CN101988521A - 叶轮覆盖件和方法 - Google Patents

Abstract

用于保护叶轮(14)免于损坏的方法和叶轮覆盖件(50)。叶轮覆盖件(50)包括可移除主体(50)和固定机构(58，80，82，84，86)，可移除主体(50)具有第一面(52)和与第一面(52)相对的第二面(54)，第二面(54)构造成与压缩机(10)的叶轮(14)的前面(14a)匹配，并且还具有覆盖压缩机(10)的叶轮(14)的整个前部的前部(56)，固定机构连接到可移除主体(50)并且构造成将叶轮覆盖件(50)固定到压缩机(10)的叶轮(14)上。叶轮覆盖件(50)是一次性的。

Description

叶轮覆盖件和方法

技术领域

本文所公开的主题的实施例大体涉及方法和系统，并且尤其涉及用于保护装置免于侵蚀和/或材料积聚的机构和技术。

背景技术

在过去数年期间，压缩机的存在在油气行业中更可见。压缩机不仅用于提取石油和天然气，而且用于将石油和天然气从提取点输送到消费者地点。压缩机也用于非常广泛的石化过程中，例如生产液化天然气(LNG)、乙烯、聚乙烯等。

因此，压缩机的构造和维护对于这些行业变得越来越重要。虽然存在许多类型的压缩机，例如离心式压缩机、螺旋式压缩机、轴流式压缩机等，大部分压缩机面临类似问题。这些问题包括但不限于在压缩机的各种构件上的材料积聚和/或压缩机的某些构件的侵蚀。

造成压缩机退化的一种机理是污垢。污垢是由于粒子粘附到压缩机的翼型件和环形表面上所造成。粘附可由于油雾、水雾或可能存在于压缩机中的其它雾所造成。结果是材料积聚，其造成增加的表面粗糙度和在某种程度上改变翼型件的形状。图1示出在离心式压缩机的叶轮上的这种材料积聚。图2示出在压缩机的排出锥体上的材料积聚。虽然特别地讨论了翼型件，但是对于压缩机的其它构件同样如此。由于污染物较小，例如，它们中的某些可小于2μm，故目前通过清洁来消除污垢。

这意味着不断地检查压缩机并且当检测到积聚时，压缩机将停止运行。然后，通过从压缩机移除或者如果受影响的压缩机部分的入口打开则通过在压缩机构件仍附连到压缩机的同时清洁构件，清洁经历积聚的压缩机构件。所有这些操作需要停止由压缩机执行的过程，即，整个生产循环受到此清洁过程的影响。这导致压缩机的操作者不期望的生产停机时间和生产损失。

热腐蚀是使压缩机的部件退化的另一种机理。热腐蚀是由于构件与诸如盐、矿物酸或活性气体的特定污染物之间的化学反应所造成的材料从流动路径构件的损失。这些化学反应的产物可作为垢粘附到压缩机构件上。另一方面，高温氧化是构件金属原子与来自周围热气体环境的氧之间的化学反应。通过氧化垢的保护则将由于例如热循环期间的诸如破裂或剥落的任何机械损坏而减弱。

可能会损坏压缩机构件的另一种机理是冲击侵蚀。各种粒子在这些粒子循环通过压缩机时撞击到压缩机的流动表面上。这些粒子典型地具有大于20μm的直径，以造成冲击侵蚀。侵蚀对于航空发动机应用可能更成问题，因为用于工业应用的现有的过滤系统将典型地消除大多数的更大的粒子。侵蚀对于过程气体或流体携带固体材料的从动的压缩机或泵可能也成问题。损坏通常由撞击流动路径构件的较大异物造成。这些物体可随着气流进入压缩机。从燃料喷嘴脱落的碳积聚件也可能对压缩机构件造成损坏。

