CN111350676B - 多级离心压缩机 - Google Patents

Abstract

描述了多级离心压缩机(1)。压缩机包括壳(3)和通过至少第一轴承和第二轴承(11；13)旋转地支承在壳(3)中的轴(9)。至少一个轴承间叶轮(19A‑19D)在轴(9)上安装在所述第一轴承和所述第二轴承(11，13)之间。外悬式叶轮(15)安装在轴(9)的一端处。第一隔板组件(25，25X)进一步位于壳(3)中。第一隔板组件包括返回通道组件(23A)，其具有多个固定返回通道叶片(27A)，从而限定多个返回导叶，以使压缩气体从外悬式叶轮的出口位置转向到轴承间叶轮的入口位置。第一隔板组件(25，25X)容纳第一轴承和第二轴承(11；13)中的一个。

Description

多级离心压缩机

技术领域

本文公开的主题的实施例大体涉及多级离心压缩机。更特别地，本文公开的实施例涉及设有可动入口导叶的离心压缩机。

背景技术

如今在广泛的应用中在许多行业中大量使用离心压缩机。从离心压缩机用户到离心压缩机厂商的一致要求是生产大小更小和成本更低的、具有与目前生产的离心压缩机相同的性能特性的机器。这个要求包括必须提高压缩机的效率，使得减小离心压缩机的大小，从而降低机器成本，而不降低机器的性能。

离心压缩机一般具有多个级，各个级包括旋转叶轮，以及返回通道，返回通道包括固定返回通道叶片，其形成固定导叶，以沿着通过机器的气体流径使压缩气体从一个级的叶轮的出口位置转向到下一级的叶轮的进入位置，并且移除流的切向分量。

在一些已知离心压缩机中，提供可动入口导叶(也称为可变的入口导叶)，以取决于机器的工作状况来修改进入气态流的流状况。

图1示出现有技术的多级离心压缩机，整体上标为100。压缩机100具有外壳101，外壳101设有入口歧管102和出口歧管103。在壳101的内部布置若干构件，整体上称为“压缩机套件(bundle)”，它们限定多个压缩机级。更特别地，在壳1的内部布置旋转轴105。轴105由两个端部轴承106、107支承。各个轴承实际上可为由一个或多个轴承构件组成的轴承组件。在两个轴承106、107之间，多个叶轮109安装在轴105上。第一叶轮109的入口109A与入口气室111处于流体连通，其中，待压缩的气体输送通过入口歧管102。气体流沿径向进入入口气室111，然后输送通过一组可动入口导叶113，并且沿基本轴向方向进入第一叶轮109。

最后一个叶轮109的出口109B与螺旋管115处于流体连通，螺旋管115收集压缩气体，并且将压缩气体输送向出口歧管103。

固定隔板117布置在各对按顺序布置的叶轮109之间。隔板117可形成为单独的沿轴向堆叠的构件。在其它实施例中，隔板117可形成为两个基本对称的半部。各个隔板117限定返回通道119，返回通道119从相应的上游叶轮109的径向出口延伸到相应的下游叶轮109的入口，从而使压缩气态流从上游叶轮返回到下游叶轮。固定叶片121设置在返回通道119中，以移除流的切向分量，同时使压缩气体从上游叶轮转向到下游叶轮。

发明内容

提供一种多级压缩机，其包括容纳在壳中且由端部轴承支承的旋转轴。一个或多个叶轮支承在轴承间，即，在轴上在端部轴承之间，端部轴承将轴旋转地支承在压缩机壳中。额外的叶轮安装在外悬位置上，即，以悬臂的方式支承在轴的一端处。特别地，外悬式叶轮是最上游叶轮，即，布置在面向压缩机的入口气室的轴端处的叶轮。返回通道设置在外悬式叶轮和后面的轴承间叶轮之间。因而外悬式叶轮布置在入口气室中，入口气室可能没有沿着旋转轴线的机械构件；入口气室结合在壳中。因而从压缩机入口到第一外悬式叶轮的轴向入口的气体流较简单。入口导叶可置于入口气室外部的容易接近的位置上，例如在入口歧管处。第一轴承通过第一隔板和相关固定返回通道叶片而连接到压缩机的固定结构上。

