CN103168174B

CN103168174B - 压缩机

Info

Publication number: CN103168174B
Application number: CN201180050853.0A
Authority: CN
Inventors: 北野利树; 天野靖士
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: EP2631489A1; US20130195649A1; BR112013009472A2; JP2012107609A; US9239061B2; WO2012053389A1; BR112013009472B1; JP5231611B2; EP2631489A4; CN103168174A; EP2631489B1

Abstract

提供一种具备密封系统的压缩机，所述密封系统能够抑制伴随着液体向干气密封的渗入、供给的密封气体的液化的不良状况的发生。具备：干气密封（15）、密封气体流路（6）和排液气体流路（26），所述干气密封（15）具有旋转环（16）和静止环（19、20），所述旋转环（16）配设在壳体（1a）与转子轴（11）之间，围设在转子轴（11）上，所述静止环（19、20）经由弹性部件（17、18）设在壳体（1a）上，以便能够抵接到与转子轴（11）大致垂直的旋转环（16）的垂直端面上；所述密封气体流路（6）一端与吐出流路（5）连接，并且另一端与干气密封（15）的旋转环（16）的外周面（16a）和壳体（1a）之间的空间（37）连通而连接，夹设有密封气体调整阀（8）；所述排液气体流路（26）一端经由贯通孔（35）与空间（37）连通而连接，另一端连接在吸入流路（3）上，所述贯通孔（35）形成在旋转环（16）的下方的壳体（1a）上。

Description

压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机，更详细地讲，涉及采用所谓的干气密封的压缩机。

背景技术

在压缩机中，已知有各种形式，许多是使涡轮、螺旋转子、涡旋转子或轴流式的叶轮等旋转体旋转、随着该旋转体的旋转而将流体压缩的形式。因此，在压缩机中，形成收容旋转体的主要部分、用来将流体压缩的压缩空间，并且形成支承该旋转体的轴的轴承部。并且，在这些压缩空间与轴承部之间、或压缩空间与大气空间之间，为了防止压缩流体从压缩空间的漏出、以及从轴承部向压缩空间的润滑材料（油、润滑脂等）或（特别是在压缩的流体中采用所谓的工艺气体的压缩机等中）空气等的流入，采用了各种密封（轴封）。

特别是，关于将碳氢化合物等可燃性、爆炸性气体或有毒气体、腐蚀性气体等气体作为应压缩流体处置的压缩机，怎样构成对于该气体的密封变得重要。近来，作为完全不使用油作为密封用的材料的干的密封，所谓的干气密封受到关注。

干气密封大体上讲，由旋转环和静止环构成，所述旋转环与旋转体的轴一体旋转，所述静止环配置在与该旋转环的大致垂直于轴的垂直端面对置的位置上，经由弹性部件与壳体等固定。干气密封在旋转体静止的状态下，静止环抵接在旋转环上而形成密封面，防止应被压缩的气体的流出等。此外，在干气密封的旋转环的垂直端面、即与静止环对置的面的许多位置上，形成有螺旋状的槽。并且，在旋转体旋转的状态下，密封气体流入到螺旋状的槽中而形成动压，在旋转环与静止环之间形成稍稍的间隙，在那里构成由密封气体形成的密封面，也防止应被压缩的气体的流出等。

在专利文献1中，表示由干气密封形成的压缩机的密封的一例。该专利文献1的密封如图9所示，在涡轮101背面的压缩机壳体102与涡轮旋转轴103之间，具备干气密封部104和屏障密封部105。干气密封部104具备固定在压缩机壳体102上的静止侧干气密封主体106及固定在涡轮旋转轴103上的旋转侧干气密封主体107。并且，干气密封部104由一次干气密封部108和二次干气密封部109构成。在一次干气密封部108和二次干气密封部109上，分别在轴向上对置配置有旋转环110A、110B和静止环112A、112B，所述旋转环110A、110B固定在旋转侧干气密封主体107上，所述静止环112A、112B经由弹簧111A、111B固定在静止侧干气密封主体106上。在旋转环110A、110B的与静止环112A、112B对置的面上，形成有未图示的螺旋状的槽。屏障密封部105固定在压缩机壳体102上，并且一体地连结在静止侧干气密封主体106上。

