CN111894890B - 用于压缩机的密封组件 - Google Patents

Abstract

一种用于压缩机的密封组件，包括至少一个叶轮。至少一个密封脊与所述叶轮相关联、包括多个径向阶状表面。密封件与至少一个密封脊中的每一个相关联。所述密封件包括与至少一个密封脊上的所述多个径向阶状表面相对应的多个径向阶状突出部。至少一个致动器被配置为相对于所述密封件移动至少一个密封脊。

Description

用于压缩机的密封组件

背景技术

本公开涉及压缩机。特别地，本公开涉及电动马达驱动的磁力轴承压缩机。

电动马达驱动的压缩机的一个特别用途是液体致冷器。示例性液体致冷器使用密封离心压缩机。示例性单元包括压缩机、冷却器单元、致冷器单元、膨胀装置和各种附加部件的独立组合。

一些压缩机包括间置于马达转子和叶轮之间的传动装置，用于以比马达更快的转速驱动叶轮。在其他压缩机中，叶轮由转子直接驱动（例如，它们位于同一轴上）。

各种轴承系统已被用于支撑压缩机轴。一类特别的压缩机使用磁力轴承（更具体地，电磁轴承）。为了提供轴的径向支撑，可以使用一对径向磁力轴承。这些轴承中的每一个都可以由机械轴承（所谓的"保护"轴承）支撑。另外，一个或多个其他磁力轴承可被配置为抵抗向上游拉动轴的负荷（以及相反的负荷）。向上游移动会收紧叶轮及其护罩之间的间隙，并因而有损坏的风险。相反的移动可能会打开间隙并降低效率。

磁力轴承使用位置传感器来调整相关联的磁场，以抵制给定工况的相关联径向和轴向静态负荷而保持径向和轴向定位，并进一步控制同步振动。

发明内容

在一个示例性实施方案中，一种用于压缩机的密封组件包括至少一个叶轮。至少一个密封脊（seal land）与叶轮相关联、包括多个径向阶状表面。密封件与至少一个密封脊中的每一个相关联。密封件包括与至少一个密封脊上的多个径向阶状表面相对应的多个径向阶状突出部。至少一个致动器被配置为相对于密封件移动至少一个密封脊。

在上述的另外的实施方案中，至少一个致动器被配置为在第一轴向位置和第二不同的轴向位置之间移动密封件。

在上述任一者的另外的实施方案中，至少一个密封脊附接到叶轮和壳体组件中的一者。密封件附接到叶轮和壳体组件中的另一者。

在上述任一者的另外的实施方案中，多个径向阶状突出部包括在第一轴向方向上径向尺寸增加的远端。多个径向阶状突出部中的相邻突出部通过沟槽分开。

在上述任一者的另外的实施方案中，多个径向阶状表面包括在第一轴向方向上增加的径向尺寸。

在上述任一者的另外的实施方案中，第一轴向方向是轴向向后方向。

在上述任一者的另外的实施方案中，密封件相对于压缩机的壳体组件固定。至少一个密封脊相对于叶轮固定。

在上述任一者的另外的实施方案中，多个径向阶状表面包括三个径向阶状表面。多个径向阶状突出部包括三个径向阶状突出部。

在另一个示例性实施方案中，一种压缩机组件包括至少一个叶轮。轴与至少一个叶轮处于驱动接合。至少一个电磁轴承支撑轴。至少一个密封组件与至少一个叶轮相关联。至少一个密封脊与至少一个叶轮相关联、包括多个径向阶状表面。密封件与至少一个密封脊中的每一个相关联。密封件包括与至少一个密封脊上的多个径向阶状表面相对应的多个径向阶状突出部。至少一个致动器被配置为在至少一个密封脊与密封件之间产生移动。

