CN102741555B - 压缩机端头加热组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于在机械密封件附近提供热阻隔的压缩机端头(200)包括内部端头(210)和外部端头(220)。外部端头(220)包括在中心的用于封闭内部端头(210)的开口(221)、出口(224)，以及沿着侧表面沿径向邻近开口(221)的凹槽(225)。内部端头(210)具有在中心的开口(211)、入口(213)、在开口(211)中的用于封闭压缩机轴的端部部分的凹槽(212)，以及沿着外表面的流径。

Description

压缩机端头加热组件
技术领域
示例性实施例大体涉及压缩机，并且更具体而言，涉及提供热阻隔来确保压缩机在广泛的温度范围内平稳地运行。
背景
压缩机是通过使用机械能来提高可压缩流体(例如气体)的压力的机器。压缩机用于许多不同的应用和大量工业工艺中，包括动力发生、天然气液化和其它工艺。用于这样的工艺和工艺装置中的各种类型的压缩机之中有所谓的离心压缩机，其中，机械能以离心加速的方式(例如通过旋转离心叶轮)对通往压缩机的气体输入起作用。
离心压缩机可配备有单个叶轮，即，单级构造，或者配备有串联的多个叶轮，在这种情况下，它们常常被称为多级压缩机。离心压缩机级中的各个典型地包括用于待压缩的气体的入口管道、能够对输入气体提供动能的叶轮，以及将离开叶轮的气体的动能转换成压力能的扩散器。
在图1中示出了多级压缩机100。压缩机100包括轴120和多个叶轮130。轴120和叶轮130包括在转子组件中，转子组件通过轴承190和190’而得到支承，并且通过密封件180和180’而与外部密封开。
多级离心压缩机操作来从入口管160吸入输入过程气体，以通过转子组件的运行来提高过程气体压力，并且随后通过出口管170在输出压力处排出过程气体，输出压力高于过程气体的输入压力。过程气体可为例如二氧化碳、氢化硫、丁烷、甲烷、乙烷、丙烷、液化天然气或其组合中的任一个。在叶轮130和轴承190和190’之间提供密封件180和180’，以防止过程气体流过到轴承。
各个叶轮130提高过程气体的压力。可认为各个叶轮130是多级压缩机100的一个级。因此，额外的级会导致输出压力与输入压力的比率增大。
油气工业和动力装置中的压缩机以不同的气体温度运行。温度从低温到非常高的温度而变化。蒸发(boiled off)气体应用(BOG)压缩机中的内表面会经受低温，而压缩机的外表面暴露于环境温度。由于低温的原因，在构件中会发生热收缩。由于不同部件上的温度的差异的原因，收缩不均匀。不均匀的收缩会减小间隙，并且/或者在邻近的构件之间产生干涉，并且影响压缩机的性能。在BOG压缩机中，密封件180和180’(大体上，机械密封件或干气密封件类型或DGS)、端头140和140’(还可包括受加热的密封件载体)、轴承190和190’和轴120之间的不同热收缩会在它们之间产生干涉，并且影响压缩机的正常运行。
为了移除或降低跨过所涉及的运行温度的热张力，干气密封件180和180’封装在受加热的密封件载体140和140’中，密封件载体140和140’也用作隔热件。
通过在DGS的周围引入热阻隔来最大程度地减小干气密封件和端头上的热张力和应力将是合乎需要的，以确保BOG压缩机平稳地运行。
概述
根据这些示例性实施例的系统和方法提供了径向和轴向热阻隔，以通过在机械密封件的周围引入热阻隔来最大程度地减小机械密封件和端头上的热张力和应力，以确保BOG压缩机的平稳地运行。
根据示例性实施例，一种用于在机械密封件附近提供热阻隔的压缩机端头包括内部端头和外部端头。外部端头包括在中心的用于封闭内部端头的开口、出口，以及沿着侧表面沿径向邻近开口的凹槽。内部头具有在中心的开口、入口、在开口中的用于封闭压缩机轴的端部部分的凹槽，以及沿着外表面的流径。
根据另一个示例性实施例，一种用于在机械密封件附近提供热阻隔的压缩机端头包括内部端头和外部端头。内部头包括在中心的开口、入口、在开口中的用于封闭压缩机轴的端部部分的凹槽。外部端头包括在中心的用于封闭内部端头的开口、出口、沿着侧表面沿径向邻近开口的凹槽、连接到入口上的入口腔、连接到出口上的出口腔，以及连接入口腔和出口腔的轴向通道。
根据另一个实施例，一种压缩机包括轴、多个叶轮、多个密封件、在密封件附近的内部端头和外部端头。外部端头包括在中心的用于封闭内部端头的开口、出口，以及沿着侧表面沿径向邻近开口的凹槽。内部头具有在中心的开口、入口、在开口中的用于封闭压缩机轴的端部部分的凹槽，以及沿着外表面的流径。
附图简述
附图示出了示例性实施例，其中：
图1示出了多级压缩机；
图2示出了根据示例性实施例的干气密封件端头；
图3和4示出了根据示例性实施例的干气密封件端头的剖面图；
图5和6示出了根据示例性实施例的外部端头的内侧和外侧；
图7示出了根据示例性实施例的外部端头的剖面图；
图8和9示出了根据示例性实施例的内部端头的内部和外部剖面图；
图10示出了根据示例性实施例的内部端头中的油流径；
图11示出了根据示例性实施例的端头中的油流径；