根据在该专利文献1中公开的密封，在高压运转下的推力较大的情况下也能够在强度上承受，并且能够确保旋转体的稳定性。

另外，如果液体（排液等）渗入到干气密封形成的密封面中，则形成的动压变得不稳定，在旋转环与静止环之间不能稳定地形成间隙。该现象可以认为是因为，通过在密封面中混合存在非压缩性的液体和压缩性的液体，在旋转环与静止环之间产生的力（浮上力）中发生离差。因此，如果液体渗入到密封面中，则在旋转体的旋转中发生旋转环与静止环接触的状况，密封面有可能损伤。

专利文献1：特开2010－121463号公报。

发明内容

本发明的课题是提供一种压缩机，在采用干气密封作为轴封的压缩机中、具备能够抑制伴随着液体向干气密封的渗入、供给的密封气体的液化的不良状况的发生的密封系统。

作为解决上述课题的技术方案，本发明的压缩机，具备：压缩机主体，所述压缩机主体具有壳体，所述壳体设有收容转子的压缩空间、和与该压缩空间连通的吸入口及吐出口，所述转子以转子轴为大致水平的方式配置；吸入流路，连接在上述压缩机主体的吸入口上；吐出流路，连接在上述压缩机主体的吐出口上；从上述吸入流路经由上述吸入口将流体吸入，将该流体在上述压缩空间中压缩，经由上述吐出口向上述吐出流路吐出；在压缩机中，具备：干气密封，所述干气密封具有旋转环和静止环，所述旋转环配设在上述壳体与上述转子轴之间，围设在上述转子轴上，所述静止环经由弹性部件设在上述壳体上，以便能够抵接到与上述转子轴大致垂直的上述旋转环的垂直端面上；密封气体流路，一端与上述吐出流路连接，并且另一端与上述干气密封的旋转环的外周面和上述壳体之间的空间连通而连接，夹设有密封气体调整阀；排液气体流路，一端经由贯通孔与上述空间连通而连接，另一端连接在上述吸入流路上，所述贯通孔形成在上述旋转环的下方的上述壳体上。

根据该结构，即使排液等液体渗入到密封气体中，或者发生了供给的流体的密封气体的液化，也不会使液体滞留在形成干气密封的旋转环与静止环之间的密封面上，能够通过排液气体流路迅速地与密封气体一起朝向吸入流路排出。因此，能够抑制伴随着液体向干气密封的渗入、供给的密封气体的液化的不良状况的发生。

优选的是，在上述排液气体流路中夹设节流孔。根据该结构，能够在保持密封气体流路、排液气体流路的压力的同时，将压缩的流体和液体（排液等）一点点地向吸入流路送回。此外，特别在作为压缩的流体的工艺气体的干气密封中的消耗量比较少、在高压力差的状况（作为密封气体流路中的压缩的流体的一部分的密封气体的供给压力与密封气体被排出的一侧的压力的压力差是高压的状况）下使用压缩机的情况下，有可能发生密封气体调整阀的不规则振动。但是，通过用节流孔使适量的工艺气体和液体流过，能够使密封气体调整阀的选定变得容易。

优选的是，在上述排液气体流路中夹设流量调整阀。根据该结构，能够将排液气体流路的流量大范围地调整，能够使密封气体调整阀的选定变得更容易。此外，即使使用分子量或压力变化的气体，也能够将向吸入侧的气体送回量维持为最优的量。

