CN101328902A

CN101328902A - 离心压缩机的轴密封构造

Info

Publication number: CN101328902A
Application number: CNA2008101253558A
Authority: CN
Inventors: 河田真广; 若林拓也; 小野海士; 前田智久
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI rotary machinery engineering of Ko
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: CN101328902B; JP5141946B2; JP2009002277A

Abstract

一种离心压缩机的轴密封构造，迷宫环(11)支承在壳体(4)的内周部。在旋转轴(1)的外周部处，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群(10)。在壳体和迷宫环的边界部(例如，壳体(4)的内周部)，在轴方向上隔开间隔而形成有多个环状的均压室(5)。在壳体(4)上形成有将各均压室(5)的外周部在周方向的一部分处向径方向外方扩大的多个挖入部(7)、及连通各挖入部(7)和壳体(4)的外部的多个钻孔(6)。由挖入部(7)和钻孔(6)构成的各组形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。

Description

离心压缩机的轴密封构造

技术领域

本发明涉及离心压缩机的轴密封构造。

背景技术

以往，在离心压缩机中，为了抑制压缩气体通过离心叶轮的背面侧而漏出至外部，采用了抑制旋转轴和包围旋转轴周围的静止部之间的轴方向的气体流动的轴密封构造。

图1是示出以往的离心压缩机的轴密封构造30的一例的轴方向的剖面图。环状的迷宫环41支承在包围旋转轴31的壳体34的内周部上。在与迷宫环41对置的旋转轴31的外周部上，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群40。各个迷宫群40是多个翅片的集合体。在迷宫环41的内周部中，在迷宫群40之间在轴方向上隔开间隔而形成有环状的密封室37。在壳体34的内周部上在轴方向上形成有多个分别与各密封室37对应的环状的均压室35。在迷宫环41上形成有将对应的密封室37和均压室35连通的通路42，在壳体34上形成有用于将多个均压室35和壳体34的外部连通的多个钻孔36。通过该钻孔36而吹入密封气体、进行泄露气体的回收、及提纯。此外，作为公开现有技术的轴密封构造的文献，有下述的专利文献1及专利文献2。

在轴密封构造30中，为了平稳地进行向钻孔36的密封气体的吹入、泄漏气体的回收、提纯，最好使气体通过钻孔36时的阻力(压力损失)小，因此为了降低流速最好使钻孔径大。另一方面，为了使经由钻孔36邻接的均压室35彼此不相连，需要使均压室35之间的轴方向的间隔距离加长，密封部的轴方向长度变长。其结果，自旋转轴31的支承轴承33的悬出长度L增加，旋转轴31的危险速度降低。即，变为旋转动力学上的不利的形状。并且，重量及制造成本也增大。在不能加长悬出的情况下，能够通过增加与每个均压室35连接的钻孔36的根数来对应，但与壳体34连接的密封气体配管38的根数变多，有增大成本的问题。

另一方面，在专利文献3中提出了用于缩短轴密封构造的轴方向长度的技术。

专利文献3的轴密封构造是，用轴方向重叠的多个圆环构成均压孔通路模块，在圆环面上，在半径方向上形成深度小宽度大而具有所需要的截面积的槽，将由该槽构成的流路替代图1中的钻孔36。根据这样的构造，能够使均压室之间的间隔距离在轴方向上变窄，使自旋转轴的支承轴承的悬出长度缩短。

但是，专利文献3的技术是用多个圆环构成均压孔通路模块，因此部件个数及安装工时增大，存在成本增大的问题。

专利文献1特公平6-74798号公报。

专利文献2特开2000-329097号公报。

专利文献3特公昭60-30522号公报。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而提出的，提供一种能够不增加钻孔的根数及部件个数而缩短轴方向长度的离心压缩机的轴密封构造。

为了解决上述的问题，本发明的离心压缩机的轴密封构造采用下述的方法。

(1)本发明的离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，在包围旋转轴的壳体的内周部上支承环状的迷宫环，在该迷宫环的内周部或与该迷宫环对置的旋转轴的外周部上，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群，在上述壳体的内周部上，在轴方向上隔开间隔而形成有多个与上述多个迷宫群之间的空间分别对应的环状的均压室，在上述壳体上形成有将上述各均压室的外周部在周方向的一部分上向径方向外方扩大的多个挖入部、及将该各挖入部和上述壳体的外部连通的多个钻孔，在上述迷宫环上形成有将对应的上述各空间和上述各均压室连通的通路，由上述挖入部和上述钻孔构成的各组形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。

