CN102235373B - 具有拉杆和栓接凸缘的组套转子及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有拉杆和栓接凸缘的组套转子及方法。具体而言，提供了用于压缩机的转子及方法。该转子包括：实心第一短轴，其具有构造成用以与对应的轴承接合的第一端，以及具有凸缘的第二端，该凸缘构造成用以通过螺栓附接到压缩机第一叶轮的对应凸缘上；构造成用以穿过压缩机的第一叶轮的拉杆；构造成用以接合拉杆第一端的螺纹区域的螺母；以及实心第二短轴，其具有构造成用以收容拉杆第二端螺纹部分的第一端，以及构造成用以与对应轴承接合的第二端。拉杆不接触实心第一短轴。

Description

具有拉杆和栓接凸缘的组套转子及方法

技术领域

本文所公开的主题的实施例主要涉及系统和方法，并且更具体地涉及用于通过组套转子(stack rotor)防止压缩介质泄漏至大气的机构及技术。

背景技术

涡轮机广泛用于油气行业来进行流体压缩、将电能转变成机械能、流体液化等。一种这样的机器为压缩机。现代的压缩机包括构造成用以压缩介质的多个级(例如，串联连接的多个叶轮)，各级均在某一压力范围中压缩介质。单个转子(例如，制造为单个的实心金属件)可用于保持多个叶轮。然而，高级压缩机使用更为复杂的转子，该转子具有一对构件以便实现更高的压力比和传送压头。

参看图1，此种复杂的转子10(其在美国专利No.3,749,516中公开，该专利的全部公开内容通过引用并入到本文中)可包括短轴(stub)12和14，多个叶轮16,18,20和22夹在它们之间。为了使叶轮16,18,20和22彼此紧密保持，贯穿螺栓(或称为长螺栓)30在两端处拧入且附接(旋拧)到短轴12和14中。

短轴12通过纵向销钉24附接到第一叶轮16上，而短轴14通过沿径向方向的键33附接到叶轮22上。销钉24和键26提供叶轮组件与短轴12和14之间的传动连接。注意的是，贯穿螺栓首先旋拧到短轴12中，然后叶轮16,18,20和22加装到贯穿螺栓30上，以及最后短轴14旋拧到贯穿螺栓30上。为此，销钉24沿转子的轴向方向延伸，而键26沿转子的径向方向延伸。然而，此种转子可能难以压缩，也即，难以将叶轮22连接到短轴14上和在需要叶轮22与短轴14之间准确对准以便插入键26时难以施加适当的负载。

其它现有转子具有中空转子，贯穿螺栓在轴承和密封区下方完全延伸穿过中空转子，且因此极为容易从转子外侧接近。为了将所需的负载施加到贯穿螺栓上，贯穿螺栓的一端拧入转子中，而另一端与转子中的开口连通。该布置在贯穿螺栓与中空转子之间形成了用于压缩介质的附加潜在泄漏路径，如果压缩介质不同于空气，则该泄漏路径尤其为潜在危险(例如，使人窒息的、有毒的、爆炸性的或所有的组合)。潜在泄漏路径出现在压缩机所压缩的介质处于高压时，且因此，压缩介质的一部分可通过转子朝低压区域散逸。可提供用于密封此种构造的系统，但它们仍然具有失效的潜在可能。

因此，期望的是提供系统和方法，其使得机器操作人员容易接近贯穿螺栓，而且不会在贯穿螺栓与机器的转子或其它零件之间发生泄漏。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种用于压缩机的转子。该转子包括：实心第一短轴，其具有构造成用以与对应的轴承接合的第一端，以及具有凸缘的第二端，该凸缘构造成用以通过螺栓附接到压缩机的第一叶轮的对应凸缘上；构造成用以穿过压缩机的第一叶轮的拉杆(或连接杆，tie rod)，该拉杆具有带螺纹区域的第一端和带螺纹部分的第二端，该第一端面向实心第一短轴的第二端；螺母，其构造成用以接合拉杆第一端的螺纹区域，且将预定负载施加到拉杆和压缩机的第一叶轮上；以及实心第二短轴，其具有构造成用以收容拉杆第二端螺纹部分的第一端，以及构造成用以与对应轴承接合的第二端。拉杆不接触实心第一短轴。

