CN105351221A - 一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，包括进口管、出口管、电机、叶轮、主轴、水冷套和水冷却器等部件，上述电机和叶轮采用一体式结构设计，电机、叶轮和轴承等转动部件全部密闭于压缩机壳体内，压缩机壳体内的气体不会泄漏到外部环境；本发明由于采用从压缩机出口管引出部分高压气体，经水冷却器降温后用以冷却电机和主轴，并且电机和叶轮间设置单向密封，阻止高温气体进入电机内，使本发明可以压缩350℃的高温气体；同时压缩机壳体外部安装水冷套，降低了压缩机壳体温度，提高了壳体材料的许用应力，使压缩机可以承受更高的压力。本发明特别适用于高温、高压、有毒气体以及核工业放射性气体的压缩和输送。

Description

一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机

技术领域

本发明涉及一种离心式气体压缩机，属流体机械领域，具体是一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机。

背景技术

离心压缩机是一种依靠输入的机械能来提高气体压力并排送气体的机械，目前常用的离心压缩机主要包括电机和压缩叶轮两大部件，当电机旋转时，叶轮也将高速旋转，与此同时，外部气体将从壳体侧面上的气体入口管沿轴向进入到壳体内部的叶轮中，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速并改变成径向，使动能转换成势能(压力)，最后沿叶轮的径向从壳体上的气体出口管离开压缩机以供用户使用。

这种已有技术的离心式压缩机存在下列问题：电机的输出轴上贯穿壳体的部位与壳体之间安装有密封装置，但是随着使用时间的加长，密封装置将会出现磨损，这时就会在该部位形成缝隙，引起气体泄漏，造成损失，如果压缩气体为易燃易爆或有毒、有害气体，一旦出现泄漏还会引起环境污染、严重损害操作人员身体健康；现有高温高压压缩机多采用陶瓷密封件来适应高温高压高转速的工作环境，这种类型的密封件，结构复杂，制造难度大，最终使制造成本大大提高，一般在几万元到几十万元的范围内，仅仅一个密封件的成本就大大超过压缩机主体的成本，使推广应用很困难，因此使得这种结构的离心式压缩机使用范围受到一定限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，独特的结构设计使压缩机的电机和主轴能够得到有效冷却，本发明压缩机可以压缩最高350℃的高温气体，同时压缩机壳体可以承受10MPa高压而不泄漏，特别适用于高温、高压、有毒气体以及核工业放射性气体的压缩和输送。

本发明采用的技术方案为：一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，所述装置包括进口管、出口管、电机、叶轮、主轴、水冷套、左轴承支架、右轴承支架、单向密封、水冷却器；电机与叶轮采用同轴设计，电机定子线圈固定于压缩机壳体内表面，电机转子线圈和叶轮安装在主轴上，电机与叶轮之间通过单向密封连通，气体只能从电机向叶轮单方向流动，电机通过主轴驱动叶轮转动；出口管侧面设置高温引风管，高温引风管与水冷却器连接，水冷却器另一端连接低温引风管，低温引风管穿过压缩机左端盖并与压缩机左端盖焊接连接，低温气体通过左轴承支架上的配风孔进入电机，并对电机定子线圈、电机转子线圈和主轴进行冷却降温；主轴左端由左轴承支撑，左轴承固定于左轴承支架上，主轴右端由右轴承支撑，右轴承固定于右轴承支架上；壳体外侧设置水冷套。