根据上述(1)的轴密封构造，各均压室和各钻孔分别经由形成在均压室的外周部的一部分上的挖入部而连通，由挖入部和钻孔构成的各组以相互不干涉的方式形成在不同的多个周方向的相位处，因此即使在均压室之间的间隔距离短的情况下，钻孔彼此也不相互干涉。由此，能够通过缩短均压室之间的间隔距离而缩短轴方向长度。其结果，由于能够缩短自支承轴承的悬出长度，所以能够防止旋转轴的危险速度的降低，进而降低重量及制造成本。并且，与专利文献3的技术不同，用于进行密封气体的吹入、回收、提纯的流路不是由形成有多个槽的多个圆环来构成，而是由以往的一般的钻孔来构成，因此不会增加部件个数。

(2)并且，本发明的离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，在包围旋转轴的壳体的内周部上支承环状的迷宫环，在该迷宫环的内周部或与该迷宫环对置的旋转轴的外周部上，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群，在上述迷宫环的外周部上，在轴方向上隔开间隔而形成有多个与上述多个迷宫群之间的空间分别对应的环状的均压室，在上述迷宫环上形成有将对应的上述各空间和上述各均压室连通的通路，在上述壳体上形成有将上述各均压室的外周部在周方向的一部分上向径方向外方扩大的多个挖入部、及将该各挖入部和上述壳体的外部连通的多个钻孔，由上述挖入部和上述钻孔构成的各组形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。

在上述(2)的轴密封构造中，在迷宫环的外周部上形成有均压室，在壳体的内周部上形成有挖入部。其他的结构和上述(1)的轴密封构造相同。

根据该轴密封构造，得到与上述(1)的轴密封构造相同的作用，因此能够不增加部件个数，而通过缩短均压室之间的间隔距离来缩短轴方向长度。

(3)并且，本发明的离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，在包围旋转轴的壳体的内周部上支承环状的迷宫环，在该迷宫环的内周部或与该迷宫环对置的旋转轴的外周部上，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群，在上述壳体和上述迷宫环的边界部处，在轴方向上隔开间隔而形成有多个由形成在上述壳体的内周部上的环状槽和形成在上述迷宫环的外周部上的环状槽构成的环状的均压室，该各均压室与上述多个迷宫群之间的空间分别对应，在上述壳体上形成有将上述各均压室的外周部在周方向的一部分上向径方向外方扩大的多个挖入部、及将该各挖入部和上述壳体的外部连通的多个钻孔，在上述迷宫环上形成有将对应的上述各空间和上述各均压室连通的通路，由上述挖入部和上述钻孔构成的各组形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。

在上述(3)的轴密封构造中，在壳体和迷宫环的边界部处形成均压室。其他的结构和上述(1)的轴密封构造相同。

根据该轴密封构造，也可得到与上述(1)的轴密封构造相同的作用，因此能够不增加部件个数，而通过缩短均压室之间的间隔距离来缩短轴方向长度。

根据本发明的轴密封构造，能够不增加钻孔的根数及部件个数，而缩短密封部的轴方向长度。

附图说明

图1是示出以往的离心压缩机的轴密封构造的一例的轴方向的剖面图。

图2是示出本发明的第1实施方式的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图3是图2的II-II线剖面图。

图4是示出本发明的第1实施方式的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图5是图4的IV-IV线剖面图。

图6是示出本发明的第1实施方式的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图7是图6的VI-VI线剖面图。

图8是示出本发明的第2实施方式的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图9是示出本发明的第3实施方式的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图10是示出参考例1的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图11是图10的X-X线剖面图。

图12是示出参考例1的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图13是图12的XII-XII线剖面图。

图14是示出参考例1的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

图15是图14的XIV-XIV线剖面图。

图16是示出参考例2的离心压缩机的轴密封构造的结构的轴方向的剖面图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明的优选的实施方式。此外，各图中共同的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。

[第1实施方式]

图2～图7是示出本发明的第1实施方式的离心压缩机的轴密封构造A的结构的图。

图2、图4及图6是密封构造A的轴方向的剖面图，示出了相互在周方向上不同的相位的截面。图3是图2的II-II线剖面图，图5是图4的IV-IV线剖面图，图7是图6的VI-VI线剖面图。其中，在图3、图5及图7中，仅示出了壳体4。