根据另一示例性实施例，存在一种压缩机，其包括：壳体；提供在壳体相对端处的第一轴承和第二轴承；实心第一短轴，其具有构造成用以与第一轴承接合的第一端和具有凸缘的第二端；第一叶轮，其具有构造成用以通过螺栓附接到实心第一短轴的凸缘上的凸缘；第二叶轮，其构造成用以附接到第一叶轮上；构造成用以穿过第一叶轮和第二叶轮的拉杆，该拉杆具有带螺纹区域的第一端和带螺纹部分的第二端，第一端面向实心第一短轴的第二端；螺母，其构造成用以接合拉杆第一端的螺纹区域，且将预定负载施加到拉杆和压缩机的第一叶轮和第二叶轮上；以及实心第二短轴，其具有构造成用以收容拉杆第二端螺纹部分的第一端，以及构造成用以与第二轴承接合的第二端，该实心第二短轴附接到第二叶轮上。拉杆不接触实心第一短轴。

根据又一个示例性实施例，存在一种组装压缩机转子的方法，该转子包括实心的第一短轴和第二短轴，以及多个叶轮。该方法包括将拉杆附接到实心第二短轴上；使多个叶轮在拉杆上滑动，使得最末叶轮接触实心第二短轴，后一叶轮接触最末叶轮等等，直到第一叶轮触及第二叶轮且在一侧为自由的；在第一叶轮的上述一侧将螺母上紧到拉杆上，以保持所有叶轮彼此接触且与实心第二短轴接触；使实心第一短轴接触第一叶轮，使得拉杆不触及实心第一短轴；以及通过将螺栓插入实心第一短轴的凸缘和第一叶轮的凸缘中来将实心第一短轴附接到第一叶轮上。

附图说明

并入说明书中且构成其一部分的附图示出了一个或多个实施例，且结合说明来阐述这些实施例。在附图中：

图1为压缩机的常规转子的示意图；

图2为根据示例性实施例的用于压缩机的新型转子的概略视图；

图3为根据示例性实施例的连接到叶轮上的实心第一短轴的示意图；

图4为根据示例性实施例的连接到叶轮上的实心第一短轴的示意图；

图5为根据示例性实施例的设置在多个叶轮内的拉杆的示意图；

图6为根据示例性实施例的连接到实心第二短轴上的叶轮的示意图；

图7为根据示例性实施例的压缩机的示意图；以及

图8为示出根据示例性实施例的用于组装压缩机的方法的流程图。

具体实施方式

示例性实施例的如下描述参照了附图。不同示图中的相同标号表示相同或相似的元件。如下详细描述并不限制本发明。代替的是，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，以下实施例将关于多级离心式压缩机的术语和结构来阐述。然而，接下来将阐述的实施例并不限于此种压缩机，而是可应用于其它类型的压缩机、涡轮、泵等。

贯穿说明书对"一个实施例"或"实施例"的参照意指结合实施例描述的具体特征、结构或特点包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，出现在贯穿说明书的不同位置中的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"并非必然地表示同一实施例。此外，具体的特征、结构或特点可采用任何适合的方式结合到一个或多个实施例中。

根据示例性实施例，机器的转子包括彼此连接的三个区段。第一区段为实心第一短轴，第二区段包括一个或多个叶轮，以及第三区段包括实心第二短轴。该一个或多个叶轮夹在实心的第一短轴与第二短轴之间。为了保持该一个或多个叶轮彼此紧密接触，拉杆穿过该一个或多个叶轮旋拧到实心第二短轴中。螺母附接到拉杆的另一端上，且拉杆通过上紧螺母以期望的张力预先加载。实心第一短轴覆盖螺母和拉杆的对应端。实心的第一短轴和第二短轴构造成用以与支承转子旋转的轴承进行接触。该机器可为压缩机、膨胀器、泵等。