在上述任一者的另外的实施方案中，至少一个电磁轴承包括至少一个径向支撑电磁轴承系统和至少一个轴向止推电磁轴承系统。

在上述任一者的另外的实施方案中，至少一个致动器被配置为在第一轴向位置和第二不同的轴向位置之间移动密封件。

在上述任一者的另外的实施方案中，至少一个密封脊附接到至少一个叶轮中的一者。壳体组件和密封件附接到至少一个叶轮和壳体组件中的另一者。

在上述任一者的另外的实施方案中，多个径向阶状突出部包括在第一轴向方向上径向尺寸增加的远端。

在上述任一者的另外的实施方案中，多个径向阶状表面包括在第一轴向方向上增加的径向尺寸。多个径向阶状突出部中的相邻突出部通过沟槽分开。

在上述任一者的另外的实施方案中，至少一个叶轮包括第一级叶轮和第二级叶轮。至少一个密封组件包括与第一级叶轮相关联的第一密封组件以及与第二级叶轮相关联的第二密封组件和第三密封组件。

在上述任一者的另外的实施方案中，第一密封组件位于第一级叶轮的轴向上游侧。第二密封组件位于第二级叶轮的轴向上游侧。第三密封组件位于第二级叶轮的轴向下游侧。

在另一个示例性实施方案中，一种操作压缩机的方法包括用至少一个电磁轴承支撑压缩机中的轴。密封间隙基于压缩机的工况确定。基于工况，通过在附接到叶轮和壳体组件中的一者的密封脊与附接到叶轮和壳体组件中的另一者的密封件之间产生轴向移动来增加密封间隙。

在上述任一者的另外的实施方案中，密封脊包括多个径向阶状表面。密封件包括多个径向阶状突出部。

在上述任一者的另外的实施方案中，工况包括用以增加密封间隙的压缩机的启动状态或关闭状态中的至少一者。

在上述任一者的另外的实施方案中，至少一个电磁轴承包括至少一个径向支撑电磁轴承系统和至少一个轴向止推电磁轴承系统。

附图说明

图1是示例性致冷器系统的示意图。

图2是来自图1的致冷器系统的示例性压缩机的局部示意图。

图3A是示例性第一级叶轮的放大视图，其中第一密封组件处于第一位置。

图3B是示例性第一级叶轮的放大视图，其中第一密封组件处于第二位置。

图4A是示例性第二级叶轮的放大视图，其中第二密封组件和第三密封组件处于第一位置。

图4B是示例性第二级叶轮的放大视图，其中第二密封组件和第三密封组件处于第二位置。

图5示出了用于操作图1的压缩机的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了蒸气压缩系统20。示例性蒸气压缩系统20是致冷器系统。系统20包括离心压缩机22，所述离心压缩机22具有吸入口（进口）24和排出口（出口）26。所述系统还包括在正常操作模式下为排热热交换器（例如，气体冷却器或冷凝器）的第一热交换器28。在示例性系统中，第一热交换器28是由冷凝器单元34中的管束30、32形成的制冷剂-水热交换器，其中制冷剂通过外部水流来冷却。浮阀36控制从围绕过冷器束32的过冷器室通过冷凝器出口的流动。

所述系统还包括第二热交换器38（在正常模式下为吸热热交换器或蒸发器）。在示例性系统中，第二热交换器38是由管束40形成的用于对致冷器单元42内经制冷的水流进行制冷的制冷剂-水热交换器。致冷器单元42包括制冷剂分配器44。膨胀装置46沿着正常模式制冷剂流动路径48（流动路径部分地由相关联的管道等包围）位于压缩机的下游和蒸发器38的上游。

热气旁通阀50沿着旁通流动路径支路52定位，所述旁通流动路径支路52在出口26下游和隔离阀54上游的第一位置与冷却器进口上游和膨胀装置46下游的第二位置之间延伸。

如图2中所示，压缩机22容纳在示例性壳体组件56内。壳体组件56包含用于驱动第一级叶轮60和第二级叶轮62的电动马达58。电动马达58在第一模式下驱动第一级叶轮60和第二级叶轮62以压缩流体（制冷剂）以通过进口24吸入流体（制冷剂）、压缩流体并从出口26排出流体。在所示示例中，第一级叶轮60和第二级叶轮62由电动马达58直接驱动。