在图2、图4及图6中，旋转轴1被固定在齿轮箱15上的支承轴承3可旋转地支承。离心叶轮2一体地连结在旋转轴1的顶端，通过借助未图示的驱动装置旋转驱动旋转轴1，令离心叶轮2旋转。此外，旋转轴1和离心叶轮2可以是一体成形的，也可以作为分别的部件制造后再通过适当的连结方法连结固定。

如图2、图4及图6所示，旋转轴1和离心叶轮2由壳体4包围。壳体4和齿轮箱15在下侧部分借助螺栓等固定机构固定。并且在壳体4上借助螺栓等的固定机构固定有形成用于导入气体G的入口通路的进气部件9。被离心叶轮2吸入的气体G在送出至半径方向外侧的过程中被减速加压，之后导入至环状的涡轮室16，从未图示的排出口排出。

环状的迷宫环11支承在壳体4的内周部上。在迷宫环11的离心叶轮2侧的端部外周部上形成有凸缘部，通过将该凸缘部借助螺栓等固定机构固定在壳体4上，将迷宫环11固定在壳体4上。在与迷宫环11对置的旋转轴1的外周部上，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群10。各个迷宫群10是多个翅片的集合体。在本实施方式中，迷宫群10设置有6群。此外，可以不是在旋转轴1的外周部，而是在迷宫环11的内周部支承迷宫群。

在迷宫环11的内周部，在迷宫群10之间，在轴方向上隔开间隔地形成有环状的密封室14。在壳体4的内周部上，在轴方向上隔开间隔形成有多个与多个迷宫群10之间的空间(上述密封室14)分别对应的环状的均压室5。本实施方式中的各均压室5的深度(半径方向的深度)全部相同。在壳体4和迷宫环11的边界部处，在各均压室5的轴方向两侧的部位上配置有0形环等的适当的密封部件13，经由上述的边界部而将邻接的均压室5密封以使其彼此不连通。在壳体4上形成有将各均压室5的外周部在周方向的一部分上向径方向外方扩大的多个挖入部7、及将各挖入部7和壳体4的外部连通的多个钻孔6。挖入部7可以使用侧面刃铣刀或角度铣刀来加工。在本实施方式中，挖入部7形成为月牙形，但形状并不特定限定，也可以是三角形或四边形。

通过上述的钻孔6，吹入密封气体、进行泄漏气体的回收、提纯。在壳体4的外部连接有用于进行密封气体的供给或泄漏气体的排出的配管8。

在迷宫环11上形成有将对应的密封室14和均压室5连通的通路12。在各轴方向位置上，在周方向上设置有多个该通路12。

如图3、图5及图7所示，由挖入部7和钻孔6构成的各组以相互不干涉的方式形成在不同的多个周方向的相位处，下面将由挖入部7和钻孔6构成的组简称为“组”。

若将各组从离心叶轮2侧依次表示为第n组，则在本实施方式中的各组之间的相位关系如下所示。

第2组形成在与第1组的相位不同的相位处。第3组形成在与第1组周方向的相同的相位处。第4组形成在与第2组周方向的相同的相位处。第5组形成在与第1组及第2组不同的周方向的相位处。

这样，为了使各组相互不干涉，需要至少轴方向上邻接的组彼此的周方向的相位错开。并且，如本实施方式那样，不邻接的组彼此(第1和第3组、第2和第4组)相位不一定错开，但在钻孔径更大的情况下、或均压室5之间的间隔更窄的情况下，需要在周方向上使相位错开以使其相互不干涉。不管怎样，只要满足各组相互不干涉的条件，可以是全部的组之间周方向的相位错开，也可以是如图2～图7所示的结构例那样一部分的组彼此周方向的相位相同。

根据如上所述构成的本实施方式的轴密封构造A，各均压室5和各钻孔6分别经由形成在均压室5的外周的一部分的挖入部7而连通，由挖入部7和钻孔6构成的各组以相互不干涉的方式形成在不同的多个周方向的相位处，因此即便在均压室5之间的分隔距离短的情况下，钻孔6彼此也不相互干涉。由此，通过缩短均压室5之间的分隔距离，能够缩短轴方向长度。其结果，能够缩短自支承轴承3的悬出长度L，因此能够防止旋转轴1的危险速度的降低，进而降低重量及制造成本。

并且，与专利文献3的技术不同，用于进行密封气体的吹入、回收、提纯的流路不是由形成有多个槽的多个圆环来构成，而是由以往的一般的钻孔6来构成，因此不会增加部件个数。

[第2实施方式]

