汽温度往往会超过该压力下对应的饱和温度，容易产生过热现象。过热蒸汽作为热交换介质，必须在冷凝释放蒸发焓之前必须先冷却到饱和温度，与饱和蒸汽的蒸发焓(汽化潜热)相比，过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量(显热)很小，热交换表面温度梯度较大，蒸汽过热时换热率较低。现在为解决蒸汽过热，一般会在压缩机出口进行喷水降温，使降温后的过热蒸汽尽量接近饱和温度，但如果喷水量不合理控制，会使压缩机叶轮造成水蚀及在管道内积水，容易损坏设备。
4.为了使压缩机出口压力提升，满足当前工况要求，结构紧凑，合理控制蒸汽温度，避免蒸汽过热导致压缩机系统效率低下，同时防止喷淋水过多造成压缩机叶轮水蚀及管道积水，本发明设计了一种两级蒸汽压缩机及温度控制方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构及方法，结构紧凑，能够合理控制蒸汽温度。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，包括高速轴，所述高速轴上同轴布置有第一级压缩机与第二级压缩机，所述第一级压缩机的进气端连接进口锥管，第一级压缩机的排气端与第二级压缩机的进气端之间连接有级间管道，第二级压缩机连接排气锥管，
8.所述级间管道的上安装有前温度传感器、第一压力传感器、第一喷水装置、后温度传感器，第一喷水装置用于对第一级压缩机的排气进行喷水降温，前温度传感器、第一压力传感器用于检测第一次喷水前第一级压缩机的排气温度、压力，后温度传感器用于检测第一次喷水后的排气温度，所述排气锥管上安装有第二喷水装置、第二温度传感器、第二压力传感器，第二喷水装置用于对第二级压缩机的排气进行喷水降温，第二温度传感器、第二压力传感器用于检测第二次喷水后第二级压缩机的排气温度、压力。
9.优选地，后温度传感器、第一喷水装置之间的距离为1m以上。
10.优选地，所述第一喷水装置、第二喷水装置由外接法兰、内接法兰、无缝钢管、喷嘴及钢管堵头焊接而成，外接法兰用于连接外部喷淋水管道，内接法兰与级间管道/排气锥管上的接口进行连接，喷嘴将喷淋水雾化后对蒸汽温度进行调节，喷嘴喷孔方向与蒸汽流动方向一致，喷淋水管道上安装有调节阀。
11.优选地，所述级间管道的进气端、排气端之间通过饶性接头进行连接。
12.优选地，所述压缩机进口锥管上安装有进气压力传感器、进气温度传感器，进气压力传感器、进气温度传感器用于检测压缩机进气蒸汽温度、压力。
13.一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构的使用方法，plc控制器通过安托尼公式计算当前压力下对应的蒸汽饱和温度t，并控制喷淋水调节阀开度使压缩机蒸汽温度接近饱和温度，从而提高系统效率。
14.优选地，在喷淋水调节阀开度调节完毕2分钟后，plc对蒸汽温度进行记录并实施判定；将蒸汽过热温度控制在3℃-8℃。
15.优选地，压缩机正常运行时，plc控制器记录当前压缩机出口蒸汽压力p及温度t0，并通过安托尼公式自动计算当前蒸汽压力p下对应的饱和蒸汽温度t；
16.工况一：如果当前温度t0＜t+3，plc控制控制喷淋水调节阀自动关小5％个开度，指令执行完毕后，等待2分钟，循环工况一，直至当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变；
17.工况二：如果当前温度t0≥t+8，plc控制控制喷淋水调节阀自动打开2％个开度，指令执行完毕后，等待2分钟，循环工况二，直至当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变；
18.工况三：如果当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变。