壳体组件56限定马达舱室64，所述马达舱室64容纳电动马达58的定子66和转子68。在所示示例中，转子68部分地位于定子66内并被安装为围绕转子轴线A旋转以用于驱动第一级叶轮60和第二级叶轮62。转子68利用位于电动马达58的每个相对轴向侧上的电磁轴承系统70相对于壳体组件56进行径向支撑。另外，转子68利用位于电动马达58的每个相对轴向侧上的轴向止推电磁轴承系统72相对于壳体组件56进行轴向支撑。第一叶轮60和第二级叶轮62安装到轴76（例如安装到端部部分78），以与转子68作为一个单元围绕转子轴线A旋转。在本公开中，轴向的或轴向地以及径向的或径向地与转子轴线A相关，除非另有说明。

如图2中所示，流体通过进口24进入压缩机22。在进口24和第一级叶轮60的进口80之间，压缩机22包括用于控制进入压缩机22的流体量的可控进口引导叶片（IGV）阵列82。第一级叶轮60的出口84与第二级叶轮62的进口86通过流体通道88流体地连接。流体通道88从第一级叶轮60的出口84径向向外延伸并径向向内回转以接合第二级叶轮62的进口86。第二级叶轮62的出口90通过流体通道94流体地连接到出口集气室92。

在压缩机22的操作期间，必须在第一级叶轮60和第二级叶轮62的部分与壳体组件56之间形成密封。特别地，第一级叶轮60用第一密封组件96密封，并且第二级叶轮62用第二密封组件98和第三密封组件100密封。

如图3A至图3B中所示，第一密封组件96包括阶状密封脊102，所述阶状密封脊102在第一级叶轮60的进口80的径向外侧形成周向环。在所示示例中，密封脊102包括台阶102A、102B、102C，每个台阶相对于流动通过压缩机22的流体在下游方向上具有径向增加的尺寸。

第一密封组件96还包括形成完整环的密封件104，所述密封件104包括与密封脊102中的台阶102A、102B、102C的数量相对应数量的密封突出部104A、104B、104C。密封突出部104A、104B、104C包括在轴向下游方向上径向尺寸增加的远端并通过沟槽分开。密封件104的径向外侧通过O形环106相对于壳体组件56的一部分进行密封。

在压缩机22的操作期间，第一密封组件96位于如图3A中所示的第一位置，其中第一密封件104位于轴向下游位置，其中突出部104A、104B、104C与密封脊102中的台阶102A、102B、102C中的相对应一者轴向对齐。图3A的配置形成迷宫式密封，其中突出部104A、104B、104C与台阶102A、102B、102C保持紧密容差。

当压缩机22启动或关闭时，至少一个致动器108将密封件104移动到轴向向前位置，使得突出部104A、104B、104C不再与台阶102A、102B、102C中的相对应一者轴向对齐。这在密封件104和密封脊102之间产生更大的间隙，以防止密封件104在电磁轴承70、72处于启动或关闭阶段而导致轴76更大的径向移动时接触密封脊102。此配置减少了第一级叶轮60的前端与壳体组件56之间的流体泄漏，从而提供了压缩机22在正常工况期间的效率增加。

如图4A至图4B所示，第二密封组件98和第三密封组件100分别与第二级叶轮62的上游侧和下游侧相关联。第二密封组件98包括阶状密封脊110，所述阶状密封脊110在第二级叶轮62的进口86的径向外侧形成周向环。在所示示例中，密封脊110包括台阶110A、110B、110C，每个台阶相对于流动通过压缩机22的流体在下游方向上具有径向增加的尺寸。

第二密封组件98还包括密封件112，所述密封件112包括与密封脊110中的台阶110A、110B、110C的数量相对应数量的密封突出部112A、112B、112C。密封突出部112A、112B、112C包括在轴向下游方向上径向尺寸增加的远端并通过沟槽分开。密封件112的径向外侧通过O形环114相对于壳体组件56的一部分进行密封。