图12和13示出了根据示例性实施例的干气密封件端头的剖面图；
图14示出了根据示例性实施例的外部端头的剖面图；以及
图15和16示出了根据示例性实施例的内部端头的剖面图。
详细描述
示例性实施例的以下详细描述参照了附图。在不同的图中的相同的参考标号标识相同的或类似的元件。而且，以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。
在示例性实施例中，通过在机械密封件的周围提供轴向热阻隔来防止机械密封件和端头之间的干涉，以确保BOG压缩机平稳地运行。
对于BOG应用，机械密封件(诸如图1的密封件180和180’)可包括如已知的那样封装在受加热的密封件载体中的干气密封件。干气密封件密闭压缩机，以将压缩机与外部密封开。
干气密封件可在压缩机的端部处与端头140和140’接触。参照图2，端头200可包括内部端头210和外部端头220。端头210和220中的各个或两者可为圆形，或者可为一些其它形状，但是在示例性实施例中示为圆形。在一些实施例中，可通过例如焊接内部端头210和外部端头220来形成端头200。
在图5和6中示出了圆形或环形形状的外部端头220。外部端头220可包括在中心的圆形开口221，在圆形开口221内，可沿周向封闭或配合内部端头210(如图2中示出的那样)。
参照图2，外部端头220包括在内侧表面222上的热油出口224。外部端头220还包括围绕圆形开口221的圆形凹槽225，其中，内部端头210可与外部端头220焊接在一起，以形成周向封闭。外部端头220可包括沿着两个侧表面(即内侧表面和外侧表面)的凹槽225。内部端头210包括热油入口213。
在图8和9中示出了内部端头210的外表面和内表面的剖面图。内部端头210包括在中心的圆形开口211。如图8中示出的那样，内部端头210包括在开口内的多个凹槽212，以有利于布置和密封压缩机轴的端部部分。
内部端头210的直径可大致等于外部端头220的圆形开口221的直径，以便有利于将内部端头210封闭在外部端头220内。
如图9中示出的那样，内部端头210还可包括沿着外表面的油流径214。流径214可为螺旋形流径。可在凹槽212之间形成沿着外表面的流径214，凹槽212在内部端头的内表面上。也就是说，外表面上的螺旋形路径214可对应于内部端头的内表面的、在凹槽212之间的凸起部分(路径214可定位在外表面上而对应于内部端头210的内表面上的凹槽212之间的凸起部分)。在一些实施例中，流径214可对应于凹槽212。当内部端头210焊接到外部端头220上时，流径214可为热油或气体提供路径，以使它们从入口213流到出口224。
图3和4的端头200示出了螺旋形流径214和热油或气体出口224。当结合图2观察时，进入内部端头210的入口213的热油或气体通过螺旋形流径214流到外部端头220的出口224。
内部端头210的外表面可包括螺旋形流径214，如上面描述的以及在图10中示出的那样。流径可类似于提供图11中示出的轴向热阻隔的螺旋形路径。本文描述的流径在端头和DGS之间提供热阻隔。
在一些实施例中，还可提供额外的热阻隔。参照图7，紧邻外部端头220的外侧表面(更接近DGS)的热油/气体腔223会进一步减小热差。在这个实施例中，螺旋形流径214中的油流到腔223中，并且流到出口224。
为了防止从螺旋形流径泄漏出，在一些实施例中，可在内部端头210和外部端头220之间进行轻微的干涉配合。在一些实施例中，内部端头和外部端头还可栓接到压缩机壳体上。
在一些实施例中，螺旋形流径可由外部端头中的直孔代替，以对内部端头提供加热，使得内部端头和干气密封件可保持在需要的温度处，以避免在压缩机在低温处处理或加工气体时在干气密封件和端头之间有干涉。
参照图12和13，端头300包括内部端头310和外部端头320(如上面描述的那样，对应于端头200的内部端头210和外部端头220)。内部端头310包括热油入口313。外部端头320包括用于有利于将内部端头310焊接到外部端头320上的热油出口324和凹槽325。外部端头还包括入口气体或油腔326和出口气体或油腔327。
在内部头热油入口313附近提供用于接收来自入口313的油的腔326。外部端头320中的多个通路328(在图14中示出)有利于油从入口腔326流到出口腔327。出口腔327连接到油出口324上。在示例性实施例中，可存在四个通路(或通道或孔)328。
腔326和327可通过外部端头320中的直孔328而与彼此连接，以便有利于热油沿着内部端头310的轴线均匀地流动。
内部端头310可呈图15和16中示出的形式。内部端头310还可有利于油沿着其外表面315从外部端头320的入口313流到出口324。内部端头310可提供迷宫式密封。
如本文所用，用语外部端头(或内部端头)的“内侧表面”可指示端头的、面对叶轮(即，在叶轮和轴的端部之间)的侧部。如本文所用，用语“外侧表面”可指示端头的、在不面向叶轮的侧的侧部(即，端头的面向外壳的外部的侧部)。