所有这些过程，即对翼型件的侵蚀、沉积或损坏，会改变翼型件的几何形状。这些装置的叶片的劣化伴随有出口角的变化和增加的损失。如果叶片以跨音速或接近跨音速操作，沉积物或增加的粗糙度(以及在边界层厚度中相关的生长)也将减小通过叶片排的可能流动。在叶片和侧壁上的更厚的边界层会减小流量，尤其接近堵塞状态。另一方面，如果后缘侵蚀，则叶片的喉部宽度将增加，从而允许更多流动，但具有更小的头部减弱。除了清洁压缩机的受影响构件之外，并不存在用于防止上述过程的已知有效方法。

因此，将需要提供避免上述问题和缺陷的系统和方法。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在用于至少覆盖压缩机的叶轮的面的叶轮覆盖件。叶轮覆盖件包括可移除主体，可移除主体具有第一面和与第一面相对的第二面，第二面构造成与压缩机的叶轮的前面匹配，并且还具有覆盖压缩机的叶轮的整个前部的前部；以及固定机构，其连接到可移除主体并且构造成将叶轮覆盖件固定到压缩机的叶轮上。叶轮覆盖件是一次性的。

根据另一示例性实施例，存在一种压缩机，其包括外壳、设置在外壳内部的轴上并且构造成绕纵向轴线旋转的叶轮以及用于至少覆盖叶轮的面的叶轮覆盖件。叶轮覆盖件包括可移除主体，其具有第一面和第二面，第二面与第一面相对，第二面构造成与叶轮的前面匹配，并且还具有覆盖压缩机的叶轮的整个前部的前部。叶轮覆盖件还包括固定机构，其连接到可移除主体并且构造成将叶轮覆盖件固定到叶轮上。可移除主体的第一面构造成具有实现预定空气动力特性的轮廓，而与叶轮的前面相对应的可移除主体的第二面的轮廓具有比预定空气动力特性不太合乎期望的空气动力特性，并且叶轮覆盖件是一次性的。

根据又一示例性实施例，存在用于保护压缩机的叶轮免于材料积聚和/或侵蚀的方法。该方法包括利用叶轮覆盖件覆盖叶轮的前面并且将叶轮覆盖件固定到叶轮上。

附图说明

合并于说明书中并构成说明书的一部分的附图示出一个或多个实施例，并且与说明书一起来解释这些实施例。在附图中：

图1是材料积聚存在于其上的压缩机的叶轮的示意图；

图2是材料积聚存在于其上的压缩机的排出锥体的示意图；

图3是压缩机的示意图；

图4是图3的压缩机的叶轮的示意图；

图5是根据示例性实施例的叶轮和叶轮覆盖件的示意图；

图6是根据示例性实施例的叶轮覆盖件的示意图；

图7是根据示例性实施例的叶轮覆盖件的示意图；

图8是根据示例性实施例的叶轮覆盖件的背部的示意图；以及

图9是示出根据示例性实施例的用于保护压缩机叶轮的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

示例性实施例的下文描述参考附图。在不同附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件。下文具体描述并不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，针对压缩机的术语和结构来讨论以下实施例。然而，将在下文中讨论的实施例并不限于压缩机，而是可应用于具有由材料积聚和/或侵蚀所影响的构件的其它系统。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及表示结合实施例进行描述的特定的特征、结构或特性包括于所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各个位置的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定指的是相同的实施例。另外，特定的特征、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。

根据示例性实施例，可形成一次性叶轮覆盖件以至少覆盖压缩机的叶轮的前面。通过利用叶轮覆盖件覆盖压缩机叶轮的前面，防止叶轮的材料积聚和/或侵蚀。在材料积聚发生在叶轮覆盖件上的情况下，可停止压缩机较短的时间间隔，可将叶轮覆盖件移除并可将新叶轮覆盖件固定到压缩机的叶轮上。使用一次性叶轮覆盖件的过程将节省时间并延长叶轮寿命。

根据图3所示的示例性实施例，压缩机10可包括壳体12，至少叶轮14设置在该壳体中。叶轮14可具有叶轮轮毂16，叶轮叶片18形成到叶轮轮毂16上。叶轮14固定到轴20上，轴20可绕纵向轴线Z旋转。轴20由轴承22支承。压缩机可具有入口24和出口26。

