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一种连体式热机－热泵

阅读：1066发布：2020-07-17

IPRDB可以提供一种连体式热机－热泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且改进型连体热机-热泵为一种新型热泵，它将附图中左侧的轴流式蒸汽透平与两级串连的压缩装置(第一级为离心压缩，位于附图右侧，第二级为蒸汽喷射泵增压)有机地结合成一台机器，用蒸汽透平驱动离心压缩装置，用蒸汽透平的乏汽驱动蒸汽喷射装置，是自带驱动热机的热泵。改进型连体热机一热泵可用于低压蒸汽增压而进行能量升级，也可用来和现有的蒸发、浓缩和精馏装置以及海水淡化装置组成朗肯-朗肯热泵系统，达到大幅度节能目的。，下面是一种连体式热机－热泵专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种连体式热机-热泵，主要由一组壳体(4)(15)，以及通过轴承(2) 安装在壳体(4)(15)上的转子组件所构成；在壳体上形成有一高压蒸汽进口(7)，一低压蒸汽进口(19)，一蜗壳室(13)，一连通于所述蜗壳室的混合蒸汽出口；在转子与壳体(4)(15)之间设有动密封(3)；其特征在于：所说的转子组件分别由独立的轴流式蒸汽透平装置与离心压缩装置所构成；轴流式蒸汽透平装置主要包括主轴(1)，安装在主轴上的透平叶轮(5)，沿圆周方向均布、设置在透平叶轮外周上的透平动叶片(8)；离心压缩装置主要包括安装在主轴(1)上的离心压缩叶轮(16)，沿圆周方向均布设置在离心压缩叶轮上离心压缩动叶片(17)；在透平叶轮(5)与离心压缩叶轮(16)之间设置一隔板(14)，隔板(14)为一静止件，它与主轴(1)之间设有动密封装置，并通过固接在壳体(4)上的加强筋(9)来提高隔板的刚度；一个或一个以上的高压蒸汽喷管(6)设置在高压蒸汽进口(7)附近的壳体(4)上，其喷口轴向地对准透平叶轮上的动叶片(8)；均布地固定在所述壳体(4)右侧面上的乏气喷管(10)，它的右侧面与隔板(14) 固定在一起；固定在壳体(4)和(15)上的叶片扩压器(12)，该扩压器(12) 径向位于环型混合室(11)的外侧；所述的叶片扩压器(12)与离心压缩叶轮(16) 之间形成的环状空间为环形混合室(11)。

2、如权利要求1所述的一种连体式热机-热泵，其特征在于：离心压缩叶轮 (16)、离心压缩动叶片(17)、乏气喷管(10)、和隔板(14)四者的外缘直径均相等。

3、如权利要求1所述的一种连体式热机-热泵，其特征在于：固定在壳体 (4)上的乏汽喷管(10)为一组沿圆周均布的喷管，该组喷管和离心压缩叶轮 (16)在轴向相邻，乏汽喷管(10)的气流出口角和固定在离心压缩叶轮(16) 上的离心压缩动叶片(17)的气流出口角相等；乏汽喷管(10)的气流出口角和叶片扩压器(12)的气流入口角方向一致；乏汽喷管(10)的流道方向指向相对应的叶片扩压器(12)流道的中间。

4、如权利要求1所述的一种连体式热机-热泵，其特征在于：隔板(14) 与主轴(1)之间通过动密封装置密封，它和机架(4)、乏汽喷管(10)、透平叶轮(5)及透平动叶片(8)等一起形成一压力较高的封闭空间。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种热泵，特别涉及一种集驱动热机和离心增压功能于一体的连体式热机-热泵。

背景技术

中国专利申请(公开号：CN1349039A)公开了一种“连体式热机-热泵”，该发明申请首次将离心透平式热机与离心式压缩机有机地组合成一台机器。但是该发明在实施过程中暴露了如下缺点：

(1)转子结构复杂，制造困难，动平衡要求高。

(2)高压蒸汽喷管数量多，结构亦相当复杂(为了尽量保持转子的均匀受力，沿壳体的环向均布设置了十多个喷管)，故制造成本高，同时喷管所能占用的空间相当狭小，绝热层的布置十分困难。

由中国专利申请(CN1349039A)所说的“连体式热机-热泵”在结构设计上存在的缺点，不仅带来了实施上的困难，而且影响功能的发挥，为此有关产业部门希望发明人予以进一步改进，以推动“连体式热机-热泵”的发展和相关工业的技术进步，满足化工蒸发、浓缩和精馏工程方面大幅节能的要求。

发明内容

本发明的目的为克服现有技术的上述缺陷，设计了一种改进的连体式热机- 热泵，它不仅具有结构简单、设计合理、制造成本低、适应能力强的优点，而且节能效果更好，有利于“连体式热机-热泵”的发展和推广，可满足有关工业部门大幅节能的要求。

本发明的构思是这样的：

首先将中国专利申请(CN1349039A)所公开的转子构件予以改进，以克服转子存在的缺陷，即将转子的透平部分独立成一构件，转子的离心压缩部分独立成另一构件，中间设置一隔板，将上述两构件分开以减少干扰，这样不仅可满足结构简单、制造方便的要求，同时具有受力状况简单、安全度高的优点。