在压缩机22的操作期间，第二密封组件98位于如图4A中所示的第一位置，其中第一密封件112形成位于轴向下游位置的完整环，其中突出部112A、112B、112C与第二密封脊110中的台阶110A、110B、110C中的相对应一者轴向对齐。图4A的配置形成迷宫式密封，其中突出部112A、112B、112C与台阶110A、110B、110C保持紧密容差。

当压缩机22启动或关闭时，至少一个致动器116将密封件112移动到轴向向前位置，使得突出部112A、112B、112C不再与台阶110A、110B、110C中的相对应一者轴向对齐。这在密封件112和密封脊110之间产生更大的间隙，以防止密封件112在电磁轴承70、72处于启动或关闭阶段而导致轴76更大的径向移动时接触密封脊110。此配置减少了第二级叶轮62的前端与壳体组件56之间的流体泄漏，从而提供了压缩机22在正常工况期间的效率增加。

第三密封组件100包括阶状密封脊118，所述阶状密封脊118在第二级叶轮62的出口90的径向后侧形成周向环。在所示示例中，密封脊118包括台阶118A、118B、118C，每个台阶相对于流动通过压缩机22的流体在下游方向上具有径向增加的尺寸。

第三密封组件100还包括密封件120，所述密封件120包括与密封脊118中的台阶118A、118B、118C的数量相对应数量的密封突出部120A、120B、120C。密封突出部118A、118B、118C包括在轴向下游方向上径向尺寸增加的远端并通过沟槽分开。密封件118的径向外侧通过O形环122相对于壳体组件56的一部分进行密封。

在压缩机22的操作期间，第三密封组件100位于如图4A中所示的第一位置，其中第三密封件120形成位于轴向下游位置的完整环，其中突出部120A、120B、120C与第二密封脊110中的台阶118A、118B、118C中的相对应一者轴向对齐。图4A的配置形成迷宫式密封，其中突出部120A、120B、120C与台阶118A、118B、118C保持紧密容差。

当压缩机22启动或关闭时，至少一个致动器124将密封件120移动到轴向向前位置，使得突出部120A、120B、120C不再与台阶118A、118B、118C中的相对应一者轴向对齐。这在密封件120和密封脊118之间产生更大的间隙，以防止密封件120在电磁轴承70、72处于启动或关闭阶段而导致轴76更大的径向移动时接触密封脊118。此配置减少了第二级叶轮62的后部部分与壳体组件56之间的流体泄漏，从而提供了压缩机22在正常工况期间的效率增加。

在压缩机22的操作期间，控制器130（图1）确定压缩机22操作状态，如图5中操作压缩机200的方法所示。（步骤202）。控制器130然后将确定压缩机22的操作状态是否需要在第一密封组件96、第二密封组件98和第三密封组件100中增加间隙。（步骤204）。可能需要额外间隙的操作状态可包括至少一个启动状态和关闭状态。如果控制器103确定压缩机22未处于需要额外间隙的操作状态，则控制器130将继续监测压缩机22的操作状态的变化。

如果控制器130确定压缩机22处于需要额外间隙的操作状态，则控制器130发送信号以增加第一密封件104、第二密封件112和第三密封件120与第一密封脊102、第二密封脊110和第三密封脊118中的相应一者之间的间隙。（步骤206）。在一个示例中，来自控制器130的信号被发送到致动器108、116和/或124以移动第一密封件104、第二密封件112和/或第三密封件120，以产生与第一密封脊102、第二密封脊110和第三密封脊118的额外间隙。在另一个示例中，来自控制器130的信号被发送到致动器126以如上所讨论轴向地移动轴76，而不相对于壳体组件56移动第一密封件104、第二密封件112和第三密封件120。

前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例做出的变化和修改对于本领域技术人员而言可以变得显而易见，所述变化和修改未必脱离本公开的实质。给予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种用于压缩机的密封组件，其包括：