根据一些实施例，因而提供一种多级离心压缩机，其包括壳和通过至少第一轴承和第二轴承旋转地支承在壳中的轴。压缩机进一步包括外悬式叶轮和安装在第一轴承和第二轴承之间的至少一个轴承间叶轮。外悬式叶轮和轴承间叶轮安装在轴上以随其旋转。第一隔板组件位于壳中，并且包括返回通道组件，返回通道组件具有多个固定返回通道叶片，从而限定多个返回导叶，以使压缩气体从外悬式叶轮的出口位置转向到相邻轴承间叶轮的入口位置。根据一些实施例，固定返回通道叶片延伸到紧邻所述多个返回通道的弯曲顶点的区域。这个布置提供额外的机械刚度。隔板组件容纳第一轴承和第二轴承中的一个。因而从外悬式叶轮朝向轴承间叶轮(一个或多个)的直接流连接完全形成于压缩机壳内。

根据一些实施例，多个轴承间叶轮可支承在旋转轴上。

根据一些实施例，压缩机可设有成组件的可变的入口导叶。在优选示例性实施例中，可变的入口导叶位于压缩机壳的外部。例如，可变的入口导叶，也称为可动入口导叶，可沿径向位于入口歧管处，在入口气室的上游，外悬式叶轮的轴向入口定位在入口气室处。

根据一些实施例，入口歧管可相对于压缩机轴的旋转轴线沿径向布置。在其它实施例中，入口歧管可布置成与外悬式叶轮基本同轴，以产生轴向气体入口流。

在下面公开特征和实施例，并且在所附权利要求中进一步阐述它们，所附权利要求形成本描述的一部分。以上简要描述阐述了本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解以下详细描述，以及以便可更好地理解对本领域的贡献。当然，存在将在下文中描述以及将在所附权利要求中阐述的本发明的其它特征。在这方面，在详细阐明本发明的若干实施例之前，要理解的是本发明的各种实施例在它们的应用方面不局限于以下描述中阐述或图中示出的结构细节和构件的布置。本发明能够有其它实施例，而且能够用各种方式实践和执行。还要理解的是本文采用的措辞和用语是为了描述，而且不应理解为限制。

因而，本领域技术人员将理解，可轻易地使用基于本公开的概念作为设计用于实现本发明的若干目的的其它结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是认为权利要求包括在此范围内的这样的等效结构，因为它们不偏离本发明的精神和范围。

附图说明

将容易地获得本发明的公开的实施例及许多其伴随优点，因为在结合附图考虑时，参照以下详细，它们将变得更好理解，其中：

图1示出现有技术的多级离心压缩机的截面图；

图2示出第一实施例中的本公开的多级离心压缩机的截面图；

图2A示出图2中显示的多级离心压缩机的截面的部分的放大图；

图3示出根据图2的线III-III的横截面图；

图4示出根据另一个实施例的本公开的多级离心压缩机的截面图；

图5示出经修改的实施例中的类似于图2的截面图。

具体实施方式

示例性实施例的以下详细描述参照了附图。相同参考标号不同图中标识相同或相似的元件。另外，附图不必按比例绘制。而且，以下详细描述不限制本发明。本发明的范围而是由所附权利要求限定。

说明书中对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的参照表示，关于实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因而，在说明书中的各处出现短语“在一个实施例中”或者“在实施例”或者“在一些实施例中”不一定参照相同的实施例(一个或多个)。另外，特定特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。

图2在沿着竖平面的截面中示出根据本文公开的主题的多级离心压缩机，竖平面包含离心压缩机的轴线A-A。压缩机整体上标为1，并且包括外壳3，外壳3具有入口歧管5和出口歧管7。压缩机1可为竖直分离型或水平分离型。

旋转轴9布置在壳3内。根据一些实施例，旋转轴9由两个轴承11和13支承。各个轴承11和13可由一个或多个轴承构件组成，例如轴向轴承构件和/或径向轴承构件，这取决于压缩机1的设计。根据设计选择，轴承11和13可为润滑油轴承或磁轴承。

壳3容纳形成压缩机套件的构件，以及更特别地多个叶轮、限定相应的返回通道的多个隔板，以及螺旋管，螺旋管收集压缩气体，并且输送所述压缩气体通过出口歧管7。

更特别地，壳3容纳第一叶轮15，第一叶轮15安装在旋转轴9的第一端9A上。第一叶轮15是外悬式叶轮，即，轴9的端部以悬臂的方式支承它，轴9延伸超过轴承11。因而外悬式叶轮凸出到入口气室17内，入口气室17与入口歧管5处于流体连通。

沿着轴9，一个或多个另外的叶轮布置成在第一叶轮15的下游与轴9共同旋转。在图2中显示的示例性实施例中，四个额外的叶轮19A、19B、19C和19D从压缩机1的低压侧到高压侧按顺序布置。最后一个叶轮19D的出口与螺旋管21处于流体连通。压缩气体由螺旋管21收集，并且传送到出口歧管7。

