CN1117217C - 离心压缩机以及其所用的轴封装置 - Google Patents

Abstract

一种防止作动气体向大气侧泄漏的轴封装置在一根转轴安装多个离心叶轮并高速旋转的离心压缩机的油膜密封型轴封装置中，有游动地嵌合在壳体上的大气侧密封环、与气体侧密封环；在该二种密封环内径侧配置着热压配合于转轴上的密封套筒。在转轴轴心部形成了从吸入端到配置油膜密封处的孔；从该孔到密封套筒表面贯穿着多个给油孔。由于从转轴吸入端将油供给2种的密封环与密封套筒间，可防压缩作动气体外漏，并可由密封油冷却因摩擦热而成为高温的轴封装置。

Description

离心压缩机以及其所用的轴封装置

技术范围

本发明涉及具有油膜密封装置的离心压缩机及其轴封装置，特别是关于具有油膜密封装置的多级离心压缩机与其轴封装置。

背景技术

为了密封离心压缩机的作动气体与轴承润滑用的油，安装密封环、并在其与转轴间留下间隙，通过从设在壳体侧的供油路向密封环外周表面供油，而向轴与密封环间强制供油，形成所谓的油膜密封，现已广为采用。作为使用这种油膜密封装置的例子，在日专利特开平8-121109号公报中有记述。

而这种油膜密封上有下述特征：

(a)可由油膜密封装置内形成的油膜完全密封住处于机内侧的作动气体向机外的漏出。

(b)油膜密封为非接触型密封，它不是像机械密封或唇式密封那样的具有滑动部密封，摩擦与磨耗小，可长期连续运转。另外，由于是非接触型，在密封部的转轴圆周速度高(约80m/s)时也可使用；大动力机械上也可以使用。

(c)通过可改变供给油的压力，在机内侧气体压力高时也可以密封机内侧气体向机外漏出。

(d)由于可由密封油带走在密封部产生的热量，油膜密封的密封安全性与可靠性高。

在油膜密封中，通过在密封环与轴之间形成比机内气体压力稍高压力的油膜来密封气体。而且，一个油膜密封装置在离心压缩机的机内侧(气体侧)与机外侧(大气侧)各有1个密封环。将这些密封环以对转轴有极狭小间隙、且可追随轴的微小运动的程度组进形成于壳体上的密封罩中。在机内侧与机外侧的两个密封环间供给比机内气体压力更高一些压力的油。所供给的油的一部分流往大气侧的密封环，其余的通过内侧密封环与轴间的环形间隙只流向机内侧。这样，可防止机内侧气体漏向大气侧。

在现有的这种油膜密封装置中，从气体侧排出的油与机内侧气体接触。因此，根据机内作动气体的种类，密封油被显著污染。有可能被污染了的排油，被导向沉淀池(drain trap)后进行油气分离，油被回收或废弃掉。为了减少叫做酸性泄油(サワ-ドレン/sour drain)的这种废油的量，现有技术中采用了如下的方法：

1)减小机内气体与供给密封油的压差；

2)减小气体侧密封环与转轴间的间隙；

在这里，1)中的压差如过小，机内气体容易向机外漏气；2)中的间隙如果过小，气体侧密封环内面的温升过高，会使密封环烧损，使密封环与转轴接触的危险性增大。实际上，报告了气体侧密封环烧损的事故。特别是作为离心压缩机作为石油精炼或化学成套设备等各种成套设备的重要构成部分，一旦离心压缩机发生故障，可能会要引起整个成套设备停止工作的事态，确保带有油膜密封装置的轴封装置的可靠性成了重大的课题。

另外，在转轴上设游隙地安装密封环，而在与该密封环相对的转轴部分上，为保护转轴通常热压配合上叫密封套筒的环。由于在现有的油膜密封中是从外周供油，该密封套筒被密封油加热而产生膨胀，往往在转轴上产生不平衡负荷。其结果，常有在包括转轴的转子上产生不平衡振动的不良情况。