图8是示出本发明的第2实施方式的离心压缩机的轴密封构造B的结构的轴方向的剖面图。在图8中，示出了周方向的一个相位的截面。

在本实施方式中，在迷宫环11的外周部上，在轴方向上隔开间隔而形成有多个与多个迷宫群10之间的空间(密封室14)分别对应的环状的均压室5。在壳体4的内周部，形成有将各均压室5的外周部在周方向的一部分处向径方向外方扩大的多个挖入部7。这样，在本实施方式和第1实施方式中，均压室5的所设置的部位不同。

在图8中，仅示出第2组和第4组，而其他组形成在与第2组和第4组不同的周方向的相位处。各组的周方向的相位的错开方式适用与第1实施方式中说明的同样的规则。本实施方式中的其他部分的结构与第1实施方式相同。

根据本实施方式的轴密封构造B，得到与第1实施方式的轴密封构造A相同的作用，因此能够不增加部件个数，而通过缩短均压室5之间的间隔距离来缩短轴方向长度，其结果，能够缩短自支承轴承3的悬出长度L，因此能够防止旋转轴1的危险速度的降低，进而降低重量及制造成本。

[第3实施方式]

图9是示出本发明的第3实施方式的离心压缩机的轴密封构造C的结构的轴方向的剖面图。在图9中，示出了周方向的一个相位的截面。

在本实施方式中，在壳体4和迷宫环11的边界部处，在轴方向上隔开间隔而形成有多个由形成在壳体4的内周部的环状槽和形成在迷宫环11的外周部的环状槽构成的环状的均压室5。各均压室5与多个迷宫群10之间的空间(密封室14)分别对应。在壳体4上形成有将各均压室5的外周部在周方向的一部分处向径方向外方扩大的多个挖入部7。这样，在本实施方式和第1实施方式中，均压室5的设置部位不同。

在图9中，仅示出第2组和第4组，而其他组形成在与第2组和第4组不同的周方向的相位处。各组的周方向的相位的错开方式适用与第1实施方式中说明的同样的规则。本实施方式中的其他部分的结构与第1实施方式相同。

根据本实施方式的轴密封构造C，得到与第1实施方式的轴密封构造A相同的作用，因此能够不增加部件个数，而通过缩短均压室5之间的间隔距离来缩短轴方向长度，其结果，能够缩短自支承轴承3的悬出长度L，因此能够防止旋转轴1的危险速度的降低，进而降低重量及制造成本。

[参考例1]

图10～图15是示出本发明的参考例1的离心压缩机的轴密封构造D的结构的图。

图10、图12及图14是轴密封构造D的轴方向的剖面图，示出了相互在周方向上不同的相位的截面。图11是图10的X-X线剖面图，图13是图12的XII-XII线剖面图，图15是图14的XIV-XIV线剖面图。其中，在图11、图13及图15中，仅示出了壳体4。

在参考例1中，在壳体4的内周部、在轴方向上隔开间隔而形成有多个与多个迷宫群10之间的空间(密封室14)分别对应的环状的均压室5。各均压室5的距壳体4的内周面的深度(半径方向尺寸)相互不同，从轴方向的一方向另一方而变浅(变深)。并且，与上述的第1～第3实施方式不同，在参考例中，不形成挖入部7，而直接连结均压室5和钻孔6。

各钻孔6形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。在图10～图15所示的结构例中，将各钻孔6从离心叶轮2侧依次表示为第n钻孔6，则各钻孔6的相位关系如下所示。

第2钻孔6形成在与第1钻孔6的相位不同的相位。第3钻孔6形成在与第1钻孔6周方向相同的相位处。第4钻孔6形成在与第2钻孔6周方向相同的相位处。第5钻孔6形成在与第1钻孔6及第2钻孔6不同的周方向的相位处。

这样，为了使各钻孔6相互不干涉，需要至少使轴方向上邻接的钻孔6彼此的周方向的相位错开。并且，如图10～图15所示的结构例那样，不邻接的钻孔6彼此(第1和第3钻孔、第2和第4钻孔)相位不一定错开，但在钻孔径更大的情况下、或均压室5之间的间隔更窄的情况下，需要在周方向上使相位错开以使其相互不干涉。不管怎样，只要满足各钻孔6相互不干涉的条件，可以是全部的钻孔6的周方向的相位错开，也可以是如图10～图15所示的结构例那样一部分的钻孔6彼此周方向的相位相同。

