CN106030116A - 多段式离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种多段式离心压缩机(1)至少包括第一区段(2)和第二区段(3)；各个区段(2,3)具有入口管道(7,8)和排出管道(9,10)，第一区段(2)的排出管道(9)置于与第二区段(3)的入口管道(8)流体连通，第二区段(3)构造成压缩由第一区段(2)压缩的流体；第二区段(3)的排出管道(10)邻近第一区段(2)的入口管道(7)。

Description

多段式离心压缩机
描述
本发明涉及多段式离心压缩机。这样的压缩机用于处理处于气体或汽化状态的工作流体。例如，这样的压缩机可用于压缩二氧化碳。
多段式压缩机是本领域中已知的。这样的压缩机可包括第一区段和第二区段。区段串联地操作，其中第二区段处理第一区段的输出。
两个区段在公共轴线上旋转，且每一个包括多个叶轮，各个叶轮均具有多个叶片。各个区段的叶轮串联地布置。因此，工作流体由各个叶轮按序从初始压力压缩至最终压力。
各个区段还具有中心区和外周区。实际上，各个区段具有定位在外周区中的入口管道和排出管道。第一区段的排出管道大体上放置成与第二区段的入口管道流体连通。换言之，第二区段在工作流体已经由第一区段处理之后压缩工作流体。
此外，压缩机具有第一排出涡管和第二排出涡管，其聚集分别来自第一区段和第二区段的末级叶轮的工作流体，以便将其转送到排出区。由于转子动态约束，为了保持转子轴承跨距尽可能短，一个或两个排出涡管沿周向置于以上第一区段和第二区段的隔板组上方的返回通道U形弯头外。
在现有技术中，第一区段和第二区段可布置成"背对背"或"直列式"构造。在"背对背"布置中，第一区段和第二区段的排出涡管并排位于压缩机本体的中部中。在"直列式"布置中，仍位于压缩机的中部的第一区段的排出涡管邻近第二区段的入口。另外，第二相排出口置于第一区段入口的相对侧上。然而，每当需要转子轴承跨距减小来实现可接受的压缩机转子动态行为时，第一区段排出涡管在"背对背"布置和"直列式"布置两者中位于返回通道u形弯头外。不利的是，由于排出涡管尺寸由空气动力性能要求约束，故结果在于压缩机的外壳的增大的尺寸，这继而又对整个压缩机重量、成本和可管理性有负面影响。
概要
本发明的第一实施例因此为至少包括第一区段和第二区段的多段式离心压缩机。各个区段至少包括具有多个叶片的叶轮。各个区段还具有旋转轴线。此外，各个区段具有中心区和外周区。各个区段具有定位在外周区中的入口管道和排出管道。第一区段的排出管道置于与第二区段的入口管道流体连通，使得第二区段构造成在流体由第一区段压缩之后压缩该流体。此外，第一区段的排出管道定位在压缩机的端部处。第二区段的排出管道邻近第一区段的入口管道。
有利地，这允许将第一排出涡管置于压缩机的轴向末端。这继而又导致外壳的直径的显著减小，而不增大轴承跨距。
其它细节和特定实施例将参照附图，在附图中：
－图1为根据本发明的第一实施例的多段式离心压缩机的侧向截面视图；
－图1a为根据本发明的第二实施例的多段式离心压缩机的侧向截面视图的细节；
－图2为图1的多段式离心压缩机的示例性图示；以及
－图3为根据图1a的实施例的多段式离心压缩机的示意图。
详细描述
示例性实施例的以下描述参照了附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。
贯穿说明书提到的"一个实施例"或"实施例"意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，贯穿说明书的各个位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"不一定是指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。
因此，将通过参照附图来描述多段式离心压缩机，在附图中将以数字1表示。此离心压缩机1具有将工作流体从初始压力压缩至最终压力的功能。这两个压力的准确值可变化，因为它们取决于特定应用。然而，初始压力可范围从低于大气直至几百巴。最终压力例如可为800巴。
详细而言，压缩机1至少包括第一区段2和第二区段3。各个区段2、3具有中心区2a、3a和外周区2b、3b。第一区段2具有将工作流体从初始压力压缩至中间压力的功能。第二区段3具有将工作流体从中间压力压缩至最终压力的功能。例如，给定10巴的初始压力和100巴的最终压力，中间压力例如可为35巴。另外，各个区段2、3均具有入口管道7、8和排出管道9、10。这些管道7、8、9、10定位在相应区段的外周区2b、3b中。关于管道7、8、9、10的其它细节将在本公开内容的以下部分中给出。
