离心增压抽气系统.pdf



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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310676257.8(22)申请日 2023.06.08(71)申请人 常州环能涡轮动力股份有限公司地址 213000 江苏省常州市新北区勤奋路80号(72)发明人 徐韬张昊唐正唐云冰章景初(74)专利代理机构 常州哲专知识产权代理事务所(普通合伙)32447专利代理师 钱锁方(51)Int.Cl.F04D 17/12(2006.01)F04D 29/58(2006.01)F04D 25/06(2006.01)F04D 29/66(2006.01)(54)发明名称离心增压抽气系统(57)摘。
2、要本发明公开了一种离心增压抽气系统,包括:气道内无油水且将输出端的压力提升至第一总压力的第一离心抽气增压单元,第一离心抽气增压单元用于与光学设备排气端配合;将第一离心抽气增压单元输出的增压尾气冷却到第一温度的第二级中冷器,第二级中冷器与第一离心抽气增压单元配合;气道内无油水且将输出端的压力提升至第二总压力的第二离心抽气增压单元,第二离心抽气增压单元的输入端与第二级中冷器的输出端配合;第一冷却介质循环供给单元,第一冷却介质循环供给单元分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器连接。可以避免在抽气过程中腐蚀抽气设备。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 116608140 。
3、A2023.08.18CN 116608140 A1.离心增压抽气系统,其特征在于,包括:气道内无油水且将输出端的压力提升至第一总压力的第一离心抽气增压单元,第一离心抽气增压单元用于与光学设备排气端配合;将第一离心抽气增压单元输出的增压尾气冷却到第一温度的第二级中冷器(5),第二级中冷器(5)与第一离心抽气增压单元配合;气道内无油水且将输出端的压力提升至第二总压力的第二离心抽气增压单元,第二离心抽气增压单元的输入端与第二级中冷器(5)的输出端配合;第一冷却介质循环供给单元,第一冷却介质循环供给单元分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器(5)连接。2.根据权利要求1所述的。
4、离心增压抽气系统,其特征在于,第一离心抽气增压单元包括:用于与光学设备排气端配合的第一离心压气机(1);将第一离心压气机(1)输出的增压尾气冷却到第一温度的第一级中冷器(2),第一级中冷器(2)的输入端与第一离心压气机(1)的输出端配合;第二离心压气机(3),第二离心压气机(3)的输入端与第一级中冷器(2)输出端配合;第一高速气浮电机(4),第一高速气浮电机(4)分别与第一离心压气机(1)和第二离心压气机(3)连接,第一高速气浮电机(4)同轴驱动第一离心压气机(1)和第二离心压气机(3)。3.根据权利要求1所述的离心增压抽气系统,其特征在于,第二离心抽气增压单元包括:用于与第二级中冷器(5)的。
5、输出端配合的第三离心压气机(6);将第三离心压气机(6)输出的增压尾气冷却到第一温度的第三级中冷器(7),第三级中冷器(7)的输入端与第三离心压气机(6)的输出端配合;第四离心压气机(8),第四离心压气机(8)的输入端与第三级中冷器(7)输出端配合;第二高速气浮电机(9),第二高速气浮电机(9)分别与第三离心压气机(6)和第四离心压气机(8)连接,第二高速气浮电机(9)同轴驱动第三离心压气机(6)和第四离心压气机(8)。4.根据权利要求1所述的离心增压抽气系统,其特征在于,第一冷却介质循环供给单元包括主水箱(10)、主水泵(11),主水泵(11)与主水箱(10)连接,主水泵(11)分别与第一离。