优选的是，具备紧急流路，所述紧急流路一端与上述吸入流路连接，另一端经由止回阀连接在上述密封气体流路上。根据该结构，通过具备紧急流路，即使发生了伴随着吸入压力的急剧的变动的密封气体调整阀的向吸入压力的追随的不良，由于密封气体流路的压力至少被维持为吸入压力，所以能够避免“逆压条件”，即“密封气体流路的压力<吸入口的吸入压力”的状态。因而，能够维持对干气密封施加了适当的压力（最低限度需要的压力）的状态，能够将发生损坏的可能性排除。

优选的是，在上述紧急流路中设置切断阀。根据该结构，通过在压缩机运转时将切断阀开阀、在停止时将切断阀闭阀，能够防止在停止时异物、液体侵入到密封气体流路进而侵入到壳体的内部。

优选的是，在上述密封气体流路上，连接供给密封气体的密封气体供给源。根据该结构，能够从密封气体供给源向密封气体流路可靠地供给密封气体。因而，能够做成将紧急流路省略的结构。

根据本发明，即使排液等液体渗入到密封气体中，或者发生供给的流体的密封气体的液化，也能够不使液体滞留在形成干气密封的旋转环与静止环之间的密封面上、而通过排液气体流路迅速地与密封气体一起朝向吸入流路排出。因此，能够抑制伴随着液体向干气密封的渗入、供给的密封气体的液化的不良状况的发生。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的压缩机的概略图。

图2是有关本发明的第1实施方式的压缩机的密封部分的放大图。

图3是表示旋转环的垂直端面的图。

图4是表示本发明的第2实施方式的压缩机的概略图。

图5是有关本发明的第2实施方式的压缩机的密封部分的放大图。

图6是表示密封部分的变形例的图。

图7是表示本发明的变形例的图。

图8是表示本发明的变形例的图。

图9是以往的压缩机的密封部分的放大图。

具体实施方式

图1表示本发明的第1实施方式的压缩机。有关本发明的压缩机具备压缩机主体1，所述压缩机主体1在形成于壳体1a中的压缩空间（未图示）中收容有旋转体（转子）（未图示）。

在压缩机主体1的吸入口2上连接着吸入流路3。在此外，压缩机主体1的吐出口4上连接着吐出流路5。

压缩机主体1将应被压缩的流体、例如所谓的工艺气体经过吸入流路3从吸入口2吸入。并且，压缩机主体1将工艺气体在上述压缩空间中压缩后，从吐出口4吐出，经过吐出流路5向未图示的供给目标供给。

此外，设有一端连接在吐出流路5上且另一端连接在后述的干气密封15上的密封气体流路6。经过密封气体流路6，对于密封气体调整阀8，作为密封气体而供给压缩后的工艺气体的一部分。另外，密封气体调整阀8具有由后述的压力参照部27参照后述的空间38中的气体的压力、用比该气体的压力大的密封气体压供给密封气体的功能。

在密封气体流路6中，以距与吐出流路5的分支点较近的顺序，夹设有过滤器7、密封气体调整阀8、止回阀9。

过滤器7捕捉混杂在工艺气体中的杂质，将工艺气体净化，所述工艺气体经过密封气体流路6。密封气体调整阀8将工艺气体的流量调整为规定的值，以便能够将工艺气体的一部分挪用作密封气体。止回阀9起到仅容许从密封气体流路6与吐出流路5的分支点朝向干气密封15的工艺气体的流动、防止密封气体的倒流的作用。

构成压缩机主体1的旋转体（转子）的轴即转子轴11将构成压缩机主体1的壳体1a的吸入侧贯通，经由联接器13与驱动器（驱动机）12的轴、驱动轴14连接。并且，干气密封15围设在转子轴11上，以在壳体1a与转子轴11之间进行轴封。

图2表示干气密封15的详细情况。干气密封15具备与转子轴11一体旋转的旋转环16、和在旋转环16的两侧经由弹性部件17、18固定在壳体1a上的静止环19、20。如图3所示，在干气密封15的旋转环16的垂直端面、即与静止环19、20对置的面上，形成有螺旋状的槽33。螺旋状的槽33以随着从旋转环16的外周朝向与旋转方向相反方向而接近于中心侧的方式形成，端部位于外周与内周之间。螺旋状的槽33在旋转环16的外周面16a上开口。静止环19、20通过弹性部件17、18能够抵接在与转子轴11大致垂直的旋转环16的垂直端面上而配置。