其中，左轴承和右轴承均为气体轴承，其所用气体均来自经水冷却器冷却后低温引风管中的低温气体，左轴承和右轴承所用气体的流量可分别通过左调节阀、右调节阀自动调节。

其中，主轴上设置有单向密封，气体只能由电机内部经单向密封进入叶轮而不能逆向流动。

其中，左轴承支架上设置环形配风孔，低温引风管中的低温气体可穿过配风孔对电机和主轴进行冷却。

本发明的原理在于：

本发明离心式压缩机的电机3和叶轮4采用一体式结构设计，电机定子线圈31、电机转子线圈32、主轴5、叶轮4以及所有的轴承等转动部件全部密封于壳体6内部，压缩机没有与外部环境直接接触的转动部件，无需设置动密封，壳体6与压缩机右端盖8、压缩机左端盖9之间采用多道刀口法兰连接，整个压缩机本体处于一个封闭结构中，压缩机内的气体不会泄漏到外部环境中；被压缩气体由进口管1进入压缩机，经叶轮4压缩后由出口管2排出，高温引风管18与出口管2连接，引出的高温高压气体被水冷却器19冷却后进入低温引风管20，低温气体穿过压缩机左端盖9，透过配风孔12对电机定子线圈31、电机转子线圈32、主轴5进行冷却，保证压缩机在压缩高温气体时，电机3和电机端的主轴5得到有效冷却，并且能够通过调节水冷却器19的水流量，控制进入电机3低温气体的温度，使电机3和电机端的主轴5保持在一个较低的温度(≤100℃)，不会出现超温现象，从而实现压缩高温(≤350℃)气体的功能；从低温引风管20引出两个支路，经过左调节阀17和右调节阀16进行流量调节后分别供给左轴承14和右轴承13使用，并对左轴承14和右轴承13进行冷却，由于两轴承使用的是被压缩气体本身，不会混入润滑油、油气等杂质，使本发明可以应用于高纯气体的压缩；压缩机壳体6外侧设计水冷套7，冷却水由水冷套进口管71进入，对壳体6进行冷却后由水冷套出口管72流出，在输送高温高压气体时有效降低壳体6的工作温度，正常运行时壳体6的温度可控制在50℃～100℃范围内，从而提高了壳体6的允许使用应力，在相同壁厚的情况下，使壳体6可以承受更高的压力。

本发明的突出优点在于：电机与叶轮采用一体式结构设计，转动部件全部置于压缩机壳体内部，压缩机壳体内的气体不会泄漏到外部环境中；从压缩机出口管引出部分高压气体，经水冷却器降温后用以冷却电机和主轴，并且电机和叶轮间设置单向密封，阻止高温气体进入电机内，使本发明可以压缩350℃的高温气体；压缩机壳体外部安装水冷套，降低了压缩机壳体温度，提高了壳体材料的许用应力，使压缩机可以承受更高的压力。本发明特别适用于高温、高压、有毒气体以及核工业放射性气体的压缩和输送。

附图说明

图1为本发明一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机结构图；

图2为本发明一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机左轴承支架结构图。

图中：进口管1；出口管2；电机3；电机定子线圈31；电机转子线圈32；电机电源线33；叶轮4；主轴5；壳体6；水冷套7；水冷套进口管71；水冷套出口管72；压缩机右端盖8；压缩机左端盖9；右轴承支架10；左轴承支架11；配风孔12；右轴承13；左轴承14；单向密封15；右调节阀16；左调节阀17；高温引风管18；水冷却器19；低温引风管20。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1-2所示，本发明是一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，可应用于核聚变包层实验回路技术领域，下面结合附图对本发明做进一步描述。一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，包括进口管1、出口管2、电机3、叶轮4、主轴5、壳体6、水冷套7、压缩机右端盖8、压缩机左端盖9、右轴承支架10、左轴承支架11、配风孔12、右轴承13、左轴承14、单向密封15、右调节阀16、左调节阀17、高温引风管18、水冷却器19、低温引风管20。