至少一个叶轮；

至少一个密封脊，其与所述叶轮相关联、包括多个径向阶状表面；

密封件，其与所述至少一个密封脊中的每一个相关联，其中所述密封件包括与所述至少一个密封脊上的所述多个径向阶状表面相对应的多个径向阶状突出部；以及

至少一个致动器，其被配置为相对于所述密封件移动所述至少一个密封脊。

2.如权利要求1所述的组件，其中所述至少一个致动器被配置为在第一轴向位置和第二不同的轴向位置之间移动所述密封件。

3.如权利要求1所述的组件，其中所述至少一个密封脊附接到所述叶轮和壳体组件中的一者，并且所述密封件附接到所述叶轮和所述壳体组件中的另一者。

4.如权利要求1所述的组件，其中所述多个径向阶状突出部包括在第一轴向方向上径向尺寸增加的远端，并且所述多个径向阶状突出部中的相邻突出部通过沟槽分开。

5.如权利要求4所述的组件，其中所述多个径向阶状表面包括在所述第一轴向方向上增加的径向尺寸。

6.如权利要求5所述的组件，其中所述第一轴向方向是轴向向后方向。

7.如权利要求1所述的组件，其中所述密封件相对于所述压缩机的壳体组件固定，并且所述至少一个密封脊相对于所述叶轮固定。

8.如权利要求1所述的组件，其中所述多个径向阶状表面包括三个径向阶状表面，并且所述多个径向阶状突出部包括三个径向阶状突出部。

9.一种压缩机组件，其包括：

至少一个叶轮；

轴，其与所述至少一个叶轮处于驱动接合；

至少一个电磁轴承，其支撑所述轴；以及

至少一个密封组件，其与所述至少一个叶轮相关联，所述至少一个密封组件包括：

至少一个密封脊，其与所述至少一个叶轮相关联、包括多个径向阶状表面；

密封件，其与所述至少一个密封脊中的每一个相关联，其中所述密封件包括与所述至少一个密封脊上的所述多个径向阶状表面相对应的多个径向阶状突出部；以及

至少一个致动器，其被配置为在所述至少一个密封脊与所述密封件之间产生移动。

10.如权利要求9所述的组件，其中所述至少一个电磁轴承包括至少一个径向支撑电磁轴承系统和至少一个轴向止推电磁轴承系统。

11.如权利要求9所述的组件，其中所述至少一个致动器被配置为在第一轴向位置和第二不同的轴向位置之间移动所述密封件。

12.如权利要求9所述的组件，其中所述至少一个密封脊附接到所述至少一个叶轮和壳体组件中的一者，并且所述密封件附接到所述至少一个叶轮和所述壳体组件中的另一者。

13.如权利要求9所述的组件，其中所述多个径向阶状突出部包括在第一轴向方向上径向尺寸增加的远端。

14.如权利要求13所述的组件，其中所述多个径向阶状表面包括在第一轴向方向上增加的径向尺寸，并且所述多个径向阶状突出部中的相邻突出部通过沟槽分开。

15.如权利要求9所述的组件，其中所述至少一个叶轮包括第一级叶轮和第二级叶轮，并且所述至少一个密封组件包括与所述第一级叶轮相关联的第一密封组件以及与所述第二级叶轮相关联的第二密封组件和第三密封组件。

16.如权利要求15所述的组件，其中所述第一密封组件位于所述第一级叶轮的轴向上游侧，所述第二密封组件位于所述第二级叶轮的轴向上游侧，并且所述第三密封组件位于所述第二级叶轮的轴向下游侧。

17.一种操作压缩机的方法，其包括：

利用至少一个电磁轴承支撑压缩机中的轴；

基于所述压缩机的工况确定密封间隙；以及

基于所述工况，通过在附接到叶轮和壳体组件中的一者的密封脊与附接到所述叶轮和所述壳体组件中的另一者的密封件之间产生轴向移动来增加所述密封间隙。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述密封脊包括多个径向阶状表面并且所述密封件包括多个径向阶状突出部。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述工况包括用以增加密封间隙的所述压缩机的启动状态或关闭状态中的至少一者。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述至少一个电磁轴承包括至少一个径向支撑电磁轴承系统和至少一个轴向止推电磁轴承系统。

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