根据图2中所示的示例性实施例，压缩机40包括容纳一个或多个叶轮的壳体42。图2示出了一组五个叶轮44,46,48,50和52。然而，注意的是，本文所述的示例性实施例应用于具有一个或多个叶轮的压缩机，且不限于如文中用作实例的五个叶轮。另外，图2为了简单起见示出了压缩机，但示例性实施例适用于其它的机器或压缩机类型。

实心第一短轴60构造成用以附接到第一叶轮44上。实心第一短轴60与第一叶轮44之间的界面(或接口，interface)62可包括用于实现在实心第一短轴60与叶轮44之间连接的各种元件。例如，如图3中所示，界面62可包括附接到实心第一短轴60上的凸缘64和附接到第一叶轮44上的凸缘66。凸缘64和66构造成用以彼此附接。根据示例性实施例，凸缘64和66具有一个或多个开孔68和70，一个或多个螺栓72提供在该一个或多个开孔68和70中。螺栓72可具有螺纹区域，该螺纹区域拧入凸缘66开孔70内的对应螺纹区域中。作为备选，凸缘66可具有凹槽，该凹槽以螺栓72端部可从外部进入的方式构建(开孔68一直穿过凸缘66)。在此情况下，凸缘的连接通过使用施加到螺钉72端部上的螺母来实现。该示例性布置的益处在于当使用不适于此类加工的材料时避免对凸缘66倒角。螺栓72的另一端74可完全地由开孔68容纳，例如，通过具有以更大直径钻取的开孔68的第一部分。作为备选，螺栓72的端部74可保留在凸缘64外。

根据图4中所示的另一示例性实施例，凸缘64的前表面76和凸缘66的对应前表面78可通过给它们提供啮合在一起的齿而彼此连接，例如，希斯(Hirth)连接或弯曲连接(联接件的弯曲连接具有精确面齿槽(spline)，该齿槽具有带接触深度的弯曲径向齿。它们用于连结两个或多个部件以形成单个操作单元)。根据另一示例性实施例，凸缘64和66仅通过螺栓74彼此连接。根据又一实施例，希斯机构和螺栓两者都可用于连接该两个凸缘。

回到图2，叶轮44,46,48,50和52可由螺栓、希斯连接或弯曲连接、它们两者或本领域中其它的公知机构而彼此连接。叶轮与第一短轴和第二短轴之间的连接同样是如此。各叶轮均具有内部开孔，该内部开孔与相邻叶轮的内部开孔连通。因此，如图5中更为清楚所示，通路80形成在叶轮44至52内，位于叶轮的中心区域。图5还示出了插入通路80内的拉杆82。拉杆82的第一端84由形成于第一叶轮44中的腔体86收容。螺母88提供在第一端84的螺纹区域90上。螺母88经旋拧直到其接触第一叶轮44的内侧部分92。因此，在一种应用中，拉杆82构造成不触及(或碰触)由叶轮形成的通路80。预定的张力通过适当上紧螺母88而施加到拉杆82上。本领域普通技术人员将认识到的是，其它机构可用于按压叶轮使之彼此抵靠。

拉杆82的另一端94在图6中示为旋拧到实心第二短轴96上。如上文参照图5所述，拉杆82可构造成不接触通路80。换言之，在一种应用中，拉杆82不接触机器的任何叶轮。

接下来，叶轮44至52的组装将关于图5和图6来阐述。最初，将拉杆82旋拧到实心第二短轴96上，直到拉杆82固定，也即不能进一步旋转。然后，将最末级52加装至接触实心第二短轴96。所有级一个接一个地加装至拉杆82，直到第一级44如图5中所示那样定位。在一种应用中，希斯联接件提供在每两个相邻级之间。在另一应用中，希斯联接件提供在实心第一短轴60与第一叶轮44之间，和/或最末级52与实心第二短轴96之间。