叶轮19A-19D是所谓的轴承间叶轮，因为它们在两个轴承11和13之间安装在旋转轴9上，这与外悬式叶轮15相反，外悬式叶轮15布置在轴端上。

返回通道组件设置在各对按顺序布置的叶轮之间。更特别地，第一组返回通道23A布置在外悬式叶轮15的径向出口和第一轴承间叶轮19A的轴向入口之间。返回通道组件23A收集从外悬式叶轮15排出的气体，并且使气体流在第一轴承间叶轮19A的入口处返回向离心压缩机1的轴线A-A。类似地，返回通道组件23B、23C和23D位于各个叶轮19A-19C和相应的下游叶轮之间，最后一个返回通道组件23D位于叶轮19C的出口和最后一个轴承间叶轮19D的入口之间。

返回通道组件23A、23B、23C和23D由所谓的隔板形成，隔板整体上标为25，布置在壳3内，并且形成压缩机套件的一部分。

根据一些实施例，各个返回通道组件23A-23D包括多个固定返回通道叶片，它们分别标为27A-27D。各个返回通道叶片包括前缘和后缘。第一返回通道23A的叶片由相应的前缘29A和后缘31A组成。类似地，返回通道叶片27B-27D的前缘和后缘分别标为29B-29D和31B-31D。

各个返回通道组件包括分别用于叶轮15和叶轮19A-19C的弯曲顶点，在33A-33D处显示。布置在外悬式叶轮15和第一轴承间叶轮19A之间的固定返回通道叶片27A沿径向至少一直形成到弯曲顶点33A的区域。在一些示例性实施例中，固定返回通道叶片27A可围绕弯曲顶点33A形成，使得所述返回通道叶片27A的前缘29A位于弯曲顶点33A的上游(相对于气体流方向)，并且后缘31A布置在所述弯曲顶点33A的下游。其余的固定返回通道叶片27B-27D可具有较短的延伸，其中前缘29B-29D布置在弯曲顶点33B-33D的下游。

返回通道叶片27A在外悬式叶轮的相关隔板或隔板组件的内部部分或核心25X和所述隔板组件的外部部分之间形成机械连接，并且因而与外壳3形成机械连接。

外悬式叶轮15的隔板25的内部部分25X形成用于第一轴承11的壳体。第一轴承11因此通过固定返回通道叶片27A机械地连接到压缩机套件的外部部分和壳3上，固定返回通道叶片27A在外悬式叶轮15和第一轴承间叶轮29A之间形成返回通道。

图3示出根据图2的线III-III的示意性横截面。图3的横截面图示出旋转轴9、第一轴承11、外悬式叶轮15的隔板的核心或内部部分25X和固定返回通道叶片27A，它们在隔板核心25X和压缩机套件的外部部分之间建立机械连接。因而，由固定返回通道叶片27A提供的机械连接在轴承11和压缩机1的外壳3之间建立连接。

根据一些示例性实施例，轴承11可需要油润滑。在一些示例性实施例中，为此可通过第一隔板25的核心25X和通过一个或多个固定返回通道叶片27A提供一个或多个润滑油导管12。根据优选实施例，所述固定返回通道叶片27A中的一些可设有较厚的前缘29A，如图3中示意性地显示的那样，使得可轻易地通过所述叶片加工润滑油导管12。

根据其它示例性实施例，轴承11可为需要电功率的磁轴承。在一些实施例中，可提供电力线使其通过隔板的核心25X，以及通过至少一个固定返回通道叶片27A，线基本沿着对应于图3中公开的润滑油导管12的路径延伸。线延伸通过其中的返回通道叶片27A可具有较厚的前缘。

上面描述的布置产生多级离心压缩机，其具有外悬式叶轮15和容纳在相同的壳3中的一个或多个轴承间叶轮19A-19D。因此气体流径完全在壳3内从入口歧管5延伸到出口歧管7，以及从入口气室17到螺旋管21延伸通过上面描述的叶轮和返回通道组件。

由于将第一叶轮15布置成外悬式布置，入口气室17完全没有机械部件，特别是没有旋转轴9。这允许将可变或可动的入口导叶41布置在远离压缩机轴线A-A的区域中。在一些实施例中，可变的入口导叶41可位于入口歧管5中，并且用于控制所述可变的入口导叶的移动的控制器件43可完全布置在壳3的外部。这提供可变的入口导叶41和相关工具和促动器，因为可轻易地移动和控制它们，以实现维护或修理目的。