19.由于采用了上述技术方案，本发明使压缩机出口压力提升，满足当前工况要求，结构紧凑，合理控制蒸汽温度，避免蒸汽过热导致压缩机系统效率低下，同时防止喷淋水过多造成压缩机叶轮水蚀及管道积水。
附图说明
20.图1为本发明的两级压缩机内部结构图，其中第一级压缩机与第二级压缩机同轴布置在高速轴上，压气叶轮与高速轴通过端齿进行连接，靠叶轮拉杆及锁紧螺母固定。为保护高速轴，高速轴与气封配合段外圆热套有保护套。为保证密封可靠性，油封与气封采用梳齿+碳环密封结合方式。高速轴前后轴承均采用可倾瓦滑动轴承。
21.图2为本发明的两级压缩机整体布置图。接线盒20用于集中整个压缩机各种信号线及控制线，之后接入就地plc控制柜，对机组进行监测及控制。列管式油冷却器21将进入压缩机变速箱及电机的油冷却至指定温度；基座由电机底座23及润滑油站24分体焊接组成，润滑油站24为压缩机及变速箱提供润滑油，同时起支撑作用，为了提升基座刚度及减小整机设计尺寸，底座23用槽钢焊接而成，为电机提供支撑作用。压缩机进口锥管上安装有压力传感器36及温度传感器37，排气锥管上安装有第二喷水装置38，排气管道上安装有温度传感器及压力传感器(图中未画出)；第一级压缩机出口与第二级压缩机进口通过级间管道27进行连接，为了便于拆装，级间管道分为两部分并用饶性接头29进行连接，级间管道27上
安装有前温度传感器33、第一压力传感器32、第一喷水装置31及后温度传感器26。
22.图3为本发明的喷水装置(31及38)结构图。为降低加工及材料成本，喷水装置由外接法兰40、内接法兰41、无缝钢管42、喷嘴43及钢管堵头44焊接而成，外接法兰40用于外部喷淋水管道连接，内接法兰41与管道及锥管上接口进行连接，喷嘴43将喷淋水雾化后进入压缩机管道对蒸汽温度进行调节。在安装时，喷嘴喷孔方向必须与蒸汽流动方向一致，喷水装置管道上均安装有调节阀。
23.图4为本发明的压缩机温度自动控制逻辑图。
24.该控制主要利用安托尼(antoine)公式：lgp＝a-b/(t+c),公式中相关参数说明见表1。
25.表1
26.字母名称参数p物质蒸汽压plc当前记录数值t当前压力饱和温度计算值a常数a9.3876b常数b3826.36c常数c-45.47
27.plc控制器通过该公式自动计算当前压力下对应的蒸汽饱和温度t，并控制喷淋水调节阀开度使压缩机蒸汽温度接近饱和温度，从而提高系统效率；喷水后管道蒸汽温度变化至平稳有一定延迟，因此，在喷淋水调节阀开度调节完毕2分钟后，plc才会对蒸汽温度进行记录并实施判定。为了避免蒸汽有较大过热度，降低系统效率，同时防止喷淋水过多导致叶轮水蚀或管道积水，本逻辑控制方法将蒸汽控制在一个小过热温度范围，过热温度3℃—8℃，即使实际蒸汽温度t0控制在t+3≤t0≤t+8。
28.附图标记
29.附图中，第二级叶轮罩壳1，第二级叶轮锁紧螺母2，第二级叶轮拉杆3，第二级压气叶轮4，第二级压气机壳5，第二级扩压器及连接环6，第二级气封7，后油封8，后轴承9，高速轴10，前轴承11，前油封12，第一级气封13，第一级扩压器及连接环14，第一级压气叶轮15，第一级压气机壳16，第一级叶轮罩壳17，第一级叶轮锁紧螺母18，第一级叶轮拉杆19，接线盒中转箱20，油冷却器21，电机22，电机底座23，润滑油站24，联轴器保护罩25，级间后温度传感器26，级间管道27，第二级压缩机28，饶性接头29，增速箱30，第一喷水装置31，第一压力传感器32，前温度传感器33，第一级压缩机34，压缩机进口锥管35，压力传感器36，温度传感器37，第二喷水装置38，排气锥管39，外接法兰40，内接法兰41，无缝钢管42，喷嘴43，钢管堵头44。
具体实施方式
30.参见图1-图3，一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，包括高速轴10，所述高速轴10上同轴布置有第一级压缩机34与第二级压缩机28，所述第一级压缩机34的进气端连接进口锥管35，第一级压缩机34的排气端与第二级压缩机28的进气端之间连接有级间管道27，第二级压缩机28连接排气锥管39。
