CN101737336A - 多级的径向涡轮压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少三个压缩机级的多级径向涡轮压缩机。每个压缩机级具有气体输入区域和气体输出区域，其通过壳体而构成。压缩机级的叶轮(1、2、3)与单独的轴部段(14、15、16)一起构成转子。转子通过径向轴承(10、11)和止推轴承(12)导引。本发明的目的是，阻止在压缩机工作期间在叶轮(1、2、3)和它的相邻的壳体构件(4、5、6)之间的间隙(35、36、37)的变小。这个目的根据本发明这样地实现，即：止推轴承(12)设置在相邻的压缩机级的两个叶轮(2、3)之间，所述叶轮以其叶轮背面相互面向地定位。

Description

多级的径向涡轮压缩机

技术领域

本发明涉及一种具有至少三个压缩级的多级径向涡轮压缩机，其中每个压缩机级具有一个构成气体输入区域的壳体部分和一个构成气体输出区域的壳体部分。压缩机级的叶轮与单独的轴部段一起构成一个转子，其通过径向轴承和止推轴承引导。

背景技术

在径向的涡轮压缩机中，气体轴向地流入到压缩机级的叶轮中。气体在叶轮入口中采集并且由叶片组径向回转和加速。在叶轮周边处气体以大的速度离开叶轮中间空间并且流入到扩大的、径向的扩散器。在此它的速度被强烈地制动。动能转换成压能。最后这种压缩的和加热的气体在螺旋形的收集壳体中导至分级出口套管中。

通过依次在传动轴上设置多个叶轮可以产生高的压力。叶轮以相同的转数运转。它们与轴部段一起共同构成具有共同的支承结构和驱动的转子。这样的单轴径向涡轮压缩机的径向轴承大多设置在轴末端上。止推轴承也设置在轴端部上，从而转子只能沿纵向方向偏移。

这种涡轮压缩机的壳体或者水平地分开或者具有一体式的外部的壳体外套。在水平分开的结构中，转子被壳体下部和壳体上部包围。为了能够得到转子，必须取下整个壳体上部。上部的壳体半部和下部的壳体半部分别一体地浇注或焊接。在另外的结构中，壳体包括一体式的、圆柱形的、浇注的或焊接的外部的壳体外套以及例如由用于单个压缩机级的入口侧的壳体构件和出口侧的壳体构件构成的构件，该压缩机级分别水平地分开，从而其能够安装在叶轮之间。

在第一叶轮中压缩的气体在中间冷却后通过收集管导入到第二叶轮中并且从那里在进一步中间冷却后导入到在其后的叶轮中。在此将试图在理想的、等温的压缩过程中尽可能紧密地布置多级的气体压缩。

在多级涡轮压缩机中，热的壳体构件和冷的壳体构件依次地设置在牢固的组合件中。因为冷的壳体构件和热的壳体构件互相牢固地夹紧、焊接或浇注，其由于热膨胀导致在壳体中的内应力。单个的壳体构件的不同的温度水平产生构件的不同强度的热膨胀。其也可导致在壳体构件中的压力变形。

轴承在轴端部处的设置、具有互相牢固连接的壳体构件的壳体的水平分开以及在一个共同的壳体外套中夹紧的内部的壳体构件可能在运转中导致在叶轮和与其相邻的壳体构件之间的间隙的减小。这可导致叶轮触及壳体并且从而导致涡轮压缩机的损坏。

发明内容

本发明的目的是，在压缩机工作期间，阻止在叶轮和它的相邻的壳体构件之间的间隙的减小。

这个目的根据本发明这样地实现，即：止推轴承设置在两个相邻的压缩机级的叶轮之间，它们以叶轮背面互相面向地设置。背面互相面向地设置的压缩机级通过中间壳体互相连接。

两个叶轮以叶轮背面相互面向的定位也称为背靠背原理。在两个背靠背设置的叶轮之间在中间设置止推轴承使得通过热膨胀和压力变形在壳体构件中引起的长度变化增大在叶轮和它的相邻的壳体壁之间的间隙，从而避免了叶轮的触碰。

在三级涡轮压缩机中，止推轴承优选地设置在第二级和第三级之间的中间位置，其中第二级和第三级互相背靠背地定位。第二级的叶轮或第三级的叶轮(根据级的布置)在此与第一级的叶轮成一排地设置。三个叶轮、二个轴端部和两个中间轴部段优选地通过端面啮合相互对中并且借助于中心的连杆而互相夹紧成牢固的组合转子(Rotorverbund)。

