CN1013795B - 离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种改进的具有单一机匣但其中仍容纳有若干级的离心式压缩机。包括一些离心叶轮的若干轴、在轴相对两端支承轴而不与轴接触的电磁轴承、在将气体从吸气端输送至另一端的多级串联轴之间的允许轴间有不同心度的联轴器装置、一个以其电磁轴承将被联结的若干轴支承为整体并在一端有吸气口而在另一端有排气口的机匣、以及在机匣排气口处围绕轴设置的密封装置，为冷却被离心叶轮所压缩的气体的扇形冷却装置装在所述机匣上。

Description

本发明涉及一种可用于石油化工等行业中空气压缩系统的离心式压缩机。

对于离心式压缩机，一般说来其单级叶轮的压缩能力都有限，而在需要高压缩比或高压头的情况下就必须采用多级方案。通常单个机匣内所能容纳的叶轮级数都有限制，以便保证轴的刚性并实现安全运转。因而在已有技术中需要高压头时，就以串联或并联的方式排列许多机匣的办法来实现。

图3说明已有技术中方案布局的一个例子，在该例中为了实现高压头而将从吸气端开始顺序为第一压缩机49、第二压缩机50和第三压缩机51的三个机匣按串联排列面构成气体压缩系统。每个压缩机机匣内部都由一个多级离心式压缩机组成。从驱动机来的驱动功率则通过转动轴57输入，分别由中介联轴器从第三压缩机51传至第二压缩机50，再从第二压缩机50传至第一压缩机49。

进气通过吸气管41吸入，然后在第一压缩机49中压缩，再通过排气管42排出。排出的气体通过中介气体冷却器43，冷却水则通过进水管58从外部流入冷却器而同气体发生然交换，从而使气体得到冷却。气体再通过第二压缩机50的吸气管44吸入，并通过排气管45排出。以相似的方式再次在中介气体冷却器46中冷却的气体再通过吸气管47吸入并被第三压缩机51压缩，然后气体从最终排气口48排出，作为高压气体使用。

在每个压缩机中都有两个轴承配置在接近机匣的两相对轴向端面上，并且为了防止封闭在机匣内的气体漏出，在传动轴伸出每个机匣的端面处还配置有气体密封装置。

在本图所示的例子中，采用了油膜密封或者机械密封装置。油压适当调节以适应机匣内气压的高低并分别通过密封油进油管52、53和54输入。虽然这些密封油输入机构已设计为可适应机匣内压力的变化，但是如果密封油输入发生故障，则密封效果就将丧失，这就要求密封装置本身以及密封油输入机构都必须分别具有很高的可靠性，而这将使其制造成本变得很高。

此外，润滑油还需通过润滑油进油管55输入轴承，而轴承箱里的回油则通过润滑油管56流出。

正如上述已有技术中的离心式压缩机那样，当压缩机由大量机匣组成时，就需要有大量防止内部气体漏至外界大气的密封装置配置在轴伸出各个机匣的两相对轴向端面处。至于密封轴的方法，则有各种不同的方法可以采用，如油膜密封法、机械密封法以及气压密封法等，这取决于各自的用途。然而在任何情况下，在高速旋转轴和装于静止部分的密封环之间的间隙都必须很小，所以制造、装配和维修都须格外小心。即使这些都已经做到，大量密封装置中的某一个发生故障的可能性仍然很大，因而为了保证可靠性，就必须采用昂贵的材料和精密的加工方法来制造密封装置。

因此，如上述情况那样，当压缩机用大量机匣构成并采用大量密封装置时，就很难以经济的办法保证其稳定地长期运转。

此外，当压缩机由大量机匣构成时，还必须保持机匣之内的轴在运转时不变形，于是各机匣的安装台结构就会变得很复杂，另外，还须有支承各机匣进气管和出气管的装置，并且需要采用复杂的方法来 安装管道，以便使管道变形的力不致于加在机匣上。此外，为了提高压缩效率而对气体进行的冷却是在一个机匣排气和下一个机匣进气之间进行的，因此须采用单独安装在机匣外部的气体冷却器，从而各装置之间的高压管道就将变得长而复杂。

因此，本发明的目的是提供一种改进的离心式压缩机，其中，冷却轴上离心叶轮压缩的气体的扇形气体冷却装置是装在机匣上的。

根据本发明的一个特征，将压缩机主体的外径部分作为机匣的一部分，而上述气体冷却装置装在机匣内，以冷却中间的部分。因此，不需要连接管道，以减少中间部分的热损失和压力损失并且减少占用的空间，降低了成本。