设置在入口24处的流体由叶轮14加速并且在出口26处以较高压力排出。叶轮14具有直接面对流动流体的前区域和由前区域屏蔽而不与流体接触的后区域。为了更清楚起见，前区域和后区域示于图4中。前区域30示出为与流动流体34直接接触，而叶轮14的后区域32示出为不与流动流体34相互作用。

如前所述，流体34的成分可能作为垢36积聚在叶轮14上，如图4所示。根据图5所示的示例性实施例，叶轮覆盖件50可移除地附连到叶轮14上，以防止垢36和/或其它损坏因素直接影响叶轮14。因此，叶轮覆盖件的第一面52(前面)制造成反映(mirror)叶轮14的前面14a。叶轮50的第一面52的轮廓应足够接近叶轮14的前面14a的轮廓，使得叶轮14的空气动力特性不会由于叶轮覆盖件50而退化。应由叶轮覆盖件50保留的叶轮14的某些特性为叶轮(压缩机)效率、压缩机多变压头、压缩机阻墙(堵塞)范围和压缩机喘振范围。根据示例性实施例，叶轮覆盖件50可仅保留叶轮效率。

根据又一示例性实施例，叶轮14的前面14a可加工成不同于类似叶轮的所期望的前面，即，叶轮14的前面14a可设计成不实现上述特性。换句话说，叶轮14可具有(缺陷的)前面14a，其具有本领域技术人员在传统压缩机或涡轮机中不会使用的不期望的特性。然而，叶轮覆盖件50可设计成使得当覆盖缺陷前面14a时，叶轮覆盖件50的第一面52实现上述特性。因此，单独的叶轮14并不具有良好压缩机所期望的特征，而是叶轮14与叶轮覆盖件50一起实现所期望的特性。

根据另一示例性实施例，叶轮覆盖件50的与第一面52相对的第二面54应匹配叶轮14的前面14a，从而防止在叶轮覆盖件50与叶轮14之间形成气穴。叶轮覆盖件50可由塑料、金属或将由本领域技术人员认识到的其它适当材料形成。在一种应用中，叶轮覆盖件50可具有一种材料制成的第一区域和由不同于第一材料的第二材料制成的第二区域。例如，图6示出叶轮覆盖件50的前区域56和叶轮覆盖件50的后区域58。在此实例中，前区域56可由任何塑料制成，而后区域58可由特定塑料形成。在示例性实施例中，特定塑料可为可伸展塑料，使得这部分可绕叶轮14的后区域32伸展以将叶轮覆盖件50固定到叶轮14上。在另一示例性实施例中，特定塑料可为可热收缩塑料，其在热处理下收缩。这也可用于将整个叶轮覆盖件50固定到叶轮14上。在又一示例性实施例中，整个叶轮覆盖件50可由特定塑料形成。

根据另一示例性实施例，叶轮覆盖件50的主体的一部分可具有第一厚度t160，主体的另一部分可具有第二厚度t262，如图7所示。在一个示例性实施例中，叶轮覆盖件50的厚度是均匀的。本领域技术人员应了解，叶轮覆盖件50的厚度至少取决于叶轮的大小和叶轮的形状。然而，叶轮覆盖件50的厚度应使得叶轮覆盖件50的第一表面反映叶轮14的前面14a。

叶轮覆盖件50可包括将叶轮覆盖件50固定到叶轮14上的固定机构。一种这样的机构已在上文中讨论，并且它为附连到叶轮覆盖件50的主体上的可伸展材料。可伸展材料可形成叶轮覆盖件50的后部58并且可在叶轮14的后区域32上方延伸。另一种这样的机构是上文所讨论的可热收缩材料，并且它可用作叶轮覆盖件50的后部58。在另一示例性实施例中，整个叶轮覆盖件50可由可伸展材料或者可热收缩材料形成。