在四级压缩机中，转子包括四个叶轮、两个轴端部和三个中间的轴部段。附加的叶轮与它的入口壳体和出口壳体一起共同构成第四压缩机级，其优选相对于第一级背靠背地设置。

在本发明的有利的实施方案中，径向轴承设置在处于两个叶轮之间的轴部段上。

已经证明是特别有利的是，靠近联轴器的径向轴承设置在与联轴器最接近的叶轮和相邻的叶轮之间，使得联轴器侧的叶轮和联轴器侧的轴端部是自由悬伸的。

在三级涡轮压缩机上导致第三级叶轮或第二级叶轮(根据级的布置)和联轴器侧的轴端部自由悬伸地设置。在四级径向涡轮压缩机上，联轴器侧的径向轴承定位在第三级和第四级之间。在此第四级叶轮或第三级的叶轮(根据级的布置)和联轴器侧的轴端部是自由悬伸的。

在本发明的另一个有利的实施方案中，远离联轴器的径向轴承在轴部段上设置在第一叶轮和紧随其后叶轮之间。所述径向轴承定位在第一级的悬伸的叶轮的后面，在此在与联轴器相对置的一侧上取消自由的轴端部。这具有的优点是，用于第一级的入口壳体可构造为简单的回转自由的共轴的抽吸接管。

优选使用整体的、磁性的径向轴承和止推轴承。由于其主动地调节硬度和减震性，磁性轴承提供显著的技术优点。它们的突出的优点也在于非常小的摩擦损失。

已经证明是特别有利的是，壳体竖直地分成冷的壳体构件和热的壳体构件。气体输入区域和气体输出区域的壳体部分分别构成单独的、整体的壳体构件。它环形地包围转子，而没有水平地分开。

在本发明的一个优选的实施方案中，第一级的入口壳体由简单的回转自由的共轴的抽吸接管构成。所有随后的级的入口壳体是径向的入口接管。压缩机级的出口壳体可以以螺旋形的收集空间的形式构成。热的出口壳体的切向的出口接管通过管道与中间冷却器的入口接管相连接。中间冷却器的出口接管是通过大尺寸的、少损耗的流体管道与随后的压缩机级的径向入口接管相连接。

在本发明的一个特别有利的实施方案中，相邻的壳体构件通过竖直的法兰连接装置互相连接。在此，在连接位置上，相邻的壳体壁沿相对于轴垂直的方向互相平行地延伸。接触区域构造成环形地围绕转子，在所述接触区域中壳体壁互相垂直地延伸，其中壳体壁在环绕的环的多个位置处通过固定元件如通过螺钉而互相连接。通过将壳体分成多个经由竖直的法兰连接装置互相连接的部分，能够减小在壳体中由于热膨胀和压力膨胀造成的内应力。

此外，还具有的优点是，相邻的壳体构件在它的连接位置处互相嵌接，并且其在接合位置处的尺寸这样的互相调整，使得壳体构件通过配合座而互相连接。

附图说明

本发明的其他的特征和优点由借助于附图的实施例的描述和由附图本身得出。在此唯一的附图示出三级的径向涡轮压缩机的半剖视图。

具体实施方式

叶轮1、2和3与轴部段14、15和16一起构成压缩机的转子。叶轮1、2、3与两个轴端部14和15以及中间的轴部段16通过端面啮合30-34而互相对中并且借助于中心的拉杆17互相夹紧成一个牢固的组合转子。

转子包括三个压缩机级，其中每个压缩机级包括一个叶轮1、2、3、一个冷的入口壳体4、5、6和一个热的出口壳体7、8、9。待压缩的气体通过入口壳体4输送给叶轮1。第一级的冷的入口壳体4构造为回转自由的、共轴的抽吸接管。气体从叶轮1输入到第一级的出口壳体7。所述出口壳体7构造为螺旋形的收集空间。出口壳体7的切向的出口接管通过管道而与中间冷却器连接。在中间冷却器后，气体通过入口壳体5的径向的入口接管而流入到第二压缩机级中。在中间冷却器和入口接管之间的连通通过大尺寸的、低损耗的流体通道实现。

在第二压缩机级中，气体被叶轮2加速并且输入到第二级的出口壳体8中。在中间冷却之后，气体进入到第三压缩机级的入口壳体6的径向的入口接管中并且由叶轮3输入到第三压缩机级的出口壳体9中。

叶轮2和3以它们的叶轮背面互相面向地定位。一个中间的轴部段16在叶轮2和3之间延伸。第二级和第三级的出口壳体8、9通过中间壳体13互相连接。根据本发明，止推轴承设置在互相背靠背设置的叶轮2和3之间。靠近联轴器的径向轴承11直接设置在止推轴承12旁边，使得叶轮3和联轴器侧的轴端部14是自由悬伸的。

远离联轴器的径向轴承10在叶轮1后面定位在轴部段15上。轴部段15涉及与联轴器相对置的轴端部。叶轮1由于径向轴承10的位置是自由悬伸的。

轴承布置使得由于热膨胀和压力变形在壳体构件4-9中引起的长度变化ΔLt，p(1.+2.)和ΔLt，p(3.)增大了在叶轮1、2和3和它的相邻的入口壳体4、5和6之间的间隙35、36和37。这样避免了叶轮1、2和3触碰到其相邻的入口壳体4、5和6。