通过从入口气室17移除旋转轴9，使得将可变的入口导叶41布置在壳3和入口气室17的外部成为可能，使得可变的入口导叶在径向入口中产生的任何漩涡可轻易地到达外悬式叶轮15，而不会由于存在阻碍入口气室17的机械部件而过度扭曲。

根据优选实施例，压缩机1的低压侧的第一轴承11完全“在气体中”，并且不需要干气密封件。仅在轴9的相反的高压侧上需要这种干气密封件，第二轴承13布置在高压侧。减少干气密封件的数量有助于提高压缩机的可靠性和降低其总成本。

图4示意性地示出根据本公开的多级离心压缩机的另一个实施例。相同参考标号用来表示关于图2和3所公开的相同或相应的构件、元件或特征。

图2和4的实施例之间的主要区别涉及入口歧管的布置。在图4的实施例中，气体入口为贯通式轴向入口歧管，再次标为5。压缩机套件的布置以及尤其是外悬式叶轮15、轴承间叶轮19A-19D和返回通道和有关隔板的布置可与上面参照图2和3所公开的大部分相同或相似。

图4中的压缩机1的布局特别有利，因为考虑到了可动或可变的入口导叶41的布置。可变的入口导叶41及其促动部件43再次可布置在压缩机1的主壳3外部的入口歧管处，从而使得可从外部轻易地接近可变的入口导叶组件，而不需要拆开壳3。可变的入口导叶41可正好布置在轴向入口气室的前面，轴向入口气室沿轴向定位在外悬式叶轮15的前面，这与在一体式齿轮压缩机中那样的方式非常相同，从而使得压缩机的效率高。

图5示出类似于图2的实施例的经修改的实施例的截面图。使用相同参考标号来表示图2中的相同或相应的部件。在图5的实施例中，第一压缩机级的固定返回通道叶片27A较短，并且其前缘29A位于面向压缩机的压力端的隔板的固定内部部分25X的侧部上。隔板25的内部部分25X和压缩机壳之间的机械连接仍然由固定返回通道叶片提供。另外，隔离件30可在返回通道中布置在叶轮的出口和返回通道的顶点33A之间。隔离件30可提供额外的机械强度。轴承11的润滑油导管或线可延伸通过固定返回通道叶片27A和/或通过隔离件30。

虽然已经在图中显示以及关于若干示例性实施例在上面特别详细全面地描述了本文描述的主题的公开的实施例，但对本领域普通技术人员将显而易见的是，许多修改、变化和省略是可行的，而不在实质上偏离本文阐述的新颖教导、原理和概念，以及所附权利要求中叙述的主题的优点。因此，公开的创新的恰当范围应当仅由所附权利要求的最宽泛解释确定，以便包含所有这样的修改、变化和省略。另外，可根据备选实施例来改变或重新安排任何过程或方法步骤的次序或顺序。

Claims (12)

1.一种多级离心压缩机，包括：

壳；

轴，其通过至少第一轴承和第二轴承旋转地支承在所述壳中；

至少一个轴承间叶轮，其在所述轴上安装在所述第一轴承和所述第二轴承之间；

外悬式叶轮，其安装在所述轴的一端处；

位于所述壳中的第一隔板组件，其包括具有多个固定返回通道叶片的返回通道组件，从而限定多个返回导叶，以使压缩气体从所述外悬式叶轮的出口位置转向到所述轴承间叶轮的入口位置；

在所述壳中的入口气室；

其中，所述第一隔板组件容纳所述第一轴承和第二轴承中的一个；且

其中用于所述轴承的至少一个润滑油导管容纳在所述第一隔板组件中，所述至少一个润滑油导管延伸通过相应的固定返回通道叶片中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述固定返回通道叶片延伸到紧邻多个返回通道的弯曲顶点的区域。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述外悬式叶轮、所述第一隔板组件和所述至少一个轴承间叶轮布置在所述壳中。

4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机进一步包括至少第二轴承间叶轮，其布置在所述第一轴承和所述第二轴承之间。

5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机进一步包括成组件的可变的入口导叶。

6.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述可变的入口导叶围绕所述入口气室沿径向布置，与所述外悬式叶轮处于流体连通。

7.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述可变的入口导叶沿轴向布置在所述外悬式叶轮前面，以产生轴向气体入口流。

8.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述外悬式叶轮支承在所述轴的一端处，并且面向所述入口气室。

9.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，通过所述第一隔板组件对承容纳在所述第一隔板组件中的轴提供至少一个电力线。

10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述至少一个电力线延伸通过相应的固定返回通道叶片中的至少一个。

11.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述入口气室是轴向入口气室。

12.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述入口气室是径向入口气室。

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