发明概述

本发明即是有鉴于上述现有技术的课题与不良情况而做成的，目的在于用于提高使用于离心压缩机的油膜密封的可靠性；特别是防止气体侧密封环的烧损，提高其可靠性。

本发明的另外一个目的即在于，在带有油膜密封装置的离心压缩机中，减低由密封部不平衡引起的转子的不平衡振动。

本发明的再一个目的在于，提供以简单的构成可达到上述目的的带油膜密封装置的离心压缩机。

为达到上述目的，本发明的离心压缩机具有：转轴、安装有可转动地支承着前述转轴的轴承装置的壳体、安装在转轴上的至少1个的离心叶轮、防止被叶轮压缩的气体从前述转轴与壳体间漏出的轴封装置；其特征是，轴封装置具有气体侧密封环与大气侧密封环，其中，气体侧密封环配置于叶轮的轴向外侧，并相对壳体具有径向间隙地设置；大气侧密封环位于前述气体密封环的机外侧，并与壳体具有径向间隙被设置。在转轴中形成了向前述两密封环供油的供油路。

最好是，轴承装置设于轴向2处，轴封装置设于前述轴承装置的轴向内侧2处，或者，转轴上形成的供油路在转轴一端有开口，该供油路具有通过转轴轴心部的给油孔、与该给油孔连通并径向向外成放射状设置的多个给油孔；将多个给油孔的轴向位置定于气体侧密封环的轴向中间部；转轴对应于设置气体侧密封环与大气侧密封环的位置具有覆盖该转轴的密封套筒，该密封套筒在对应于给油路的开口部的位置具有径向贯通的孔；在转轴给油孔开口端一侧，设有收容从该给油孔供给的油的油室，同时，在该油室轴向机内侧设有密封转轴与壳体的机械密封装置。

为达到上述目的的本发明的第二个特征是，在转轴的轴向2处装有油膜密封装置的离心压缩机中，在转轴轴中心部形成了第一孔，对应于安装前述油膜密封装置的位置形成了与第一孔相连通并且开口于转轴外周的多个第二孔。

最好是，设有贮存向油膜密封装置供给的油的高位油箱、和控制该高位油箱液面的控制装置，或者，油膜密封具有气体侧密封环与大气侧密封环；具有除气装置与油箱，其中，除气装置用于从冷却了气体侧密封环并与作动气体混合的油中除去作动气体成分；油箱用于使冷却了大气侧密封环的油与由除气装置除气的油混合起来。

为达到上述目的本发明的第三个特征是，作为离心压缩机用轴封装置具有游动配合于壳体上的气体侧密封环和大气侧密封环、及配置于这些密封环内径侧的、具有径向贯通的多个孔的密封套筒，该密封套筒的多个孔至少包括形成在与气体侧密封环相对应的位置上的孔。

最好是，具有贮存从多个孔内径侧供向两密封环的油的高位油箱、和控制该高位油箱液面的控制装置。

附图简要说明

图1是本发明的多级离心压缩机的纵剖面图；图2是示出本发明的离心压缩机一实施例的图，它以纵剖面详细示出了供油系统与密封部；图3是以纵剖面详细表示出本发明的其他实施例的离心压缩机的供油系统与密封部；图4是以局部剖面详细表示本发明的离心压缩机的转轴的图。

实施发明最佳形态

下边，借附图说明本发明的若干实施例。图1是本发明的多级离心压缩机的纵剖面图，图2是表示本发明第一实施例的图，以剖面详细示出多级离心压缩机的供油系统与油膜密封部。

一轴多级型离心压缩机100是，在1根转轴1上安装着多个离心叶轮30，由设于转轴1两端部的轴承装置50、52支承着该转轴1，它由图中未示出的原动机高速旋转驱动，用于化学成套设备中，所处理的气体为可燃性气体或有毒气体等，在该1轴多级压缩机中，从吸入口31吸入的作动气体，伴随着转轴1的旋转被压缩，从排出口32以达到要求的压力输送到要求处。由于这种一轴多级压缩机100是大容量，并且从排出口32排出的作动气体的压力为高压，所以为防止该作动气体漏出机外，必须有密封装置。作为高压密封装置，由于上述的油膜密封较为合适，一般将油膜密封装置60、62设于轴承装置50、52的内侧。这里，油膜密封60、62间以图中未示出的平衡管路相连接，两装置的环境气压力成大体上为作动气体的吸入压力。而且，在轴承装置50、52与密封装置60、62中，供给了同一种类的油。