31.所述压缩机进口锥管35上安装有进气压力传感器36、进气温度传感器37，进气压
力传感器36、进气温度传感器37用于检测压缩机进气蒸汽温度、压力，避免进入压缩机的蒸汽参数(温度、压力)偏离设计值；所述级间管道27的进气端安装有前温度传感器33、第一压力传感器32、第一喷水装置31，前温度传感器33、第一压力传感器32用于检测第一级压缩机34喷水前的温度(前温度传感器33监测压缩机未喷水之前的温度，方便计算该出口蒸汽过热度，用于之后机组结构及气动优化参数进行参考，压力喷淋水前后蒸汽未进入压缩机进行压缩，经过喷水后温度只发生了变化，压力值喷水前后一致)，级间管道27在第一喷水装置31后安装有后温度传感器26，后温度传感器26用于检测第一级压缩机34喷水后的温度，所述排气锥管39上安装有第二喷水装置38、第二温度传感器(未示出)及第二压力传感器(未示出)，分别监测第二级喷水后蒸汽的温度及压力，并参与第二级喷水的控制。
32.后温度传感器26、第一喷水装置31之间的距离为1m以上。
33.所述第一喷水装置31、第二喷水装置38由外接法兰40、内接法兰41、无缝钢管42、喷嘴43及钢管堵头44焊接而成，外接法兰40用于连接外部喷淋水管道，内接法兰41与级间管道7/排气锥管39上的接口进行连接，喷嘴43将喷淋水雾化后对蒸汽温度进行调节，喷嘴喷孔方向与蒸汽流动方向一致，喷淋水管道上均安装有调节阀。
34.所述级间管道27的进气端、排气端之间通过饶性接头29进行连接。
35.参见图4，一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构的使用方法，plc控制器通过安托尼公式计算当前压力下对应的蒸汽饱和温度t，并控制喷淋水调节阀开度使压缩机蒸汽温度接近饱和温度，从而提高系统效率。在喷淋水调节阀开度调节完毕2分钟后，plc对蒸汽温度进行记录并实施判定；将蒸汽过热温度控制在3℃-8℃。
36.具体的：各压缩机正常运行时，
37.工况一：plc控制器记录当前压缩机(第一级压缩机34与第二级压缩机28)出口蒸汽压力p及温度t0，并通过(antoine)公式：lgp＝a-b/(t+c)自动计算当前蒸汽压力p下对应的饱和蒸汽温度t，如果当前温度t0＜t+3，plc控制控制喷淋水调节阀自动关小5％个开度，指令执行完毕后，等待2分钟，循环工况一，直至当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变。
38.工况二：plc控制器记录当前压缩机出口蒸汽压力p及温度t0，并通过(antoine)公式：lgp＝a-b/(t+c)自动计算当前蒸汽压力p下对应的饱和蒸汽温度t，如果当前温度t0≥t+8，plc控制控制喷淋水调节阀自动打开2％个开度，指令执行完毕后，等待2分钟，循环工况二，直至当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变。
39.工况三：plc控制器记录当前压缩机出口蒸汽压力p及温度t0，并通过(antoine)公式：lgp＝a-b/(t+c)自动计算当前蒸汽压力p下对应的饱和蒸汽温度t，当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变。
40.第一级及第二级出口喷水装置前调节阀开度均按照以上逻辑控制，plc控制器记录的压力p及温度t0为当前喷水之后对应的压力及温度。