更详细而言，各个区段2、3至少包括具有多个叶片5的叶轮4。根据图1中所示的发明的实施例，各个区段2、3包括多个叶轮4。各个区段2、3的叶轮4串联地布置，以便由各个叶轮4压缩的工作流体给送至下一个叶轮4用以进一步压缩。各个叶轮从位于叶轮4的中部附近的入口11汲取工作流体，且将其排出至扩散器12。特别而言，各个叶轮4的扩散器12置于与下一个叶轮4的入口11直接流体连通。各个区段2、3的第一叶轮4的入口11置于与相应的入口管道7、8直接流体连通。末级叶轮4的扩散器12置于与相应区段2、3的排出管道9、10流体连通。
此外，压缩机1还包括与第一区段2的排出管道9流体连通的第一排出涡管18。优选地，第一排出涡管18悬垂布置且相对于第一区段2在外周。压缩机1还包括与第二区段3的排出管道10流体连通的第二排出涡管19。优选地，各个区段2、3的末级叶轮4的扩散器12置于与相应的排出涡管18、19直接流体连通。更详细而言，排出涡管18、19大致为具有可变区段的圆形通道，其聚集来自各个区段2、3的末级叶轮4的扩散器12的流体。实际上，排出涡管18、19还布置成使得它们可将工作流体传送至相应区段2、3的排出管道9、10。根据图1中的实施例，第二排出涡管19相对于第二区段3布置在外部。排出涡管18、19自身是离心压缩机领域中已知的，且因此不会在本公开内容中进一步详述。
压缩机1包括连接到第一区段2和第二区段3的轴6。轴连接到电机(附图中未示出)，电机将功率提供至轴6，且因此提供至第一区段2和第二区段3两者的叶轮4。特别而言，轴6具有为其旋转轴线的中心轴线"A"。
各个区段2、3具有旋转轴线，其在所示实施例中利用轴6的中心轴线"A"标记。换言之，区段2、3为同轴的。
第一区段2的排出管道9置于与第二区段3的入口管道8流体连通。换言之，第二区段3构造成压缩由第一区段2压缩的流体。因此，从压缩过程观点看，第二区段3相对于第一区段2置于下游。另外，换热器15置于第一区段2的排出管道9与第二区段3的入口管道8之间。因此，工作流体在第一区段2与第二区段3之间冷却。
根据图1中所示的实施例，第二区段3的排出管道10邻近第一区段2的入口管道7。更详细而言，压缩机1包括壁13，其至少部分地限定第二区段3的排出管道10。实际上，壁13用作相间隔板，因为其任务在于经受第一区段2的入口管道7与第二区段3的排出管道10之间的压差引起的轴向负载。壁13也以一种方式定形为以便适应第一区段2的入口管道7和第二区段3的排出管道10两者，同时最大限度减小对压缩机轴承跨距增大的影响。壁13的倾斜形状也意味着最大限度减小部分轴向偏转，同时减小其厚度。
根据本发明的实施例，压缩机1包括第二区段3的排出管道10与第一区段2的入口管道7之间的相间密封件14。换言之，相间密封件14在上文限定的初始压力和最终压力之间操作。更详细而言，相间密封件14安装在壁13内。相间密封件14优选为迷宫式密封件，然而也可使用任何适合类型的已知密封件。
更详细而言，第二区段3的末级通过相间密封件14置于与第一区段2的入口管道7流体连通。换言之，工作流体可从第二区段3的末级叶轮4流回第一区段2的入口管道7，由第二区段3的排出管道10的最终压力与第一区段2的入口管道7的初始压力之间的压差驱动。
为了限制此布置的效率损失，相间密封件14的备选实施例在图1a和图3中示出。特别地，第二区段3的末级叶轮4的扩散器12也可通过相间密封件14置于与第一区段2的排出管道9流体连通，例如图3中示出的那样。在该构造中，相间密封件14包括第一部分14a和第二部分14b。相间密封件14的第一部分14a邻近第一区段2，特别而言邻近第一区段2的入口管道7。相间密封件14的第二部分14b邻近第二区段3，特别而言邻近第二区段3的排出管道10。
更详细而言，提供了额外的密封气体管线16。管线16置于与相间密封件14的部分14a、14b之间的室22和与第一区段2的排出管道9(优选在换热器15的上游)流体连通。
以此方式，来自相间密封件14的较高压力侧(其为第二部分14b)的热泄漏物与来自第一区段的排出口的同样地热的气体混合。此混合在换热器15上游发生，以便冷却来自第一区段3的所述泄漏物和排出气体两者。
由于排出管道9相对于室22的较大的大小，故第一区段2的排出管道9与室22之间的以上流体连通允许获得室22内类似于中间压力的压力。以此方式，室22与第一区段2的入口之间的压差减小，且这两个区之间的泄漏因此也减小。
在该特定实施例中，压缩机1还包括两个另外的密封系统17。第一个另外的密封系统17布置在第一区段2的末级之间。实际上，该另外的密封系统17布置在中心轴线"A"与第一排出涡管18之间。第二个另外的密封系统17邻近第二区段3的入口管道8。
压缩机1还包括推力轴承23，其根据本文所述的实施例置于第一区段2的排出管道9旁边。此推力轴承23自身是本领域中的技术人员已知的，且因此将不会进一步详述。