图2是图1所示一轴多级离心压缩机的供油系统与设置密封装置60、62的A部分的详图。被供给密封装置60、62的密封油8贮存于与一轴多级离心压缩机本体分体设置的油箱12中。贮存于油箱12中的密封油8由油泵13加压后，在油冷却器14中被冷却，由油过滤器15滤除后面要讲到的作动气体成分，作为新鲜的润滑与密封油可循环使用。由油过滤器15被除去了不纯物的密封油8被调节到油膜密封装置60、62需要的油压，供给到设于转轴1吸入侧轴端部的油室7。

这里，为了调节油压，用液面计检测出高位油箱18的液面高度，将此检测值输入控制器17。控制器17控制调节阀16的开度以使高位油箱18内的油的液面高度保持一定。液面高度调节到密封油与作动气体的吸入压力之间大体上产生0.5kg/cm²的压差。由于高位油箱18内油的液面高度保持一定，即使一轴多级离心压缩机100的机内压力有变化，常常可有一定的压差施加在游动嵌合于壳体9的密封环2、3上，可得到稳定的规定密封性能。在调节阀16与高位油箱18之间设置单向阀19，防止高位油箱18中蓄存的密封油8逆向流到油箱12一侧而使油膜密封装置60、62成断油状态。

向设在转动轴1轴端的油室7供给的密封油8，经转轴1的轴心部沿轴向深入，经过开到排出侧的密封装置60的给油孔4、和连通该给油孔4并沿转轴1半径方向开设的给油孔5，从热压配合于转轴1的密封套筒20上形成的孔向气体一侧的密封环2供油。这时，为防止密封油从给油孔4附近漏到外部，在转轴1的轴端近旁设置机械密封6。但，处在离心压缩机机内侧的作动气体的一部分，经迷宫式密封24、25，向密封装置60、62泄漏，与冷却该气体侧的密封环2并流入的密封油8相混合，从排油孔22排到机外设置的泄油筒10。由此，防止作动气体的泄漏。

另一方面，供给于油膜密封装置60、62的密封油8的剩余部分，从气体侧密封环2部吸取热量变成高温。而后经大气侧密封环3与轴1之间，流入轴端侧设置的排油孔23之后，回到油箱12。暂时蓄存于泄油筒10内的作动气体与密封油8混合起来的排油被送到除气(デカスタンク)箱11。用除气箱11从作动气体与密封油8的混合油中去除作动气体成分，仅是密封油8回到油箱12，再利用或废弃。由除气箱11去除的作动气体，若是有害气体或可燃性气体则必须经过适当处理，以防止引起公害或事故。

而且，由于从设有轴1上的给油孔4，5供给密封油8，故可向气体侧密封环2的中央部供油。因此，可使气体侧密封环2的轴向长度比现有的长。并因为可几乎均匀地冷却气体侧密封环2全体从而提高了放热效果。另外，由于可减小密封环部的温度梯度，从而可将密封环2与转轴1之间的间隙大致保持为适当的一定值。因此，如采用本实施例，即可以防止现有结构的经常成为问题的大气侧密封环烧损。

另外，在上述实施例中，由于将密封油8从转轴1的内侧供给，故可将转轴1与密封套筒20冷却至几乎相同的温度。而在现有技术中，由于是从转轴外周侧供给密封油，结果，厚度约3mm左右的密封套筒20，由作动气体的温度与摩擦热，首先热膨胀、成为高温，另一方面直径达100mm的转轴温度不会上升到那样高，往往引起热压配合松动，这时，密封套筒游动，转轴产生不平衡振动；但由于采用了上述之构成，可从根本上防止这种不平衡振动的发生。

其次，本发明的另一实施例如图3所示，在图3中，是将现有技术中用的转轴外周供油与上述实施例中所示供油方法并用。在这种油膜密封装置中并设着是将经油泵13加压的密封油8从形成于壳体上的给油孔21供给到密封环2、3的密封油供给路。这种情况下，与上述实施例相比，可更确实保证密封，也能确实进行冷却。另外，与图2的实施例一样地，由于也从转轴内侧供给密封油，可防止仅由气体侧密封环2与密封套筒20的热膨胀引起的转子的振动。

在图4上，详细示出了上述两实施例中使用的转轴1。为从转轴1内部向油膜密封部供油，沿中心轴在转轴1的轴中心部设置了给油孔4。而且，为向密封环供油，在对应于密封环位置设置径向给油孔5，并沿轴向设置多处。该给油孔5如同图B-B剖面所示地从转轴中心径向向外成放射状被设置，在圆周方向的等分位置设置多个。而且，由于从径向给油孔5供给的密封油8同时对转轴1和密封套筒20进行冷却，可使转轴与密封套筒大体处在同一温度下。

