一种置于绝热环境的低温无油离心压缩机的制作方法

本发明涉及低温领域用离心压缩机，特别设计一种置于绝热环境的低温无油离心压缩机。

背景技术：

1、离心压缩机在氦气、空气、氮气、氖气、氢气等气体液化领域发挥着至关重要的作用，气体液化过程通常涉及将气体冷却至非常低的温度，以使其从气态转化为液态。在气体液化过程中，离心压缩机通过将工作气体压缩至高压，为制冷循环提供必要的压力和能量，高压气体在膨胀过程中会释放热量，从而实现降温。离心压缩机具有较高的能效比，能够提供较大的流量和较高的压力，有助于降低工作气体液化过程中的能源消耗，提高整体能效，适应大规模生产需求。

2、常规压缩机需要将气体升温至常温后再压缩，压缩后的气体经除油过滤后再进行降温膨胀，系统需要设置空温器，回热器等装置，导致系统成本和占地面积大大增加，同时，在先升温后降温的过程，极造成了较大的能量损耗。

3、同时常规压缩机由于采用的油轴承支承，使其无法在较低环境温度下工作，在常温环境下工作时，压缩机功耗较高。由于压缩机的压缩功与其工质的进口温度具有非常密切的关系，因此降低压缩机功耗的一个有效方法就是降低压缩机的进口温度。当离心压缩机在极低温环境下运行，离心压缩机进口温度极低，要求离心压缩机必须减少与外界的热交换，同时要求压缩机的电机可以正常运行，因此对压缩机的结构、转子支承方式都提出了较高的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术难题，本发明提出了一种置于绝热环境的低温无油离心压缩机，该离心压缩机可在-268℃进口温度时运行，由于绝热冷箱以及冷箱内设置的多个腔室的存在，大大减少了压缩机漏冷，同时多种不同结构形式的压缩机，满足工业生产的不同使用需求。

2、为实现上述目的，本发明提提供一种置于绝热环境的低温无油离心压缩机，包括：

3、离心压缩机组置于绝热冷箱中，可在-268℃~-20℃进口温度范围内运行；

4、绝热冷箱内部设置有多个腔室；

5、离心压缩机包括电机、叶轮、蜗壳、气浮轴承；

6、采用两侧结构相同的离心压缩机时，离心压缩机两端采用相同的叶轮，电机转子结构相同，呈对称分布，无需考虑轴向力，此时压缩机可不单设止推盘，结构更加简化，此时止推面为转子主轴上垂直于主轴的垂直面或与转子主轴成一定夹角的斜面，当采用斜面作为止推面时，可以在不增大转子主轴外径的前提下增大止推面面积，转子运行更加稳定；

7、离心压缩机电机在低温工况下运行时无需考虑电机冷却，电机包括电机定子、转子和端盖，电机外壳上设有进气口和出气口，电机转子采用气浮轴承支承；

8、离心压缩机两端叶轮与中间电机位于绝热冷箱中的不同腔室；

9、离心压缩机蜗壳分为一级蜗壳和二级蜗壳，二级蜗壳处另设有气路，该气路与离心压缩机电机内部连通，构成电机保温回路，保温回路上设有温度传感器，可对电机温度进行判断，通过电动开度调节阀控制气路方向以及气量大小。

10、离心压缩机采用气体轴承支承，采用工质自润滑，气体轴承分为径向轴承和止推轴承，轴承型式可为全动压型、动静压组合型或全静压型；

11、进一步的，所述低温离心压缩机可在-268℃进口温度下运行，压缩机功耗大大降低，工作气体可为氦气、空气、氮气、氖气或氢气。

12、进一步的，由于压缩机多变压缩功与进气温度成正比，表达式如下，

13、

14、其中，w为多表压缩功，m为多变指数，r为常数，为进气温度，p2/p1为压缩机压比；当离心压缩机在极低进口温度下运行时，部分冷量需要去维持低温环境，当压缩比不变的情况下，当压缩机的进口温度为-200℃时，压缩机的压缩功约为20℃进气温度的25%，大大减少了压缩机功耗，节约系统能量。

15、进一步的，所述离心压缩机两侧采用相同结构时，此时压缩机可以仅由径向轴承支承或径向轴承加止推轴承支承，当设立止推轴承时，止推轴承与止推面平行。

16、进一步的，所述位于绝热冷箱不同腔室的两端叶轮和中间电机，叶轮和电机可以处于相同真空度环境，或处于不同真空度的环境，或处于被绝热材料或者珠光砂包裹环境。

17、进一步的，所述低温离心压缩机低温运行时无需考虑电机冷却，通过保温回路上设置的温度传感器对电机温度进行监测，当电机温度较低时，通过电动开度调节阀，使用二级蜗壳出口的较高温度气体对一、二级压缩机电机进行加热，保证电机正常运行。若二级蜗壳出口气体无法完全满足电机保温功能，可通过另设的储气罐对电机外壳进行辅助保温工作，确保电机的正常工作。