根据另一示例性实施例，后视图在图8中示出的叶轮覆盖件50可具有孔80或附连装置84，用于将叶轮覆盖件50固定到叶轮14上。孔80可通过条带82彼此连接或者附连装置84可连接到接收部件86用于将叶轮覆盖件50固定到叶轮14。孔80、条带82、附连装置84和接收部件86可形成在叶轮覆盖件50的后部58上。

根据另一示例性实施例，凹穴88可形成在叶轮覆盖件50的第二表面54上。凹穴88可离散地(即在给定位置)或连续地(即覆盖第二表面54)形成。凹穴88可包括将叶轮覆盖件粘附到叶轮上的材料，例如，胶状材料。也可使用实现叶轮覆盖件与叶轮之间的结合的其它材料。根据此应用，当叶轮覆盖件50附连到叶轮14上时，凹穴88粘着到叶轮14的前面14a，从而将叶轮覆盖件50固定到叶轮14上。在不偏离将由本领域技术人员所理解的实施例范围的情况下，可使用用于将叶轮覆盖件固定到叶轮上的其它机构。

在一个示例性实施例中，叶轮覆盖件50可仅仅覆盖叶轮14的一部分，即前面14a。在另一示例性实施例中，叶轮覆盖件50可完全覆盖叶轮14，即叶轮14的前面和背面。与由叶轮覆盖件50所覆盖的叶轮14的百分比无关，叶轮覆盖件50是可移除的(一次性的)并且可在必要时由新叶轮覆盖件替换。在一个示例性实施例中，旧叶轮覆盖件的移除和新叶轮覆盖件的添加无需压缩机的任何拆卸。

根据示例性实施例，下文讨论利用叶轮覆盖件来保护压缩机叶轮的方法。如图9所示，该方法包括利用叶轮覆盖件来覆盖叶轮的前面的步骤900和将叶轮覆盖件固定到叶轮上的步骤902。该方法还可包括移除叶轮覆盖件的步骤和添加新叶轮覆盖件的步骤。叶轮覆盖件可成形为使得叶轮覆盖件的前面构造成具有实现预定空气动力特性的轮廓，而与叶轮的前面相对应的叶轮覆盖件的背面的轮廓具有比预定空气动力特性不太合乎期望的空气动力特性。

所公开的示例性实施例提供用于保护压缩机的部件免于退化的叶轮覆盖件、压缩机系统和方法。应了解的是，本说明书不预期限制本发明。相反，示例性实施例预期涵盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代物、改进和等价物。另外，在示例性实施例的详细描述中，陈述了许多具体细节以提供对所要求保护的本发明的综合理解。然而，本领域技术人员应了解的是，各种实施例可在没有这些特定细节的情况下来实施。

尽管本示例性实施例的特征和元件以特定组合描述在实施例中，但是每个特征或元件可在不具有实施例的其它特征和元件的情况下单独地使用，或者在具有或不具有本文所公开的其它特征和元件的情况下以各种组合使用。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且也使得本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统和执行任何包含的方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果它们包括在权利要求的字面语言内的等价结构元件，则这些其它实例预期在本权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于至少覆盖压缩机(10)的叶轮(14)的面(14a)的叶轮覆盖件(50)，所述叶轮覆盖件(50)包括：

可移除主体(50)，其具有第一面(52)和与所述第一面(52)相对的第二面(54)，所述第二面(54)构造成与所述压缩机(10)的叶轮(14)的前面(14a)匹配，并且还具有覆盖所述压缩机(10)的叶轮(14)的整个前部的前部(56)；以及

固定机构(58，80，82，84，86)，其连接到所述可移除主体(50)上并且构造成将所述叶轮覆盖件(50)固定到所述压缩机(10)的叶轮(14)上；其中

所述叶轮覆盖件(50)是一次性的。

2.如权利要求1所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述叶轮覆盖件(50)的可移除主体(50)具有部分地覆盖所述叶轮(14)的后部的后部(58)，并且所述叶轮覆盖件(50)的前部(56)构造成由通过所述压缩机(10)的流体流直接接触。