根据本发明的另一个特征提出的离心式压缩机是由在每个轴上装有一些离心叶轮以利用离心力压缩气体的若干轴、在轴两相对端部不与轴接触的电磁轴承，当轴顺序串联使所述气体能朝一端压缩时用于联结这些轴并能允许各轴间有不同心度的联轴器装置、一个以其电磁轴承将被联结的各轴支承为整体并在一端有轴向进气口而在另一端有排气口的机匣、以及在机匣排气口一端围绕轴周围设置的密封装置所组成。

根据本发明另一个特征提出的具有第一特征的离心式压缩机，其特征在于提供有磁性吸引轴承将进气端的轴吸向排气端，而在排气端的电磁轴承是推力轴承，以便将轴保持在排气端的预定轴向位置上。

根据本发明另一个特征提出的具有第一特征的离心式压缩机，其特征在于联轴器装置是由装于两相邻轴端的两个方向相对的限制轴、配置在限制轴周围并分别装于各自轴上的两个柔性盘、以及一个与柔性盘联结的扭矩传递管所组成。

根据本发明，由于上述结构是串联配置于单个机匣内的多轴结构，并且有关的轴是支承在其相对两端的磁性轴承上，所以不需要轴承润滑油。而且用将轴承配置在气体中的办法，使其只在传递驱动功率的一个地方才必须把轴伸出机匣的高压端面，所以，必须采取对策防止气体泄漏之处可大为减少，从而可靠性很高。

参考下面对本发明的最佳实施例及其附图的说明，本发明的上述和其他目的、特征及优点即可变得更加明显。

在附图中：

图1是按照本发明一个最佳实施例的离心式压缩机的纵剖面图;

图2是用于同一最佳实施例的中介联轴器的纵剖面详图;以及

图3是已有技术中的离心式压缩机一个例子的示意图。

现在参考图1和图2对本发明的一个最佳实施例加以说明。

在图1中，通过位于机匣1一端的轴向吸气口2吸入的气体被装在第一轴3端部的一个叶轮26所压缩。此气体沿支承轴3的轴承体外园环形通道流过，并且当其在一个多级离心叶轮中压缩之后，就从装于轴3的最后一级离心叶轮排出，并通过第一排气口38流出。此后，气体就流入装于机匣1外园上的气体扇形冷却装置4，气体在其中流过被外部供入的冷却水5冷却的冷却管组6之间的空隙，之后，气体被冷却到预定的温度，再被引导至装于第二轴7上的多级压缩机部件的吸气口8。再次被压缩并通过排气口9排出的气体再引入机匣1外园上的气体扇形冷却装置4，并在该处冷却，气体扇形冷却装置4的气室分隔为两个腔室，分别用于轴3和轴7。冷却的气体又再引向由第三轴12组集的多级压缩机的进气口10，并在该压缩机处被叶轮的作用和已知的扩压作用所组合成的压缩作用所压缩。到最后一 级之后，被压缩的气体通过最终排气口11以预定的压力排出。

如上所述，在单个机匣1中配置了由多个轴3、7和12组成的压缩机部件，每个轴上都装有一些叶轮，并有静止元件形成气流通道以便正确地压缩气体。

轴3支承在经向轴承13和14上，轴7支承在径向轴承15和16上，轴12支承在径向轴承17和18上，而所有这些轴都是利用磁铁的电磁效应而以不接触的方式独立地支承起来的。由于这些轴承不象已有技术中的轴承那样需要润滑油，所以可配置在气体中而不会发生任何问题。轴3、7和12通过中介联轴器19互相联结（联轴器将在后面叙述），需要的扭矩也通过中介联轴器19传递。此中介联轴器19还有允许在轴3、7和12之间可径向相对自由位移的功能，但对于轴向相对位移，联轴器则限制这些轴发生相互接近的轴向相对位移。

需要输入给压缩机的扭矩则借助于一个驱动机，例如电机或涡轮机，通过驱动联轴器20从外部传入。这样，上述各轴3、7和12将按同一转速旋转。

由于有上述结构，所以只需在从驱动联轴器20向机匣内各轴3、7和12传输扭矩之外，即第三轴12伸出形成机匣1的一部分的机匣端板22的地方，才需要配置气体密封装置23以防止机匣内的气体漏出机匣外，而使此压缩机得到很好的密封。换而言之，同已有技术中的离心压缩机对比，此压缩机需要配置气体密封装置的地方显著减少。