18、进一步的，所述离心压缩机组可为1-12级，各级压缩机之间可进一步设置级间冷却。

19、进一步的，所述离心压缩机组可采用1-8台两侧结构相同的离心压缩机并联连接或1-8台多级离心压缩机串联连接。

20、进一步的，所述气体轴承分为径向轴承和止推轴承，径向轴承可采用动压型或静压型，止推轴承也可采用动压型或静压型。

21、进一步的，所述连接管具有伸缩性，避免热胀冷缩产生应力的影响。

22、进一步的，所述电机端部设有隔热板，隔热板材料为聚四氟乙烯或环氧树脂，压缩机接线端从电机定子处引出，经过压缩机外壳和电机所处绝热腔室，引出绝热冷箱。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的优点和技术效果：

24、将低温离心压缩机置于绝热冷箱中，同时将两端叶轮和电机置于绝热冷箱中的不同腔室内，可减少离心压缩机功耗以及在低温工况下运行时的漏冷。当采用两端结构相同的离心压缩机结构，可消除轴向力的影响；当采用单台两级离心压缩机时，系统结构更加紧凑；当采用多台两级压缩机串联结构时，可获得更高的压缩比。通过绝热冷箱及保温回路的设置，可实现电机温度的监测以及保温回路的气量调节，实现低温工况运行的电机保温功能，保证电机的正常运行。通过绝热冷箱内部不同腔室的设置，可以具有多种不同绝热方式，并且可以避免大容积的真空抽取，减少能耗。通过机械泵加分子泵的组合真空泵结构，可获得较高的真空度，进一步减少漏冷。通过采用气浮轴承支承，实现整个系统的纯无油运行，减少摩擦损失、提高使用寿命。

技术特征：

1.本发明公开了一种置于绝热环境的低温无油离心压缩机，包括绝热冷箱、离心压缩机组、连接管道、真空泵，其特征在于：

2.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述低温离心压缩机可在-268℃进口温度下运行，压缩机功耗大大降低，工作气体可为氦气、空气、氮气、氖气或氢气。

3.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机两侧采用相同结构时，此时压缩机可以仅由径向轴承支承或径向轴承加止推轴承支承，当设立止推轴承时，止推轴承与止推面平行。

4.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述位于绝热冷箱不同腔室的两端叶轮和中间电机，叶轮和电机可以处于相同真空度环境，或处于不同真空度的环境，或处于被绝热材料或者珠光砂包裹环境。

5.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述低温离心压缩机低温运行时无需考虑电机冷却，通过保温回路上设置的温度传感器对电机温度进行监测，当电机温度较低时，通过电动开度调节阀，使用二级蜗壳出口的较高温度气体对一、二级压缩机电机进行加热，保证电机正常运行，若二级蜗壳出口气体无法完全满足电机保温功能，可通过另设的储气罐对电机外壳进行辅助保温工作，确保电机的正常工作。

6.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机组可为1-12级，各级压缩机之间可进一步设置级间冷却。

7.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述离心压缩机组可采用1-8台两侧结构相同的离心压缩机并联连接或1-8台多级离心压缩机串联连接。

8.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述气体轴承分为径向轴承和止推轴承，径向轴承可采用动压型或静压型，止推轴承也可采用动压型或静压型。

9.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述连接管具有伸缩性，避免热胀冷缩产生应力的影响。

10.如权利要求1所述的置于绝热环境的低温无油离心压缩机，其特征在于，所述电机端部设有隔热板，隔热板材料为聚四氟乙烯或环氧树脂，压缩机接线端从电机定子处引出，经过压缩机外壳和电机所处绝热腔室，引出绝热冷箱。

技术总结本发明公开了一种置于绝热环境的低温无油离心压缩机，包括绝热冷箱、离心压缩机组、连接管道、真空泵。所述离心压缩机置于绝热冷箱中，包括电机、叶轮、蜗壳、轴承；所述离心压缩机两端叶轮和电机置于绝热冷箱的不同腔室内；所述离心压缩机可采用两端相同的转子结构；所述电机无需冷却；所述离心压缩机设有电机保温回路；所述轴承采用气体轴承或气磁混合型轴承，气体轴承型式为全动压、动静压或全静压。置于绝热环境的低温无油离心压缩机可大大减少压缩机功耗和漏冷损失；两侧结构相同的压缩机，无需考虑轴向力；通过设置不同绝热腔室和保温回路等措施，压缩机可在‑268~‑20℃进口温度下运行；低温离心压缩机纯无油运行，系统体积和重量大大减少。技术研发人员：杨山举,郝杰,刘昌海,陈兴亚,李归亚受保护的技术使用者：启承悬浮科技（西安）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15