3.如权利要求2所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述可移除主体(50)的后部(58)形成所述固定机构(58，80，82，84，86)并且构造成至少部分地可伸展地覆盖所述叶轮(14)的后部。

4.如权利要求2所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述叶轮覆盖件(50)的后部(58)包括孔(80)，所述孔(80)构造成允许条带(82)连接所述孔(80)，使得所述叶轮覆盖件(50)固定在所述压缩机(10)的叶轮(14)上并且所述叶轮覆盖件(50)的前部(56)不具有孔。

5.如权利要求1所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述可移除主体(50)的第一面(52)构造成具有实现预定空气动力特性的轮廓，而与所述叶轮(14)的前面(14a)相对应的所述可移除主体(50)的第二面(54)的轮廓具有比所述预定空气动力特性不太合乎期望的空气动力特性。

6.如权利要求1所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述固定机构(58，80，82，84，86)包括分布在所述叶轮覆盖件(50)的第二面(54)上的粘附凹穴(88)。

7.如权利要求6所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述粘附凹穴(88)覆盖所述叶轮覆盖件(50)的整个第二面(54)。

8.如权利要求1所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述可移除主体(50)由塑料或金属或塑料与金属的组合形成。

9.如权利要求1所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述固定机构(58，80，82，84，86)包括不同于所述可移除主体(50)的材料。

10.如权利要求1所述的叶轮覆盖件，其特征在于，所述固定机构(58)是热敏的，使得施加于所述固定机构(58)的热处理使所述固定机构(58)变紧，以将所述叶轮覆盖件(50)固定到所述压缩机(10)的叶轮(14)上。

11.一种压缩机(10)，其包括：

外壳(12)；

叶轮(14)，其设置在所述外壳(12)内部的轴(20)上并且构造成绕纵向轴线(Z)旋转，以及

叶轮覆盖件(50)，其用于至少覆盖所述叶轮(14)的面(14a)，所述叶轮覆盖件(50)包括：

可移除主体(50)，其具有第一面(52)和第二面(54)，所述第二面(54)与所述第一面(52)相对，所述第二面(54)构造成与所述叶轮(14)的前面(14a)匹配，并且还具有覆盖所述压缩机(10)的叶轮(14)的整个前部的前部(56)，和

固定机构(58，80，82，84，86)，其连接到所述可移除主体(50)上并且构造成将所述叶轮覆盖件(50)固定到所述叶轮(14)上，其中

所述可移除主体(50)的第一面(52)构造成具有实现预定空气动力特性的轮廓，而与所述叶轮(14)的前面(14a)相对应的所述可移除主体(50)的第二面(54)的轮廓具有比所述预定空气动力特性不太合乎期望的空气动力特性，以及

所述叶轮覆盖件(50)是一次性的。

12.根据权利要求11所述的压缩机，其特征在于，所述叶轮覆盖件(50)的可移除主体(50)具有部分地覆盖所述叶轮(14)的后部的后部(58)，并且所述叶轮覆盖件(50)的前部(56)由通过所述压缩机(10)的流体流直接接触。

13.如权利要求12所述的压缩机，其特征在于，所述可移除主体(50)的后部(58)形成所述固定机构(58，80，82，84，86)并且构造成至少部分地可伸展地覆盖所述叶轮(14)的后部。

14.一种用于保护压缩机(10)的叶轮(14)免于材料积聚和/或侵蚀的方法，所述方法包括：

利用叶轮覆盖件(50)覆盖所述叶轮(14)的前面(14a)，使得所述叶轮覆盖件(50)的前面(52)构造成具有实现预定空气动力特性的轮廓，而与所述叶轮(14)的前面(14a)相对应的所述叶轮覆盖件(50)的背面(54)的轮廓具有比所述预定空气动力特性不太合乎期望的空气动力特性；以及

将所述叶轮覆盖件(50)固定到所述叶轮(14)上。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

移除所述叶轮覆盖件(50)；以及

利用新叶轮覆盖件(50)来覆盖所述叶轮(14)的前面(14a)。

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