6、心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器(5)的冷却输入端连接,第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器(5)的冷却输出端分别与主水箱(10)连接。5.根据权利要求4所述的离心增压抽气系统,其特征在于,第一冷却介质循环供给单元还包括用于对主水箱(10)进行散热的第一冷却风扇(12),第一冷却风扇(12)与主水箱(10)固定。6.根据权利要求1至5任意一项所述的离心增压抽气系统,其特征在于,还包括第二冷却介质循环供给单元,第二冷却介质循环供给单元分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元连接。7.根据权利要求6所述的离心增压抽气系统,其特征在于,第一冷却介质循环供。
7、给单元权利要求书1/2 页2CN 116608140 A2包括副水箱(13)、副水泵(14),副水箱(13)与副水泵(14)连接,副水泵(14)分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元的冷却输入端连接,第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元的冷却输出端分别与副水箱(13)连接。8.根据权利要求7所述的离心增压抽气系统,其特征在于,第二冷却介质循环供给单元还包括用于对副水箱(13)进行散热的第二冷却风扇(15),第二冷却风扇(15)与副水箱(13)固定。权利要求书2/2 页3CN 116608140 A3离心增压抽气系统技术领域0001本发明涉及光学设备尾气抽气技术领域,具体涉及一种。
8、离心增压抽气系统。背景技术0002排气系统是光学设备尾气处理、汽轮机机组、高空模拟试车台、航天器光学载荷定标设备等的重要组成部分。0003光学设备(例如激光设备)工作时会产生尾气,受光学设备自身结构影响,在光学设备内会形成负压,导致尾气处于低压状态,这种低压尾气在排出时较为困难而无法直接排出。因此,目前采用射气抽气或射水抽气系统对光学设备的尾气进行抽气排放,然而,射气抽气或射水抽气系统均存在效率低、噪声大、设备流道有水、油或水油混合物残留等因素或缺点,在抽气排气时不但对工作环境造成影响,而且光学设备对可凝污染物比较敏感,尾气容易与油水反应形成有腐蚀性的物质,对射气抽气或射水抽气系统产生危害。0。
9、004另外,对于车载光学设备而言,其要求排气系统具有设备流道内无油无水、体积小、噪音低、运行稳定。目前有采用罗茨抽气系统对车载光学设备的尾气进行抽气,罗茨抽气系统中的罗茨风机靠两个叶片的挤压将气体挤至出气口,虽然罗茨抽气系统相对于射气抽气或射水抽气系统在抽气时相对要容易,但是,由于罗茨抽气系统的气体流道内也存在油和水,因此,同样无法避免车载光学设备尾气与油水反应形成腐蚀性物质的缺陷,并且,罗茨抽气系统工作时还同样具有噪音高的缺陷。发明内容0005本发明提供一种可以避免在抽气过程中腐蚀抽气设备的离心增压抽气系统。0006解决上述技术问题的技术方案如下:0007离心增压抽气系统,包括:0008气道。
10、内无油水且将输出端的压力提升至第一总压力的第一离心抽气增压单元,第一离心抽气增压单元用于与光学设备排气端配合;0009将第一离心抽气增压单元输出的增压尾气冷却到第一温度的第二级中冷器,第二级中冷器与第一离心抽气增压单元配合;0010气道内无油水且将输出端的压力提升至第二总压力的第二离心抽气增压单元,第二离心抽气增压单元的输入端与第二级中冷器的输出端配合;0011第一冷却介质循环供给单元,第一冷却介质循环供给单元分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器连接。0012本发明采用两台空气轴承高速电机分别驱动两级离心叶轮实现高出气压力,实现增压抽气,由于第一离心抽气增压单元和第一。
11、离心抽气增压单元的无油无水,在抽气过程中,避免了尾气与油水反应产生的腐蚀性物质,因此,对抽气设备的安全性提供了保障。另加三级中冷器过程冷却,实现三级进风口温度恒定。本发明可用于激光设备尾气排放系统、高空模拟试车台抽气系统、余热发电汽轮机真空抽气系统、航天器光学载荷定标设备的真说明书1/6 页4CN 116608140 A4空抽气。本发明具有如下技术效果:0013本发明采用多级高速离心增压技术,通过多级增压实现将低压尾气顺利排出,同时由于最终输出的压缩尾气总压比较高,压缩尾气的气温度高,通过增加中冷器对各级压缩尾气进行降温,实现第一离心抽气增压单元和第二离心抽气增压单元的输入端温度恒定。本发明将。