实际上，在该实施例中，压缩机的两端处的气体压力具有大致相同的值。除涉及由于不需要两个压缩机端部之间的密封平衡管线的压缩机效率提高外，该状态还允许了压缩机轴承跨距的进一步减小，因为其不需要额外轴端迷宫密封件的安装，也不需要平衡活塞的安装。
压缩机1还包括至少部分地包围第一区段2和第二区段3的壳20。优选地，壳20包含第一区段2和第二区段3两者。壳20具有大致等于第二排出涡管19的外径的内径。实际上，由于区段2、3的往复布置，壳20的尺寸可相对于现有技术显著地减小。

Claims (17)

1. 多段式离心压缩机(1)，至少包括第一区段(2)和第二区段(3)，各个区段(2,3)至少包括具有旋转轴线(A)的叶轮(4)；各个区段(2,3)还具有中心区(2a,3a)和外周区(2b,3b)；各个区段(2,3)具有定位在所述外周区(2b, 3b)中的入口管道(7, 8)和排出管道(9, 10)，所述第一区段(2)的排出管道(9)置于与所述第二区段(3)的入口管道(8)流体连通，所述第二区段(3)构造成压缩由所述第一区段(2)压缩的流体；其中所述第二区段(3)的排出管道(10)邻近所述第一区段(2)的入口管道(7)。
2. 根据权利要求1所述的压缩机(1)，其特征在于，所述第一区段(2)的排出管道(9)定位在所述压缩机的端部处。
3. 根据权利要求2所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括与所述第一区段(2)的排出管道(9)流体连通的第一排出涡管(18)，所述第一排出涡管(18)悬垂布置且相对于所述第一区段(2)在外周。
4. 根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括区段间的壁(13)，其至少部分地限定所述第二区段(3)的排出管道(10)和所述第一区段(2)的入口管道(7)。
5. 根据前述权利要求所述的压缩机(1)，其特征在于，所述第一区段(2)的排出管道(9)和所述第二区段(3)的入口管道(8)相对于所述区段间的壁(13)置于相对端上。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括在所述第二区段(3)的排出管道(10)与所述第一区段(2)的入口管道(7)之间的相间密封件(14)。
7. 根据前述权利要求所述的压缩机(1)，其特征在于，所述相间密封件(14)置于所述区段间的壁(13)内。
8. 根据权利要求6或权利要求7所述的压缩机(1)，其特征在于，各个叶轮(4)构造成从入口(11)汲取工作流体，且将所述工作流体排放到扩散器(12)中；所述第二区段(3)的扩散器(12)通过所述相间密封件(14)置于与所述第一区段(2)的入口(11)流体连通。
9. 根据前述权利要求所述的压缩机(1)，其特征在于，所述扩散器(12)还通过所述相间密封件(14)与所述第一区段(2)的排出管道(9)流体连通。
10. 根据前述权利要求所述的压缩机(1)，其特征在于，所述相间密封件(14)包括邻近所述第一区段(2)的第一部分(14a)，以及邻近所述第二区段(3)的第二部分(14b)。
11. 根据前述权利要求所述的压缩机(1)，其特征在于，所述第一部分(14a)邻近所述第一区段(2)的入口管道(7)。
12. 根据权利要求10或权利要求11所述的压缩机(1)，其特征在于，所述相间密封件(14)的所述第二部分(14b)邻近所述第二区段(3)的排出管道(10)。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括在所述第一区段(2)的排出管道(9)与外部环境之间的另外的密封件(17)；与所述第一排出管道(9)流体连通的第一排出涡管(18)；所述另外的密封件(17)布置在所述旋转轴线(A)与所述第一排出涡管(18)之间。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括与所述第二排出管道(10)流体连通的第二排出涡管(19)；所述第二排出涡管(19)相对于来自所述第二区段(3)的至少一个叶轮(4)沿周向布置。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括至少部分地包围所述第一区段(2)和所述第二区段(3)的壳(20)；所述壳(20)具有大致等于所述第二排出涡管(19)的外径的内径。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还包括在所述第一区段(2)的所述排出管道(9)旁边的推力轴承(23)。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的两段式压缩机(1)。
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