在如图5中所示那样加装第一叶轮44之后，将螺母88旋拧到拉杆82上，以便施加预定张力到拉杆82上。施加的张力确保压缩机的各个叶轮不会在压缩机工作时相对于彼此滑动。另外，施加的预定负载确保拉杆所穿过的所有叶轮与实心第二短轴96一起旋转。最后，将实心第一短轴60附接到第一叶轮44上，从而密封腔体86，拉杆82的第一端84存在于该腔体86中。这样，由叶轮压缩的气体不会像在常规装置中那样经过拉杆泄漏。因此，在一个示例性实施例中，拉杆82完全地包含在转子内，处在实心的第一短轴60与第二短轴96之间。

根据图7中所示的示例性实施例，压缩机100可包括四个叶轮44,46,48和52、实心第一短轴60、实心第二短轴96以及拉杆82。此外，压缩机100可包括沿实心第一短轴60密封流体流的干式密封单元102，以及沿实心第二短轴96密封流体流的干式密封单元104。由压缩机叶轮压缩的流体可沿转子散逸，而干式密封单元构造成用以最大限度地减小此种流动。干式密封单元构造成用以在压力下接收另一流体，以及在压力下将该种其它流体置于在散逸的压缩流体与环境之间。根据图7中所示的示例性实施例，拉杆82未延伸穿过干式密封单元102和104。

根据图7中所示的示例性实施例，轴承106,108和110可提供在实心的第一短轴60和第二短轴96的端部处。例如，轴承106和110可为支承轴承，即支承转子(60,44,46,48,52和96)旋转的轴承，而轴承108可防止转子轴向移位。在一种应用中，轴承和干式密封件两者均构造成用以面向实心的第一短轴和第二短轴，而叶轮构造成用以容纳拉杆而未触及拉杆。

利用该构造，并非与转子一样长的拉杆足够坚固以将转矩传递至叶轮，且克服由叶轮轴向推力所产生的转子轴向力。实际上，拉杆在叶轮下方可获得的径向空间远大于在密封件或轴承下方可用的空间。不使拉杆在密封件下方容许制造商使用更大直径的拉杆，且可能施加更高的轴向预定负载以及可能具有更好抵抗潜在有害振动的更高刚度的拉杆。此外，干式气体密封件的区域可为压缩机中的最热区，因为泄漏很少的密封件的摩擦以及这些密封件一般供有来自于压缩机的经过滤但很热的气体以避免形成潜在冷凝物的事实。因此，在干式气体密封件下方的拉杆通路将在密封件下方的转子与拉杆之间产生温差增长，以及拉杆热疲劳的潜在可能。

根据图8中所示的示例性实施例，存在一种组装压缩机转子的方法，该转子包括实心的第一短轴和第二短轴，以及多个叶轮。该方法包括步骤800，也即将拉杆附接到实心第二短轴上；步骤802，也即使多个叶轮在拉杆上滑动使得最末叶轮接触实心第二短轴，后一叶轮接触最末叶轮等等，直到第一叶轮触及第二叶轮且在一侧为自由的；步骤804，也即在第一叶轮的上述一侧将螺母上紧到拉杆上以保持所有叶轮彼此接触且与实心第二短轴接触；步骤806，也即使实心第一短轴接触第一叶轮，使得拉杆不触及实心第一短轴；以及步骤808，也即通过将螺栓插入实心第一短轴的凸缘和第一叶轮的凸缘中而将实心第一短轴附接到第一叶轮上。

所公开的示例性实施例提供了一种用于防止压缩介质从压缩机泄漏的系统及方法。应当理解的是，此描述并非旨在限制本发明。相反，示例性实施例意图涵盖归入如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围中的备选方案、变型和等同布置。此外，在示例性实施例的详细描述中阐述了许多具体细节，以便提供对主张专利保护的本发明的充分理解。然而，本领域普通技术人员将会理解到，各种实施例可在没有这些具体细节的情况下予以实施。

尽管本示例性实施例的特征和元件在实施例中描述为特定的组合，但也可在不具有该实施例的其它特征和元件的情况下单独地使用各个特征或元件，或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来使用各个特征或元件。

本书面说明使用了所公开主题的实例以使本领域的任何普通技术人员能够实施本主题，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本主题可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员所构思出的其它实例。这些其它实例意图落在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于压缩机的转子，所述转子包括：