其次大幅度减少高压蒸汽喷管的数量，仅设置一个或一个以上的喷管(且以一个为宜)，而且将位置移到比较宽阔的地方，这样便于设置绝热层。

第三，在壳体内沿周向均布、设置乏汽喷管，充分利用乏汽的喷射功能来提高热泵的引射能力，使改进的连体式热机-热泵效率提高。

本发明亦是这样实现的：

首先按照上述构思，将中国专利申请(CN1349039A)所公开的结构复杂的转子予以改进，分别设计成轴流式透平叶轮与离心式压缩机叶轮，两者之间再设置一隔板(有关隔板的功用将另行叙述)，这样设计的改进具有如下技术效果：透平叶轮结构简单，设计方法和制造技术成熟，由于隔板的设置使高压蒸汽推动叶轮旋转后的乏汽不会冲撞离心压缩叶轮。

其次，将高压蒸汽喷管设置在靠近高压蒸汽进口附近的壳体内，喷管数量为一个或一个以上，但以一个为宜，这样使喷管外绝热层的配置非常简便。

第三，隔板的设置有两个功用：

(1)阻挡乏汽冲撞离心压缩叶轮，保证离心压缩叶轮稳定运转；

(2)隔板的左边外缘斜面密封压紧在乏汽喷管上，并引导增压后的乏汽只能经乏汽喷管喷出，充分发挥乏汽的功效。

第四，设置了乏汽喷管，其数量视装置的大小而变化，它均布地固接在壳体的内侧圆周上，另一侧与隔板密封压紧，并引导乏汽只能由此喷管喷出。

乏汽喷管的功用有两个：

(1)在于充分利用乏汽的热能，通过喷管射流功能提高“热泵”对低压蒸汽的引射能力；

(2)使乏汽喷出的方向与来自离心压缩叶片的汽流出口方向一致，降低两者在环形混合室中混合时的能量损失。

总之，通过以上改进，使“热机-热泵”的结构更简单可靠、设计更合理、技术更完善，从而使连体热机-热泵的优势和功能得到充分的发挥，以加速它的工业化的应用。

附图说明

下面将结合附图(亦是本发明较佳的实施例)进一步阐明本发明的内容。

图1为改进型连体热机-热泵的工艺示意图；

图2为改进型连体热机-热泵的结构简图；

图3为改进型连体热机-热泵透平部分的剖视示意图；

图4为改进型连体热机-热泵离心压缩部分的剖视示意图；

图5为改进型连体热机-热泵用于多效蒸发工程时的工艺流程示意图。

其中：

A——轴流式蒸汽透平装置(简称透平装置)简示图；

B——离心压缩装置简示图；

C——蒸汽喷射混合增压装置简示图；

1——主轴[它通过轴承(2)定位在壳体(4)、(15)内]；

2——轴承；

3——动密封；

4——壳体(左边部分机壳)；

5——透平叶轮，它定位固接在主轴(1)上，位于壳体(4)的内腔中；

6——高压蒸汽喷管[它设置在高压蒸汽进口(7)附近，并固接在壳体(4) 的内壁上，其喷口轴向地对准透平叶轮(5)上的动叶片(8)]；

7——高压蒸汽进口；

8——透平动叶片，它均布地固接在透平叶轮(5)的外圆周上；

9——加强筋，它固接在壳体(4)上，以强化隔板(14)的刚度；

10——乏汽喷管，它沿圆周均布地固接在壳体(4)右侧面上，它的右侧与隔板(14)固连在一起；

11——环形混合室(或称环状混合室)；

12——叶片扩压器，它的内空尺寸与环形混合室的外空尺寸相等；

13——蜗壳室(简称蜗壳)；

14——隔板，借助它将透平叶轮(5)与离心压缩叶轮(16)分隔开来，阻止乏汽冲击离心压缩叶轮(16)，隔板系一静止构件，它通过动密封安装在主轴(1)上，隔板与壳体(4)之间形成的环形空间为乏汽增压区，其结构使乏汽导向乏汽喷管；