外部端头的外表面在机械密封件的附近。机械密封件可为干气密封件(DGS)。入口、出口、腔(图7的)和流径可用于热油或气体。
入口腔326和出口腔327提供径向热阻隔。通道或通路328(图12的)可为轴向通道，并且提供轴向热阻隔。
本文描述的示例性实施例提供多个优点。根据示例性实施例的加热系统提供径向和轴向热阻隔。热阻隔减小入口和围绕DGS的区之间的热传递，从而导致BOG压缩机平稳地运行。优化流径在DGS的周围沿径向方向和轴向方向提供了温度的逐渐变化，并且还降低内部热应力。另外，根据示例性实施例的加热系统防止DGS和端头之间有干涉。该系统简单且紧凑。该系统还防止干涉，并且为BOG压缩机在低温处提供平稳的运行。
所描述的示例性实施例在蒸发气体应用中提供用于处理温度梯度的轴向热阻隔或轴向和径向热阻隔。端头可栓接到压缩机上。内部头和外部头还可进行干涉配合，以形成端头。
上面描述的示例性实施例在所有方面都意图为说明本发明，而非限制本发明。因而，本发明能够在详细实现中有许多变型，本领域技术人员可从本文包含的描述中得出该许多变型。认为所有这样的变型和修改都在所附权利要求所限定的本发明的范围和精神内。在本申请的描述中使用的元件、动作或指令不应理解为对本发明是关键的或必需的，除非明确地描述了这种情况。而且，如本文所用，冠词“一个”意图包括一个或多个项目。

Claims (15)

1.一种用于对机械密封件提供热阻隔的压缩机端头(200)，所述端头(200)包括：
内部端头(210)，其具有在中心的内部端头开口(211)、入口(213)、在所述内部端头开口(211)中的用于封闭压缩机轴的端部部分的内部端头凹槽(212)，以及沿着外表面的流径；以及
外部端头(220)，其具有在中心的用于封闭所述内部端头(210)的外部端头开口(221)、出口(224)，以及沿着侧表面沿径向邻近所述外部端头开口(221)的外部端头凹槽(225)。
2.根据权利要求1所述的压缩机端头，其特征在于，所述外部端头进一步包括沿着外表面在所述外部端头凹槽附近的腔。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的压缩机端头，其特征在于，所述内部端头的外表面在所述机械密封件附近。
4.根据权利要求1或2所述的压缩机端头，其特征在于，所述机械密封件是干气密封件(DGS)。
5.根据权利要求1或2所述的压缩机端头，其特征在于，所述内部端头的直径大致等于在所述外部端头的中心的开口的直径。
6.根据权利要求1或2所述的压缩机端头，其特征在于，所述内部端头的外表面上的流径对应于所述内部端头的内表面上的内部端头凹槽。
7.根据权利要求2所述的压缩机端头，其特征在于，所述入口、所述出口、所述流径和所述腔用于热油或气体。
8.根据权利要求1或2所述的压缩机端头，其特征在于，所述流径连接到所述入口和所述出口上。
9.根据权利要求1或2所述的压缩机端头，其特征在于，所述流径是螺旋形流径，并且对所述机械密封件提供至少轴向热阻隔。
10.根据权利要求9所述的压缩机端头，其特征在于，所述流径对所述机械密封件提供径向热阻隔。
11.根据权利要求1或2所述的压缩机端头，其特征在于，所述内部端头沿着所述外部端头的所述外部端头凹槽而焊接到所述外部端头上。
12.一种用于对机械密封件提供热阻隔的压缩机端头(200)，所述端头(200)包括：
内部端头(210)，其具有在中心的内部端头开口(211)、入口(213)，以及在所述内部端头开口中的用于封闭压缩机轴的端部部分的内部端头凹槽(212)；以及
外部端头(220)，其具有在中心的用于封闭所述内部端头(210)的外部端头开口(221)、出口(224)、沿着侧表面沿径向邻近所述外部端头开口(221)的外部端头凹槽(225)、连接到所述入口(213)上的入口腔(326)、连接到所述出口(224)上的出口腔(327)，以及连接所述入口腔(326)和所述出口腔(327)的轴向通道(328)。
13.根据权利要求12所述的压缩机端头，其特征在于，所述入口腔连接到所述内部端头的所述入口上，并且所述出口腔连接到所述出口上。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的压缩机端头，其特征在于，加热物质通过所述通道中的一个而从所述入口流到所述入口腔，并且从所述入口腔流到所述出口腔。
15.一种压缩机(100)，包括：
轴(120)；
多个叶轮(130)；
内部端头(210)，具有在中心的内部端头开口(211)、入口(213)、沿着表面邻近所述内部端头开口(211)而用于封闭所述轴的端部部分的多个内部端头凹槽(212)，以及沿着径向外表面的至少一个流径；以及
外部端头(220)，其具有在中心的用于封闭所述内部端头(210)的外部端头开口(221)、出口(224)，以及沿着内表面和外表面沿径向邻近所述外部端头开口(221)的外部端头凹槽(225)。
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