并且，除了与最深的均压室5连结的钻孔6(在图10的结构例中离离心叶轮2最近的钻孔6)的各钻孔6，将中心轴向比本身所连结的均压室5浅的均压室5的方向偏移而连结至均压室5，以便与邻接于本身所连结的均压室5的均压室5即比本身所连结的均压室5槽深的均压室5(下面称为“邻接的深均压室5”)不干涉。

其他部分的结构与上述本发明的第1实施方式相同，所以省略说明。

根据如上述构成的参考例1，借助周方向的相位的错开，各钻孔6相互不干涉，且将中心轴向浅的均压室5的方向偏移而连结至均压室5，由此各钻孔6构成为不与邻接的深的均压室5干涉，因此通过缩短均压室5之间的间隔距离可缩短轴方向长度。其结果，能够缩短自支承轴承3的悬出长度L，因此能够防止旋转轴1的危险速度的降低，进而可降低重量及制造成本。并且，由以往的一般的钻孔6来构成用于进行密封气体的吹入、回收、提纯的流路，因此不会增加部件个数。

[参考例2]

图16是示出参考例2的离心压缩机的轴密封构造E的结构的轴方向的剖面图。在图16中，示出了周方向的一个相位的截面。

在参考例2中，在壳体4的内周部上，在轴方向上隔开间隔而形成有多个与多个迷宫群10之间的空间(密封室14)分别对应的环状的均压室5。并且，与参考例1相同，在参考例2中不形成挖入部7，而将钻孔6直接连结在多个均压室5的各自之上。

在图16中，仅示出了从离心叶轮2侧数的第1钻孔6和第3钻孔6，而其他的钻孔6形成在与第1和第3钻孔6不同的周方向的相位处。

各均压室5的距壳体4的内周面的深度(半径方向尺寸)按照下述的规则1及规则2来设定。

(规则1)

均压室5为三个的情况下，中央的均压室5最深，其两侧的均压室5比中央的均压室5浅。

(规则2)

均压室5为四个以上的情况下，令位于轴方向的最外侧的两个均压室5以外的均压室5的任一个最深，其他的均压室5以最深的均压室5为基准而随着朝向轴方向外侧而依次变浅。此时，最深的均压室5并不限定为位于中央。

在图16所示的结构例中，是均压室5为五个的情况，中央的均压室5最深，因此适合于上述的规则2。

各钻孔6形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。各钻孔6的周方向的相位的错开方式适用与参考例1中说明的相同的规则。

除了与最深的均压室5连结的钻孔6(在图16的结构例中从离心叶轮2数第3钻孔6)的各钻孔6，以与邻接的深均压室5不干涉的方式，将中心轴向比本身所连结的均压室5浅的均压室5的方向偏移，而连结至均压室5。此外，上述“邻接的深均压室5”是在参考例1的说明中定义的意思。

根据如上所述构成的参考例2，可以得到与参考例1相同的作用。由此能够缩短自支承轴承3的悬出长度L，因此能够防止旋转轴1的危险速度的降低，进而降低重量及制造成本，并且，由以往的一般的钻孔6来构成用于进行密封气体的吹入、回收、提纯的流路，因此不会增加部件个数。

此外，上述针对本发明的实施方式进行了说明，但上述所公开的本发明的实施方式只是示例，本发明的范围并不限定为这些发明的实施方式。本发明的范围由权利要求书的记载示出，包含与权利要求书的记载等同的意思及权利要求书范围内的全部的变更。

Claims

1.一种离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，

在包围旋转轴的壳体的内周部上支承环状的迷宫环，

在该迷宫环的内周部或与该迷宫环对置的旋转轴的外周部上，在轴方向上隔开间隔而支承有多个迷宫群，

在上述壳体和上述迷宫环的边界部处，在轴方向上隔开间隔而形成有多个与上述多个迷宫群之间的空间分别对应的环状的均压室，

在上述壳体上形成有将上述各均压室的外周部在周方向的一部分处向径方向外方扩大的多个挖入部、及将该各挖入部和上述壳体的外部连通的多个钻孔，

在上述迷宫环上形成有将对应的上述各空间和上述各均压室连通的通路，

由上述挖入部和上述钻孔构成的各组形成在不同的多个周方向的相位处以使相互不干涉。

2.如权利要求1所述的离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，上述环状的均压室形成在上述壳体的内周部。

3.如权利要求1所述的离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，上述环状的均压室形成在上述迷宫环的外周部。

4.如权利要求1所述的离心压缩机的轴密封构造，其特征在于，上述环状的均压室由形成在上述壳体的内周部上的环状槽和形成在上述迷宫环的外周部上的环状槽构成。