15——壳体(指右边部分机壳)；

16——离心压缩叶轮，它定位固接在主轴(1)上，位于壳体(15)的内腔中；

17——离心压缩动叶片，它均布地固接在离心压缩叶轮(16)上；

18——导风轮，它位于离心压缩叶轮(16)右侧，固接在主轴(1)上，使低压蒸汽经过导风轮均匀地进入离心压缩叶轮中；

19——低压蒸汽进口(或称废蒸汽进口)，它位于壳体(15)上；

20——改进型连体热机-热泵；

21——多效蒸发装置。

如图1所示，从原理上讲，改进型连体热机-热泵主要包括三个部分，即轴流式蒸汽透平装置A，离心压缩装置B，蒸汽喷射混合增压装置C。

如图2-4所示，轴流式蒸汽透平装置(简称透平装置)A位于隔板14的左侧，设置在壳体4内，主要具有高压蒸汽进口7、高压蒸汽喷管6、透平叶轮5、透平动叶片8。离心压缩装置B位于隔板14的右侧，设置在壳体15内，主要具有低压蒸汽进口19、导风轮18、离心压缩叶轮16以及离心压缩叶片17。透平装置A和离心压缩装置B的转动件共轴，透平装置A驱动离心装置B工作。隔板 14(为一静件)，它通过动密封安装在主轴1上，并通过加强筋9强化支撑在壳体4内，其外缘左侧面与乏汽喷管10固连在一起，其外缘右侧面与离心压缩叶轮16轴向相邻，两者之间有一定的间隙，以保证离心压缩叶轮16旋转时不会与隔板14发生干涉。隔板14、乏气喷管10、离心压缩叶轮16和离心压缩动叶片 17等四者的外缘直径均相等。借助隔板14将透平叶轮5和离心压缩叶轮16分隔开来(分别成为一独立的部件)，一则可防止乏汽直接冲击离心压缩叶轮16(影响离心压缩叶轮稳定运行)，再则使乏汽在隔板与壳体形成的环形空间内减速增压，并导向乏汽喷管10，迫使乏汽只能从乏汽喷管中喷出。蒸汽喷射混合增压装置C主要由乏汽喷管10、环形混合室11、叶片扩压器12和蜗壳室13等组成。固定在机架4上的乏汽喷管10为一组沿圆周均布的径向喷管，该组喷管和离心压缩叶轮16在轴向相邻，两者气流出口角一致。乏汽喷管10的数量和叶片扩压器12的流道数相等，喷管的流道方向都指向相对应的叶片扩压器12流道的中间，乏汽喷管10的气流出口角和叶片扩压器12的气流入口角方向一致。该蒸汽喷射混合增压装置C，由于两股气流混合时流动方向相同，因此混合时能量损失小。

从结构上看，改进型连体热机-热泵主要有壳体4(左侧机壳)、15(右侧机壳)和通过轴承安装在壳体内的转子组成。壳体4、15和转子之间用动密封装置 3密封。在壳体4上设置有高压蒸汽进口7、高压蒸汽喷管6(一般为拉伐尔型喷管)；在壳体15上设置有低压蒸汽进口19；此外壳体上还设有混合蒸汽出口 (未图示)。转子主要包括透平叶轮5、透平动叶片8、离心压缩机轮16、离心压缩动叶片17、主轴1和导风轮18。透平叶轮5与离心压缩叶轮16之间设置一静止的隔板14，隔板14通过动密封装置安装在主轴1上，并通过固接在壳体4 上的加强筋9予以加强。隔板14的径向外侧为一环形混合区11，环形混合区外侧是叶片扩压器12，进而是蜗壳室13。混合蒸汽出口连通于蜗壳上(未图示)。

下面结合应用实例进一步阐明本发明的内容：

图5为改进型连体热机-热泵用于多效蒸发装置时(为本发明的一个具体应用实例)的工作流程示意图。

改进型连体热机-热泵的工作过程如下：

压力较高(例如3.5MPa)的外源蒸汽进入高压蒸汽进口7，从高压蒸汽喷管 6喷出，推动透平动叶片8工作，驱动透平叶轮5高速旋转。其气流仍具有较高的速度，通过壳体4，透平叶轮5和隔板14形成的空间(即乏气通道)减速增压，由隔板14引导至乏气喷管10，经由乏气喷管10高速(500-1000m/s)喷进环状混合室(11)。在离心压缩部分，透平叶轮旋转驱动同轴的离心压缩叶轮16旋转，使离心压缩动叶片17工作，经导风轮18(其作用是降低进口气体的压力损失) 由低压蒸汽进口19吸进由蒸发设备末效产生的低压蒸汽，经离心压缩动叶片17 对其加速增压后以一定的流速(100m/s左右)也进入环状混合室(11)。来自乏气喷管10的高速气流和来自离心压缩动叶片17的流速相对较低的汽流，流动方向一致、压力相等但流速不同，两者在环形混合区11中混合，混合过程中高速汽流将一部分动能传递给流速相对较低的汽流，并达到速度一致，然后一起进入叶片扩压器12，混合蒸汽在此减速增压后，再进入蜗壳室中进一步减速增压，然后作为蒸发设备第一效的加热蒸汽导入第一效的加热夹套。通过这样的改进能使某些蒸发设备的能耗降低40--60％。

改进型连体热机-热泵不仅可用于低压蒸汽增压而进行能量升级，也可用来和现有的蒸发浓缩或精馏装置以及海水淡化装置组成朗肯-朗肯热泵系统，达到大幅度节能的目的。

标题	发布/更新时间	阅读量
热机-专利编号CN102032004B	2020-05-11	1023
热机-专利编号CN100487235C	2020-05-11	584
热机-专利编号CN1075776A	2020-05-11	971
热机-专利编号CN102449293A	2020-05-11	392
热机-专利编号CN102032004A	2020-05-12	82
热机-专利编号CN1434898A	2020-05-12	245
热机-专利编号CN101044311A	2020-05-12	197
多级热机-专利编号CN106662370A	2020-05-13	759
热机-专利编号CN104131850B	2020-05-13	1031
热机-专利编号CN104131850A	2020-05-13	919

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