电机3和叶轮4同轴布置并全部置于壳体6内部，电机定子线圈31固定于壳体6内表面上，电机转子线圈缠绕在主轴5上，叶轮4和主轴5连接，主轴5左端由左轴承14支撑，左轴承14固定在左轴承支架11上，主轴5右端由右轴承13支撑，右轴承13固定在右轴承支架10上，以上所有部件置于由壳体6、压缩机左端盖9和压缩机右端盖8组成的封闭腔体内，壳体6与压缩机右端盖8、压缩机左端盖9之间采用刀口法兰连接，电机电源线33与壳体6间采用熔铸密封方式，压缩机没有与外界环境相连的转动机械部件，压缩机与外部环境间不会发生相互泄漏；被压缩气体通过进口管1进入压缩机内，经叶轮4压缩后由出口管2排出，在出口管2上连接有高温引风管18，将压缩机出口的高温、高压气体引出一部分，通过水冷却器19冷却为低温(≤50℃)高压气体后进入低温引风管20，低温引风管20穿过压缩机左端盖9，并与左端盖9焊接连接，低温气体通过配风孔12进入电机腔内，对电机3及主轴5进行冷却，将电机定子线圈31和电机转子线圈32产生的热量带出,并对处于电机腔体内的主轴5表面吹风冷却，降低主轴5的温度，可以通过改变冷却器19的冷却水流量大小,调节进入电机3内的低温气体的温度,从而可以适应不同功率工况下对电机3内部温度的控制(≤100℃)，本发明装置可有效降低电机3及电机端主轴5的温度，但叶轮4及压缩机端主轴5仍处于高温气体环境中，并且在压缩气体的过程中由于存在机械损失，使叶轮4和压缩机端主轴5的温度高压被压缩气体，叶轮4和主轴5均为高速运转部件，承受应力较大，根据材料许用应力极限，进入压缩机入口管1的气体温度应不超过350℃，在运行过程中电机3内部的气压大于压缩机进口管2处的气压，被压缩气体不会从进口管2处进入电机3内，有效保证了电机的冷却，结合叶轮4和主轴5的材料使用情况，从而使本发明可以压缩350℃以内的高温气体，同时电机3和叶轮4之间还设置有单向密封15，保证在压缩机在停机过程中高温气体也不会进入电机3内，进一步保证了电机的安全；左轴承14和右轴承13均为气体轴承，其所用气体来自低温引风管20，分别通过左调节阀17和右调节阀16进行流量调节，这样既能冷却轴承，又不会带入其他杂质，特别适合高纯气体的压缩；壳体6外侧设置有水冷套7，在压缩高温气体时降低壳体6的温度，提高其许用应力，使壳体6能够承受更高的压力。

Claims (4)

1.一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，其特征在于：所述装置包括进口管(1)、出口管(2)、电机(3)、叶轮(4)、主轴(5)、水冷套(7)、左轴承支架(11)、右轴承支架(10)、单向密封(15)、水冷却器(19)；电机(3)与叶轮(4)采用同轴设计，电机定子线圈(31)固定于压缩机壳体(6)内表面，电机转子线圈(32)和叶轮(4)安装在主轴(5)上，电机(3)与叶轮(4)之间通过单向密封(15)连通，气体只能从电机(3)向叶轮(4)单方向流动，电机(3)通过主轴(5)驱动叶轮(4)转动；出口管(2)侧面设置高温引风管(18)，高温引风管(18)与水冷却器(19)连接，水冷却器(19)另一端连接低温引风管(20)，低温引风管(20)穿过压缩机左端盖(9)并与压缩机左端盖(9)焊接连接，低温气体通过左轴承支架(11)上的配风孔(12)进入电机(3)，并对电机定子线圈(31)、电机转子线圈(32)和主轴(5)进行冷却降温；主轴(5)左端由左轴承(14)支撑，左轴承(14)固定于左轴承支架(11)上，主轴(5)右端由右轴承(13)支撑，右轴承(13)固定于右轴承支架(10)上；壳体(6)外侧设置水冷套(7)。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，其特征在于：左轴承(14)和右轴承(13)均为气体轴承，其所用气体均来自经水冷却器(19)冷却后低温引风管(20)中的低温气体，左轴承(14)和右轴承(13)所用气体的流量可分别通过左调节阀(17)、右调节阀(16)自动调节。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，其特征在于：主轴(5)上设置有单向密封(15)，气体只能由电机(3)内部经单向密封(15)进入叶轮(4)而不能逆向流动。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温高压无泄漏离心式压缩机，其特征在于：左轴承支架(11)上设置环形配风孔(12)，低温引风管(20)中的低温气体可穿过配风孔(12)对电机(3)和主轴(5)进行冷却。