41.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，包括高速轴，所述高速轴上同轴布置有第一级压缩机与第二级压缩机，所述第一级压缩机的进气端连接进口锥管，第一级压缩机的排气端与第二级压缩机的进气端之间连接有级间管道，第二级压缩机连接排气锥管，其特征在于：所述级间管道的上安装有前温度传感器、第一压力传感器、第一喷水装置、后温度传感器，第一喷水装置用于对第一级压缩机的排气进行喷水降温，前温度传感器、第一压力传感器用于检测第一次喷水前第一级压缩机的排气温度、压力，后温度传感器用于检测第一次喷水后的排气温度，所述排气锥管上安装有第二喷水装置、第二温度传感器、第二压力传感器，第二喷水装置用于对第二级压缩机的排气进行喷水降温，第二温度传感器、第二压力传感器用于检测第二次喷水后第二级压缩机的排气温度、压力。2.根据权利要求1所述的一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，其特征在于：后温度传感器、第一喷水装置之间的距离为1m以上。3.根据权利要求1所述的一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，其特征在于：所述第一喷水装置、第二喷水装置由外接法兰、内接法兰、无缝钢管、喷嘴及钢管堵头焊接而成，外接法兰用于连接外部喷淋水管道，内接法兰与级间管道/排气锥管上的接口进行连接，喷嘴将喷淋水雾化后对蒸汽温度进行调节，喷嘴喷孔方向与蒸汽流动方向一致，喷淋水管道上安装有调节阀。4.根据权利要求1所述的一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，其特征在于：所述级间管道的进气端、排气端之间通过饶性接头进行连接。5.根据权利要求1所述的一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构，其特征在于：所述压缩机进口锥管上安装有进气压力传感器、进气温度传感器，进气压力传感器、进气温度传感器用于检测压缩机进气蒸汽温度、压力。6.一种权利要求1所述的两级蒸汽压缩机的温度控制结构的使用方法，其特征在于：plc控制器通过安托尼公式计算当前压力下对应的蒸汽饱和温度t，并控制喷淋水调节阀开度使压缩机蒸汽温度接近饱和温度，从而提高系统效率。7.根据权利要求6所述的一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构的使用方法，其特征在于：在喷淋水调节阀开度调节完毕2分钟后，plc对蒸汽温度进行记录并实施判定；将蒸汽过热温度控制在3℃-8℃。8.根据权利要求7所述的一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构的使用方法，其特征在于：压缩机正常运行时，plc控制器记录当前压缩机出口蒸汽压力p及温度t0，并通过安托尼公式自动计算当前蒸汽压力p下对应的饱和蒸汽温度t；工况一：如果当前温度t0＜t+3，plc控制控制喷淋水调节阀自动关小5％个开度，指令执行完毕后，等待2分钟，循环工况一，直至当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变；工况二：如果当前温度t0≥t+8，plc控制控制喷淋水调节阀自动打开2％个开度，指令执行完毕后，等待2分钟，循环工况二，直至当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变；工况三：如果当前蒸汽温度t0满足条件t+3≤t0＜t+8，此时维持喷淋水调节阀不变。

技术总结
本发明公开了一种两级蒸汽压缩机的温度控制结构及方法，结构紧凑，能够合理控制蒸汽温度。PLC控制器通过安托尼公式计算当前压力下对应的蒸汽饱和温度T，并控制喷淋水调节阀开度使压缩机蒸汽温度接近饱和温度，从而提高系统效率。在喷淋水调节阀开度调节完毕2分钟后，PLC对蒸汽温度进行记录并实施判定；将蒸汽过热温度控制在3℃-8℃。8℃。8℃。


技术研发人员：邓德见 刁钟洋 向永 但光局 龚由春 曾勇 霍文浩 熊涛 张艳
受保护的技术使用者：重庆江增船舶重工有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/7/22