12、工作压比控制在允许范围内,具有系统不受环境温度和湿度影响运行稳定、噪音小、系统工艺安全可靠、维护工作量少的优点。附图说明0014图1为离心增压抽气系统的示意图。0015图2为第一离心抽气增压单元的一部分的结构图。0016图3为第二离心抽气增压单元的一部分的结构图。0017附图中的标记:0018第一离心压气机1,第一级中冷器2,第二离心压气机3,第一高速气浮电机4,第二级中冷器5,第三离心压气机6,第三级中冷器7,第四离心压气机8,第二高速气浮电机9,主水箱10、主水泵11,第一冷却风扇12,副水箱13,副水泵14,第二冷却风扇15。具体实施方式0019如图1至图3所示,本发明的离心增压抽气系统。
13、,包括第一离心抽气增压单元、第二级中冷器5、第二离心抽气增压单元、第一冷却介质循环供给单元,下面对每部分以及各部分之间的关系进行详细说明:0020第一离心抽气增压单元用于与光学设备排气端配合,例如,第一离心抽气增压单元通过硅胶管与光学设备排气端连接,第一离心抽气增压单元的气道内无油水,第一离心抽气增压单元将输出端的压力提升至第一总压力。0021本实施例中第一离心抽气增压单元包括第一离心压气机1、第一级中冷器2、第二离心压气机3、第一高速气浮电机4,第一离心压气机1用于与光学设备排气端配合,使用时,第一离心压气机1通过硅胶管与光学设备排气端连接,光学设备产生的低压尾气被吸入第一离心压气机1内部。。
14、0022第一级中冷器2将第一离心压气机1输出的增压尾气冷却到第一温度,第一级中冷器2的输入端与第一离心压气机1的输出端配合;由于抽出的尾气最终从第二离心抽气增压单元输出,而从第二离心抽气增压单元输出的尾气为具有第二总压力,因此,在本发明的抽气系统中,当第二离心抽气增压单元输出端的压力达到第二总压力时,才能顺利地将光学设备排气端的尾气抽出。(本系统是四级离心增压,一台电机双头同时驱动两台压缩机)本申请中,第二总压力所能达到的总压比为20以上(相对光学设备排气端),如不加以冷却,在此总压比的设计下压缩尾气的温度升高到接近1000K,因此,如果不对增压的尾气进行冷却,不但会导致最终输出尾气的温度非常。
15、高,而且温度过高的压缩尾气在后序级流动时动能损失增大,从而无法保证最终输出的压缩尾气的总压比达到20以上,也就无法顺利地抽出尾气,因此,在本发明的抽气系统的结构中,通过第一级中冷器2将从第一离心压气机1输出的增压尾气冷却到第一温度,使从第一离心压气机1输出的增压尾气顺利流动,减小动能损失,确保顺利抽出尾气。说明书2/6 页5CN 116608140 A50023第二离心压气机3的输入端与第一级中冷器2输出端配合,第二离心压气机3对经过第一级中冷器冷却后的增压尾气的压力继续进行提升。第一高速气浮电机4分别与第一离心压气机1和第二离心压气机3连接,即,第一高速气浮电机4的两端分别与第一离心压气机1。
16、和第二离心压气机3连接,从而使第一高速气浮电机4同轴驱动第一离心压气机1和第二离心压气机3。0024第一高速气浮电机4中采用空气轴承替换传统的滚动轴承,空气轴承是非接触轴承,具有低摩擦、转速范围宽、运动精度高、气体润滑无污染等优点,电机空气轴承最小工作压力表压0.02MPa,满足无油和低压工况的要求,从而即使尾气与第一高速气浮电机4内的空气轴承接触后,由于空气轴承上具有无油无水的特点,因此,不会产生腐蚀性物质,对第一高速气浮电机4不会产生危害。0025第二级中冷器5将第一离心抽气增压单元输出的增压尾气冷却到第一温度,第二级中冷器5与第一离心抽气增压单元配合,第二级中冷器5通过硅胶管与第二离心压。