此外，在干气密封15的结构的一部分、比静止环20靠驱动器（驱动机）12侧、即大气侧的转子轴11的周围，在壳体1a与转子轴11之间围设有迷宫式密封等密封部件22、23。

并且，在密封部件22与密封部件23之间的空间中，连接着氮供给流路24，以便能够从氮供给源供给氮。在氮供给流路24中，为了将经过它的氮的流量调整为规定的值而夹设有流量调整阀25。

此外，有关本发明的压缩机具备排液气体流路26和压力参照部27。

排液（ドレン）气体流路26一端经由形成在旋转环16的下方的壳体1a上的贯通孔35与旋转环16的外周面16a和壳体1a之间的空间37连通，另一端与吸入流路3连接。在排液气体流路26中，夹设有仅容许从干气密封15侧朝向吸入流路3侧的流动的止回阀28、节流孔29。节流孔29配置在比止回阀28靠下游侧。

压力参照部27与干气密封15的压缩空间侧的壳体1a和转子轴11之间的空间38连通而设在壳体1a上。空间38由于在压缩机主体1的内部与吸入口2连通，所以被与吸入压力均压。因此，能够经过压力参照部27参照壳体1a的压缩空间侧的压力。压力参照部27经由流路与密封气体调整阀8连接。因而，能够根据压力参照部27的压力、即壳体1a的压缩空间侧的压力来调整密封气体调整阀8的开度。

接着，对具备由以上的结构构成的干气密封15的压缩机的动作进行说明。干气密封15在作为旋转体的转子轴11静止的状态下，通过弹簧（弹性部件）17、18使静止环19、20抵接在旋转环16上，形成密封面，防止应被压缩的气体从压缩机主体1侧（压缩空间侧）向驱动器（驱动机）12侧、大气侧的流出等。

另一方面，在转子轴11旋转的状态下，密封气体经由壳体1a的贯通孔36向旋转环16的外周面16a与壳体1a之间的空间37流入。并且，密封气体从旋转环16的外周面16a的开口部分向螺旋状的槽33中扩散。并且，形成动压，在旋转环16与静止环19、20之间形成稍稍的间隙，在那里构成由密封气体形成的密封面，也防止应被压缩的气体从压缩机主体1侧向驱动器（驱动机）12侧、大气侧的流出等。

经由密封气体流路6被供给到干气密封15中的工艺气体作为密封气体在经过旋转环16与静止环20之间的稍稍的间隙后，经过相比压缩空间侧为低压的大气侧的排出流路21被朝向喇叭管（フレア）排出。

此外，在供给到干气密封15中的工艺气体移动到压缩空间侧的情况下，回到压缩空间，与被从吸入口2吸入的工艺气体一起被压缩。

经由氮供给流路24被供给到密封部件22与密封部件23之间的空间中的氮经过密封部件22与转子轴11之间的稍稍的间隙、或密封部件23与转子轴11之间的稍稍的间隙。氮在那里作为密封气体发挥作用。并且，经过密封部件22与转子轴11之间的稍稍的间隙到达了排出流路21的氮经过排出流路21被朝向喇叭管排出。此外，经过密封部件23与转子轴11之间的稍稍的间隙后的氮被原样向大气排出。

即使排液等液体渗入到密封气体中，或者即使发生供给的流体的密封气体的液化，也能够不使液体滞留在形成干气密封15的旋转环16与静止环19、20之间的密封面，而通过排液气体流路26迅速地与密封气体一起朝向吸入流路3排出。因此，能够抑制伴随着液体向干气密封15的渗入、供给的密封气体的液化的不良状况的发生。另外，在密封气体、特别是如本实施方式那样将工艺气体挪用作密封气体的情况下，下述情况较多：较多地包含随着其温度或压力等的变化而作为排液出现（液化）的密封气体。在这样的情况下，也如上述那样，如果是本发明，则能够抑制伴随着密封气体的液化的不良状况。