实心第一短轴，其具有构造成用以与对应轴承接合的第一端，以及具有凸缘的第二端，所述凸缘构造成用以通过螺栓附接到所述压缩机的第一叶轮的对应凸缘上；

构造成用以穿过所述压缩机的第一叶轮的拉杆，所述拉杆具有带螺纹区域的第一端和带螺纹部分的第二端，所述第一端面向所述实心第一短轴的第二端；

螺母，其构造成用以接合所述拉杆的第一端的螺纹区域，以及用以将预定负载施加到所述拉杆和所述压缩机的第一叶轮上；以及

实心第二短轴，其具有构造成用以收容所述拉杆的第二端的螺纹部分的第一端，以及构造成用以与对应轴承接合的第二端，

其中，所述拉杆不接触所述实心第一短轴。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述实心第一短轴的凸缘和所述第一叶轮的对应凸缘具有将它们相互联接的齿机构。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第一叶轮构造成具有腔体，所述腔体容纳所述拉杆的第一端和所述螺母，使得所述拉杆的第一端不触及所述第一叶轮、所述第一叶轮的凸缘或所述实心第一短轴。

4.一种压缩机，包括：

壳体；

提供在所述壳体的相对端处的第一轴承和第二轴承；

实心第一短轴，其具有构造成用以与所述第一轴承接合的第一端和具有凸缘的第二端；

第一叶轮，其具有构造成用以通过螺栓附接到所述实心第一短轴的凸缘上的凸缘；

第二叶轮，其构造成用以附接到所述第一叶轮上；

构造成用以穿过所述第一叶轮和所述第二叶轮的拉杆，所述拉杆具有带螺纹区域的第一端和带螺纹部分的第二端，所述第一端面向所述实心第一短轴的第二端；

螺母，其构造成用以接合所述拉杆的第一端的螺纹区域，以及用以将预定负载施加到所述拉杆和所述压缩机的第一叶轮和第二叶轮上；以及

实心第二短轴，其具有构造成用以收容所述拉杆的第二端的螺纹部分的第一端，以及构造成用以与所述第二轴承接合的第二端，所述实心第二短轴附接到所述第二叶轮上，

其中，所述拉杆不接触所述实心第一短轴。

5.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括：

干式气体密封件，其构造成用以防止从所述第一叶轮泄漏的压缩介质散逸到所述壳体外，其中，所述干式气体密封件安置在所述实心第一短轴的第一端与凸缘之间。

6.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述实心第一短轴的凸缘和所述第一叶轮的对应凸缘具有将它们相互联接的希斯机构。

7.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述第一叶轮构造成具有腔体，所述腔体容纳所述拉杆的第一端和所述螺母，使得所述拉杆的第一端不触及所述第一叶轮、所述第一叶轮的凸缘或所述实心第一短轴。

8.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述拉杆构造成用以与所述第一叶轮和所述第二叶轮形成空间，但不触及所述第一叶轮和所述第二叶轮。

9.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括：

第一干式气体密封件，其安置成用以面向所述实心第一短轴，位于所述第一轴承与所述第一叶轮之间；以及

第二干式气体密封件，其安置成用以面向所述实心第二短轴，位于所述第二轴承与所述第二叶轮之间，

其中，所述拉杆的长度短于所述第一干式气体密封件与所述第二干式气体密封件之间的距离。

10.一种组装包括实心第一短轴和实心第二短轴以及多个叶轮的压缩机的转子的方法，所述方法包括：

将拉杆附接到所述实心第二短轴上；

使所述多个叶轮在所述拉杆上滑动，使得最末叶轮接触所述实心第二短轴，后一叶轮接触最末叶轮等等，直到第一叶轮触及第二叶轮且在一侧为自由的；

在第一叶轮的所述一侧将螺母上紧到所述拉杆上，以保持所有叶轮彼此接触且与所述实心第二短轴接触；

使所述实心第一短轴接触第一叶轮，使得所述拉杆不触及所述实心第一短轴；以及

通过将螺栓插入所述实心第一短轴的凸缘和第一叶轮的凸缘中以将所述实心第一短轴附接到第一叶轮上。