如依上述之本发明，可以防止油膜密封的密封环的烧损，同时，可防止由密封套筒的热膨胀引起的转子振动，可使离心压缩机的可靠性、安全性、稳定性，进而可使整个成套设备的可靠性与安全性大幅度提高。

另外，在上述实施例中，轴承部的润滑油与供给油膜密封部的密封油使用了同一种油，但也可以使用不同种类的油。这时，有着各自可使用最合适的油的优点。另外，虽然前述为从转轴吸入侧端面供给密封油，当然也可以从排出侧端面、或从轴的两端部供给。也可以将给油孔贯穿全轴。还有在转轴上形成的径向给油孔的轴向位置为每个油膜密封1处，也可为多处。再就是，在上述实施例中，示出了一轴多级型离心压缩机上使用油膜密封的情况，而在单级型或有多轴的离心压缩机上也可使用本发明。

最后，本发明在不脱离其精神或主要特征的情况下，可以其他各种各样形式实施之。因此，本说明书中记述的实施例只是一种示例，并不是被限定于此。本发明的范围由所附专利权利要求书示出；落入该专利权利要求书意义中的所有变形例也包括在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种离心压缩机，这种离心压缩机具有：转动轴、用于安装可转动地支承转轴的轴承装置的壳体、安装于前述转轴上的至少一个的离心叶轮、防止由前述叶轮所压缩的气体从前述转轴与壳体间漏出的轴封装置；其特征在于，

前述轴封装置具有气体侧密封环与大气侧密封环，其中，气体侧密封环配置在前述叶轮的轴向外侧并相对壳体沿半径方向具有间隙地设置；大气侧密封环位于该气体密封环的机外侧，与壳体的半径方向有间隙地被设置；在前述转轴上形成了向该两密封环供油的供油路。

2.按权利要求1所记述的离心压缩机，其特征在于，前述轴承装置设于轴向2处，前述轴封装置设于前述轴承装置轴向内侧2处。

3.按权利要求2所记述的离心压缩机，其特征在于，前述转轴中形成的供油路在转轴一端有开口，并具有连通转轴轴心部的给油孔，和连通该给油孔并径向向外放射状设置的多个给油孔。

4.按权利要求3所记述的离心压缩机，其特征在于，将前述多个给油孔的轴向位置设于各个给油孔所对应的前述气体侧密封环的轴向中间部。

5.按权利要求1～4项中任一项所记述的离心压缩机，其特征在于，前述转轴对应于设置前述气体侧密封环与大气侧密封环的位置地备有覆盖该转轴的密封套筒。

6.按权利要求3所记述的离心压缩机，其特征在于，在前述转轴给油孔开口端一侧，设置用于收集从该给油孔供给的油的油室；同时，在该油室的轴向机内侧，设置密封前述转轴与壳体之间的机械密封装置。

7.一种离心压缩机，这种离心压缩机在转轴的轴向2处具有油膜密封装置，其特征在于，

在前述转轴轴中心部形成第一孔，并形成与该第一孔连通的、在转轴外周开口的多个第二孔，该多个第二孔分别对准安装前述油膜密封装置的位置。

8.按权利要求7所记述的离心压缩机，其特征在于，它设有高位油箱与控制装置；其中，高位油箱贮藏供给前述油膜密封装置的油；控制装置控制该高位油箱的液面。

9.按权利要求7或8所记述的离心压缩机，其特征在于，前述油膜密封装置具有气体侧密封环与大气侧密封环；并具有除气装置与油箱，其中，除气装置用来从冷却了前述气体侧密封环并与作动气体相混合的油中除去作动气体成分；而油箱是使冷却前述大气侧密封环的油与由前述除气装置除气了的油相混合。

10.一种离心压缩机用轴封装置，具有一壳体和一转轴，其特征在于，它具有游动地嵌合于所述壳体上的气体侧密封环和大气侧密封环、和密封套筒，而该密封套筒装于该转轴上并配置于上述两密封环内径侧，并具有沿径向贯通该密封套筒的多个孔。

11.按权利要求10所记述的离心压缩机用轴封装置，其特征在于，它具有高位油箱与控制装置，其中高位油箱贮存从前述多个孔的内径侧向前述两密封环供给的油；控制装置用于控制该高位油箱的液面。

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