此外，通过在排液气体流路26中夹设节流孔29，能够在保持密封气体流路6、排液气体流路26的压力的同时、将工艺气体和液体（排液等）一点点地向吸入流路3送回。此外，特别在工艺气体的消耗量比较少、高压力差的状况（密封气体流路6中的密封气体的供给压力与密封气体被排出的一侧的压力的压力差是高压的状况）下使用压缩机的情况下，有可能发生密封气体调整阀8的不规则振动。但是，通过由节流孔29使适量的工艺气体和液体流过，能够使密封气体调整阀8的选定变得容易。

图4、图5表示本发明的第2实施方式的压缩机。在该第2实施方式的压缩机中，与图1、图2所示的第1实施方式的压缩机共用几乎全部的结构，但除了第1实施方式的结构以外，还设有紧急流路31。

紧急流路31一端与吸入流路3连接，另一端与比止回阀9靠下游的密封气体流路6连接。在紧急流路31中，夹设有仅容许从吸入流路3侧朝向密封气体流路6侧的流动的止回阀32。

如果密封气体流路6中的密封气体的供给压力与密封气体被排出的一侧的压力的压力差为高压，则作为密封气体而消耗工艺气体的一部分的量变多。为使该量不过多，密封气体调整阀8基于压力参照部27的压力，将比密封气体调整阀8靠下游的密封气体流路6中的密封气体（压缩后的工艺气体的一部分）的供给压力PS调整为参照压力（=吸入压力）PI+α（例如，Max.4bar左右）。但是，在发生了参照压力（=吸入压力）PI的急剧的变动的情况下、并且没有设置紧急流路31的情况下，可能发生密封气体调整阀8的向吸入压力PI的追随的不良，发生有可能发生干气密封15的损坏的“逆压条件”、即“密封气体流路6的供给压力PS<吸入口2的参照压力（=吸入压力）PI”的状态。

如果成为“逆压条件”，则在干气密封15的旋转环16与静止环19、20之间产生的力（浮起力）变得不充分，有可能在旋转体11的旋转中发生旋转环16与静止环19、20接触的状况而密封面损伤。

通过具备紧急流路31，即使发生了伴随着吸入压力的急剧的变动的密封气体调整阀8的向参照压力（=吸入压力）的追随的不良，由于密封气体流路6的压力至少被维持为与吸入压力相同的大小的压力，所以能够避免“逆压条件”，即“密封气体流路6的供给压力PS<吸入口2的吸入压力PI”的状态。因而，能够维持对干气密封15施加了适当的压力（最低限度需要的压力）的状态，能够将发生损坏的可能性排除。

本发明并不限定于实施方式，能够如以下例示那样进行各种变形。

如图6所示，也可以设置下述干气密封15：在连接着氮供给流路24的位置的壳体1a与转子轴11之间设置旋转环39，对于旋转环39在大气侧配置静止环40。由此，能够使从大气侧的壳体1a与转子轴11之间的氮的泄漏量减少，能够减少氮使用量。

也可以代替在排液气体流路26中夹设节流孔29而夹设调整流量的流量调整阀。根据该结构，能够将排液气体流路26的流量大范围地调整，能够使密封气体调整阀8的选定变得更容易。此外，即使使用分子量或压力变化的气体，也能够将向吸入侧的气体返回量维持为最优的量。

如图7所示，也可以在吸入流路3与止回阀32之间的紧急流路31中夹设切断阀42。并且，也可以在切断阀42与止回阀32之间的紧急流路31中夹设过滤器43。根据该结构，通过在压缩机运转时将切断阀42开阀、在停止时将切断阀42闭阀，能够防止在停止时异物、液体侵入到密封气体流路6进而侵入到壳体1a的内部。