17、气机3连接,第二级中冷器5的作用与第一级中冷器2的作用相同,在此不再赘述。0026第二离心抽气增压单元的气道内无油水,第二离心抽气增压单元将输出端的压力提升至第二总压力。第二离心抽气增压单元的输入端与第二级中冷器5的输出端配合;第二离心抽气增压单元包括第三离心压气机6、第三级中冷器7、第四离心压气机8、第二高速气浮电机9,其中:0027第三离心压气机6与第二级中冷器5的输出端配合,第三离心压气机6优先通过硅胶管与第二级中冷器5的输出端连接,第三级中冷器7的输入端与第三离心压气机6的输出端配合,第三级中冷器7优先通过硅胶管与第三离心压气机6的输出端连接,第三级中冷器7将第三离心压气机6输出的增压。
18、尾气冷却到第一温度,第三级中冷器7的作用与第一级中冷器2的作用相同,在此不再赘述。0028第四离心压气机8的输入端与第三级中冷器7输出端配合,第四离心压气机8优先通过硅胶管与第三级中冷器7的输出端连接,第四离心压气机8对经过第三级中冷器7冷却后的增压尾气的压力继续进行提升,从而使输出端的压力提升到第二总压力。0029第二高速气浮电机9分别与第三离心压气机6和第四离心压气机8连接,第二高速气浮电机9同轴驱动第三离心压气机6和第四离心压气机8。第二高速气浮电机9中采用空气轴承替换传统的滚动轴承,空气轴承是非接触轴承,具有低摩擦、转速范围宽、运动精度高、气体润滑无污染等优点,电机空气轴承最小工作压力。
19、表压0.02MPa,满足无油和低压工况的要求,从而即使尾气与第二高速气浮电机9内的空气轴承接触后,由于空气轴承上具有无油无水的特点,因此,不会产生腐蚀性物质,对第二高速气浮电机9不会产生危害。0030第一冷却介质循环供给单元分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器5连接。第一冷却介质循环供给单元包括主水箱10、主水泵11,主水泵11与主水箱10连接,主水泵11分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器5的冷却输入端连接,第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元、第二级中冷器5的冷却输出端分别与主水箱10连接。0031主水泵11为一个或多个,主水泵11。
20、与第一离心抽气增压单元中的第一级中冷却器2、第二级中冷器5、第二离心抽气增压单元中的第三级中冷器7的冷却输入端连接,第一级中冷却器2、第二级中冷器5、第三级中冷器7的输出端连接,由于主水泵11的作用,使冷却水说明书3/6 页6CN 116608140 A6在主水箱10、主水泵11第一级中冷却器2之间循环流动,以及冷却水在主水箱10、主水泵11和第二级中冷器5之间循环流动,以及冷却水在主水箱10、主水泵11和第三级中冷器7之间循环流动,从而带走第一级中冷却器2、第二级中冷器5、第三级中冷器7上热量,使进入到第二离心压气机3、第三离心压气机6、第四离心压气机8的尾气的温度相同,以确保抽气顺利进行。。
21、0032第一冷却介质循环供给单元还包括用于对主水箱10进行散热的第一冷却风扇12,第一冷却风扇12与主水箱10固定。由于冷却水与第一级中冷却器2、第二级中冷器5、第三级中冷器7进行热交换后会吸热,使第一冷却风扇12工作,可以降低冷却水的温度,以确保冷却水的冷却效果,并使从第一级中冷却器2输出的压缩尾气的温度为第一温度,使从第二级中冷器5输出的压缩尾气的温度为第一温度,使从第三级中冷器7输出的压缩尾气的温度为第一温度。0033本发明的离心增压抽气系统还包括第二冷却介质循环供给单元,第二冷却介质循环供给单元分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元连接。0034第一冷却介质循环供给单元包括副。
22、水箱13、副水泵14,副水箱13与副水泵14连接,副水泵14分别与第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元的冷却输入端连接,第一离心抽气增压单元、第二离心抽气增压单元的冷却输出端分别与副水箱13连接。0035例如,第一高速气浮电机4和第二高速气浮电机9的壳体由外层夹套和内层夹套组成,在外层夹套和内层夹套之间形成冷却腔室,在外层夹套上设有冷却输入端和冷却输出端,副水泵14为一个或多个,副水泵14与第一高速气浮电机4和第二高速气浮电机9上的冷却输入端连接,第一高速气浮电机4和第二高速气浮电机9上的冷却输出端分别与副水箱13连接,在副水泵14的作用下,使冷却水在副水箱13、副水泵14、第一高速气浮。