在轴12上的最后一级叶轮后面配置有装于轴12上的压力平衡盘25，高压气体的压力通过迷宫式肋片而向压力平衡室24方向逐 渐降低，以便使作用于轴12上的气体轴向力在相当程度上得到互相平衡。压力平衡室24用附装在机匣端板22上的压力平衡管21同吸气口2的低压外界联结起来。

在轴12的一端还装有推力凸缘28，从两面在轴向夹住此推力凸缘28的电磁推力轴承29则固定在静止零件上，此电磁推力轴承29工作时通过装在外部的控制装置测定轴12的轴向位置，并使轴12返回至预定的位置。在第一轴3的一端有磁性吸引轴承27装于产生最初吸气效应的叶轮26的背面。磁性吸引轴承27的吸力作用在第一轴3和第二轴7上。使磁性吸引轴承27产生的吸引力超过气体压力产生的向吸气口方向的不平衡力之和，则可以使第一轴3和第二轴7上总是作用有使其向排气端运动的力。如上所述，由于中介联轴器19的结构能防止各轴互相靠近，所以此力可以传到第三轴12上，但是由于轴12的轴向位置被电磁推力轴承29的作用所控制，因而轴3、7和12的轴向位置全都被固定，从而它们相对于静止结构的相对位置就能保持在预定的位置上。虽然在上述情况中，吸引装置是假定吸引轴3上的叶轮26，但被吸引的物体不必一定是叶轮26，只要是与轴一体旋转的盘形物体就行，从本质上说，如果该物体能在磁性基础上产生吸力将第一轴3吸向排气口一端，则所需要的目的就能达到。

其次参考图2对上述中介联轴器19的零件加以说明。作为例子，在第一轴3和第二轴7的轴端用传统的方法分别装有联轴器轮毂31，而扭矩传递管33则通过薄的柔性盘32用螺栓和螺帽35同两轮毂上形成的法兰边相联。标号34所指是柔性盘32的保护板。

在轴3和轴7的端部分别装有轴向限制轴36和37。限制轴36的轴向端面中心上有凸起39，因而在限制轴36和37互相接触的情况下，能在其中心处发生接触而使各轴不再继续靠近。

由于有上述结构，所以轴3和轴7在工作中不再有互相靠近的位移，并且由于柔性盘32和扭矩传递管33有柔性，所以甚至在其旋转轴线变为不同心的情况下也不会产生径向的反作用力，因而可使扭矩传递平稳。

虽然在图1中机匣1分成了若干零件（画有不同方向的剖面线）以形成气流通道而在外部用一个箱形零件将其构成整体，但事实上只要生产技术可能，当然就不必要将其分成这些零件，例如可将机匣铸成整体。另外，中介联轴器也不必局限于图示的结构，只要能够允许轴间的不同心度存在，任何其他的结构都可以采用。

因为本发明具有上面详细叙述的那些结构特征，所以本发明有下列优点：

（1）由于实现高压头的压缩系统可做成单个机匣结构，所以已有技术中所需的大量密封装置成为不必要，仅在一个地方装一个密封装置就已足够，于是可能发生气体危险泄漏的地方在数量上大为减少，而使可靠性得到很大改善。

（2）因为采用单个机匣，所以不必害怕各压缩机装置的轴之间可能发生的不同心度。即使发生了这样的不同心度，在各轴之间的新颖联轴器也可以弥补其缺点。

（3）由于采用了不与轴相接触的电磁轴承，所以不需要润滑油装置，并可消除润滑油可能混入气体而带来的不便。

虽然本发明的原理仅用本发明的一个最佳实施例详细说明如上， 但所有上述说明及附图中的内容应理解为只作为说明例子，而并不意味着应仅限于这些内容。

Claims (3)

1、一种离心式压缩机包括一些利用离心力压缩气体的叶轮轴，在所述轴相对两端支承所述轴而不与轴接触的电磁轴承，当所述轴顺序串联使所述气体能朝一端压缩时用于联结所述轴并能允许轴间有不同心度的联轴器装置，一个以其电磁轴承将所述被联结的若干轴支承为整体并在一端有轴向吸气口而在另一端有排气口的机匣，其特征在于为冷却被离心叶轮所压缩的气体的扇形冷却装置装在所述机匣上。

2、如权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于在吸气端有把轴吸向排气端的磁性吸引轴承，并且在排气端的所述电磁轴承是把排气端的轴保持在预定轴向位置的推力轴承。

3、如权利要求1所述的离心式压缩机，其特征在于所述联轴器由以相反方向装于相邻轴端上的限制轴，围绕所述限制轴并分别装于各自轴上的两个柔性盘，以及一个联结所述柔性盘的扭矩传送管所组成。

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