如图8所示，也可以代替在第2实施方式的压缩机中设置紧急流路31，而在密封气体流路6上经由止回阀44连接供给作为密封气体的氮的密封气体供给源45。根据该结构，能够从密封气体供给源45向密封气体流路6可靠地供给密封气体。因而，能够做成将紧急流路31省略的结构。另外，也可以设置密封气体供给源45以及紧急流路31两者。在此情况下，能够从密封气体流路6对壳体1a可靠地供给密封气体。

也可以代替将压力参照部27与密封气体调整阀8经由流路连接、直接调整密封气体调整阀8的开度，而将由压力参照部27测量出的压力值向控制装置（未图示）发送，经由控制装置间接地调整密封气体调整阀8的开度。

空间38也可以经过外部配管与吸入压力均压。

对于旋转环16，以旋转方向仅为一方向的结构为例进行了说明，但并不限定于此，也可以采用下述旋转环：在垂直端面上形成有具有作为干气密封的密封功能的槽，且能够向两方向旋转。

密封气体调整阀8也可以是自力式调整阀、自动式调整阀等任意类型的调整阀。此外，在上述实施方式中，表示了在密封气体流路6中、以距与吐出流路5的分支点较近的顺序夹设有过滤器7、密封气体调整阀8、止回阀9的结构，但本发明并不限定于此，也可以是过滤器7、密封气体调整阀8、止回阀9的配置的顺序不同的结构。此外，节流孔29也可以配置在比止回阀28靠上游侧。

附图标记说明

1 压缩机主体

1a 壳体

2 吸入口

3 吸入流路

4 吐出口

5 吐出流路

6 密封气体流路

7 过滤器

8 密封气体调整阀

9 止回阀

11 转子轴

12 驱动器（驱动机）

13 联接器

14 驱动轴

15 干气密封

16、39 旋转环

17、18 弹簧（弹性部件）

19、20、40 静止环

21 排出流路

22、23 密封部件

24 氮供给流路

25 流量调整阀

26 排液气体流路

27 压力参照部

28 止回阀

29 节流孔

31 紧急流路

32 止回阀

33 槽

35 贯通孔

36 贯通孔

37 空间

38 空间

42 切断阀

43 过滤器

45 密封气体供给源。

Claims

1.一种压缩机，具备：

压缩机主体，所述压缩机主体具有壳体，所述壳体设有收容转子的压缩空间、和与该压缩空间连通的吸入口及吐出口，所述转子以转子轴为大致水平的方式配置；

吸入流路，连接在上述压缩机主体的吸入口上；

吐出流路，连接在上述压缩机主体的吐出口上；

干气密封，所述干气密封具有旋转环和静止环，所述旋转环配设在上述壳体与上述转子轴之间，围设在上述转子轴上，所述静止环经由弹性部件设在上述壳体上，以便能够抵接到与上述转子轴大致垂直的上述旋转环的垂直端面上；

从上述吸入流路经由上述吸入口将流体吸入，将该流体在上述压缩空间中压缩，经由上述吐出口向上述吐出流路吐出；

其特征在于，具备：

密封气体流路，一端与上述吐出流路连接，并且另一端与上述干气密封的旋转环的外周面和上述壳体之间的空间连通而连接，夹设有密封气体调整阀；

排液气体流路，一端经由贯通孔与上述空间连通而连接，另一端连接在上述吸入流路上，所述贯通孔形成在上述旋转环的下方的上述壳体上。

2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，

在上述排液气体流路中夹设有节流孔。

3.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，

在上述排液气体流路中夹设有流量调整阀。

4.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，

具备紧急流路，所述紧急流路一端与上述吸入流路连接，另一端经由止回阀连接在上述密封气体流路上。

5.如权利要求4所述的压缩机，其特征在于，

在上述紧急流路中设有切断阀。

6.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，

在上述密封气体流路上，连接着供给密封气体的密封气体供给源。