23、电机4之间循环,以及冷却水在副水箱13、副水泵14、第二高速气浮电机9之间循环,从而对第一高速气浮电机4和第二高速气浮电机9进行散热,使第一高速气浮电机4和第二高速气浮电机9的寿命和工作效率均获得保障。0036第二冷却介质循环供给单元还包括用于对副水箱13进行散热的第二冷却风扇15,第二冷却风扇15与副水箱13固定。由于冷却水与第一高速气浮电机4和第二高速气浮电机9进行热交换后会吸热,使第二冷却风扇15工作,可以降低副水箱13中的冷却水的温度,以确保冷却水的冷却效果。0037本发明的抽气方法或抽气过程为:低压尾气被第一离心压气机1产生的抽吸力吸入到第一离心压气机1内,经第一离心压气机1压缩后成。
24、为具有第一压力值的压缩尾气,具有第一压力值的压缩尾气再依次通过第一离心压气机1的蜗壳以及硅胶管输送到第一级中冷器2内。0038具有第一压力值的压缩尾气的温度经第一级中冷器2冷却至第一温度,第一温度例如选用50,从第一级中冷器2输出的具有第一压力值的压缩尾气经过硅胶管进入到第二离心压气机3内,经第二离心压气机3压缩后成为具有第一总压力的压缩尾气。0039具有第一总压力的压缩尾气从第二离心压气机3的蜗壳排出,并沿着硅胶管流动后到达第二级中冷器5,该具有第一总压力的压缩尾气的温度经第二级中冷器5冷却至第一温度。0040从第二级中冷器5输出的具有第一总压力的压缩尾气经过硅胶管进入到第三离心说明书4/6。
25、 页7CN 116608140 A7压气机6内,经第三离心压气机6压缩后成为具有第二压力值的压缩尾气,具有第二压力值的压缩尾气再依次通过第三离心压气机6的蜗壳以及硅胶管输送到第三级中冷器7内。0041具有第二压力值的压缩尾气的温度经第三级中冷器7冷却至第一温度,从第三级中冷器7输出的压缩尾气经过硅胶管进入到第四离心压气机8内,经第四离心压气机8压缩后使压缩尾气达到第二总压力后排出。0042以下是本实施例的实验数据。0043表1,激光设备尾气出口参数00440045表2,采用本实施例的技术方案抽气时各级离心压气机实际测量参数00460047表2中,第一级进口和第一级出品表示第一离心压气机1的进口。
26、和出口压力,第二级进口和第二级出口表示第二离心压气机3的进口和出口压力,第三级进口和第三级出口表示第三离心压气机6的进口和出口压力,第四级进口和第四级出口表示第四离心压气机8的进口和出口压力,总压比的计算方式为:每一级出口压力除以进口压力,得到每一级压比,每一级压比相乘等于总压比。根据表2的数据,计算总压比:0048第一级压比为:16670.006000.002.780049第二级压比为:31304.0014175.002.210050第三级压比为:57995.0028802.002.010051第四级压比为:102220.0055495.001.840052总压比第一级压比第二级压比第三级压。
27、比第四级压比2.782.21说明书5/6 页8CN 116608140 A82.011.8422.72。在上述总压比下,将激光设备的尾气顺利抽出。0053最后应说明的是:以上各实施例仅仅为发明的较优实施例用以说明发明的技术方案,而非对其限制,更不是限制发明的专利范围;尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的范围;另外,将发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域,均同理包括在发明的专利保护范围内。说明书6/6 页9CN 116608140 A9图1说明书附图1/2 页10CN 116608140 A10图2图3说明书附图2/2 页11CN 116608140 A11。
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