第一压缩机级的入口壳体4伸入到第一压缩机的出口壳体7中一段。在此在连接位置上，两个壳体4和7的尺寸这样地互相调整成使在两个壳体构件4和7之间形成配合座。两个壳体构件4和7具有竖直的接触面。入口壳体4的壳体壁的竖直的部分用作为用于出口壳体7的壳体壁的止挡。冷的入口壳体4与热的出口壳体7通过竖直的法兰连接装置18互相连接。

在第一压缩机级和第二压缩机级之间的连接位置上，第二级的入口壳体5伸入到第一级的出口壳体7中。在此两个壳体构件5和7的尺寸这样地互相调整成使得构成一个配合座25。两个壳体构件5和7具有竖直的接触面。入口壳体5的壳体壁的竖直的部分用作为用于出口壳体7的壳体壁的止挡。通过互相平行延伸的壳体壁的竖直的接触面，壳体构件7和5的连接通过竖直的法兰连接装置19实现。

在从第二级的入口壳体5向第二级的出口壳体8的过渡处，冷的入口壳体5伸入到热的入口壳体8中，在此构成配合座26。两个壳体构件5和8的连接借助于竖直的法兰连接装置20实现。在竖直的法兰连接装置20上，壳体壁互相平行地延伸。

第二级和第三级的两个出口壳体8、9通过中间壳体13而互相连接。中间壳体13伸入到第二级的出口壳体8中，在此两个壳体构件8和13构成配合座27和竖直的接触面。中间壳体13的壳体壁的竖直的部分用作为用于出口壳体8的壳体壁的止挡。通过平行延伸的竖直的接触面的壳体壁借助于垂直的法兰连接装置21实现两个壳体构件8和13的连接。

中间壳体13也伸入到第三压缩机级的出口壳体9中一段，在此构成配合座28。两个壳体构件13和9具有一竖直的接触面。中间壳体13的壳体壁的竖直的部分用作为用于出口壳体9的壳体壁的止挡。通过垂直的法兰连接装置22实现壳体13和9的连接。

在第三压缩机级上，入口壳体6伸入到出口壳体9中并且构成配合座29。入口壳体6的壳体壁的竖直的部分构成用于出口壳体9的壳体壁的止挡。在壳体壁的互相垂直延伸的接触位置上，壳体6和9借助于竖直的法兰连接装置23而互相连接。

从而所有冷的入口壳体4、5和6以及中间壳体13通过竖直的法兰连接装置18-23和配合座24-29与热的出口壳体7、8和9作为不分开的壳体构件互相连接。这导致在相当大程度上避免了在运转时在组合壳体中的热内应力，并且从而在运转时将由此出现的组合壳体变形减至最小。

在该实施例中，径向轴承10和11以及止推轴承12设计为磁性轴承。

Claims (9)

1.一种具有至少三个压缩机级的多级的径向涡轮压缩机，其中每个压缩机级具有一个构成气体输入区域的壳体部分(4、5、6)和一个构成气体输出区域的壳体部分(7、8、9)，并且所述压缩机级的叶轮(1、2、3)与各个轴部段(14、15、16)一起构成一转子，该转子通过径向轴承(10、11)和止推轴承(12)导向，其特征在于，所述止推轴承(12)设置在相邻压缩机级的两个叶轮(2、3)之间，所述两个叶轮以叶轮背面相互面向而定位。

2.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，所述径向轴承(10、11)设置在位于两个叶轮(1、2或2、3)之间的轴部段(15、16)上。

3.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，在轴部段(16)上的一个径向轴承(11)位于在两个背面相互面向设置的叶轮(2、3)之间。

4.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，靠近联轴器的径向轴承(11)设置在与联轴器最接近的叶轮(3)和相邻的叶轮之间，使得联轴器侧的叶轮(3)和联轴器侧的轴端部(14)是自由悬伸的。

5.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，远离联轴器的径向轴承(10)在轴部段上(15)设置在第一叶轮(1)和第二叶轮(2)之间。

6.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，所述径向轴承(10、11)和止推轴承(12)是磁性轴承。

7.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，壳体竖直地分成冷的壳体构件和热的壳体构件，气体输入区域的壳体部分(4、5、6)和气体输出区域的壳体部分(7、8、9)分别构造成单独的、整体的壳体构件。

8.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，相邻的壳体构件通过竖直的法兰连接装置(18-23)互相连接。

9.根据权利要求1的涡轮压缩机，其特征在于，相邻的壳体构件在它们的连接位置处互相嵌接，并且壳体构件的尺寸在接合位置处互相调整成使所述壳体构件通过配合座(24-29)互相连接。

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