CN111980969B - 用于超低温轴流压缩机的双层壳体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超低温轴流压缩机的双层壳体，包括内筒（1）和外筒（2）构成的内壳体及外壳体（3），外筒入口端底部设有内壳固定座（21），外筒出口端底部设有内壳导向座（22），内壳固定座和内壳导向座固定在外壳体内壁上，使内壳体安装在外壳体内，内壳体与外壳体间形成绝热结构安装腔（300），外壳体内壁上设有绝热结构（4）；外壳体入口端底部设有外壳固定座（31），外壳体出口端底部设有外壳导向座（32），外壳固定座和外壳导向座与基础（5）连接，使外壳体装在基础上。本发明采用内外双层壳体结构满足外壳体常温工况和内壳体超低温工况的运行要求，解决常温工况和低温工况转换时产生的不均匀变形和热应力过大的问题。

Description

用于超低温轴流压缩机的双层壳体

技术领域

本发明涉及一种压缩机壳体，尤其涉及一种用于超低温轴流压缩机的双层壳体。

背景技术

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，压缩机在机械、化工等领域中被广泛使用，如往复式压缩机、回旋式压缩机、轴流式压缩机等。

目前，现有技术的轴流压缩机的壳体为单层结构，通常由内筒和外筒构成，请参见附图1和附图2，内筒1内部形成转子安装腔100并为转子提供支撑，内筒1与外筒2之间形成流道腔200用于构建流道，由于流道腔200需要构件流道而无法安装绝热结构，因此绝热结构需要安装在内筒1的内壁和外筒2的外壁上，以确保当轴流压缩机在-173℃的超低温环境下工作时，低温不会传导到轴承处。但由于外筒2的外壁结构复杂，如外筒2的底座部位需要与基座安装连接而影响绝热结构的绝热效果，导致外筒2无法严密绝热，从而导致壳体存在温度梯度，进而导致压缩机轴系同心度的偏离，尤其是轴流压缩机需要在超低温和常温两种工况下工作时，必然有至少一个工况会存在轴系同心度偏离的问题。

同时，壳体温度梯度还会导致流道型面变化、叶顶间隙不均匀变化、壳体热应力变大等一系列气动、机械安全性上的问题。若轴流压缩机运行在高背压工况下，壳体外壁需要承担压力容器的功能，由于流道型面的加工精度要求很高，因此，整个壳体需要留有大量余量，从而大大提高了壳体的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于超低温轴流压缩机的双层壳体，通过采用内外双层壳体结构，能满足外壳体常温工况和内壳体超低温工况的运行要求，解决了常温工况和低温工况转换时产生的不均匀变形和热应力过大的问题。

本发明是这样实现的：

一种用于超低温轴流压缩机的双层壳体，包括由内筒和外筒构成的内壳体，内筒内形成转子安装腔并通过轴承座安装转子，且内筒的内壁上设有绝热结构，内筒与外筒之间形成流道腔；

所述的双层壳体还包括外壳体，外筒的入口端底部设有内壳固定座，外筒的出口端底部设有内壳导向座，内壳固定座和内壳导向座分别固定在外壳体的内壁上，使内壳体固定安装在外壳体内，且内壳体的外壁与外壳体的内壁之间形成绝热结构安装腔，外壳体的内壁上设有绝热结构；外壳体的入口端底部设有外壳固定座，外壳体的出口端底部设有外壳导向座，外壳固定座和外壳导向座与基础连接，使外壳体固定安装在基础上。

所述的内壳固定座和外壳固定座均由底座和销轴组成，销轴垂直固定在底座上，且销轴沿压缩机轴系的径向设置；内壳固定座的底座固定安装在外壳体的内壁上，外壳固定座的底座固定安装在基础上。

所述的内壳导向座和外壳导向座均由底座和导向键构成，底座上设有导向键槽，导向键嵌装在导向键槽内，且导向键与导向键槽之间留有导向间隙，使导向键能沿导向键槽移动；内壳导向座的底座固定安装在外壳体的内壁上，外壳导向座的底座固定安装在基础上。

所述的外筒的入口端顶部和出口端顶部均设有内壳辅助导向座，内壳辅助导向座固定在外壳体的内壁上。

所述的内壳辅助导向座由底座和导向键构成，底座上设有导向键槽，导向键嵌装在导向键槽内，且导向键与导向键槽之间留有导向间隙，使导向键能沿导向键槽移动；内壳辅助导向座的底座固定安装在外壳体的内壁上。

所述的导向键沿压缩机轴系的径向设置，导向键槽沿压缩机轴系的轴向设置，且导向键与导向键槽之间的导向间隙位于压缩机轴系的轴向上。

所述的外筒的两侧设有内壳安装座，外壳体的两侧设有外壳安装座，内壳安装座固定安装在外壳安装座上。所述的内筒与外筒之间的导叶内设有通孔，通孔与设置在绝热结构安装腔内的管节连通，管节延伸至外壳体的外部。

所述的通孔和管节构成的通道内壁上设有绝热层。

所述的管节为波纹管膨胀节。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明由于采用了内外双层壳体结构，构建了绝热结构安装腔、转子安装腔和流道腔，方便绝热结构在绝热结构安装腔和转子安装腔内的安装，避免了现有技术中单层壳体出现温度梯度的问题，从而避免了单层壳体温度梯度导致的不规律变形所引起的流道型面变化、壳体热应力变大、叶顶间隙不均匀变化等气动、机械安全性上的问题。

2、本发明由于采用了内外双层壳体结构，确保流道内的超低温不向外壳体外部和转子安装腔内部传导，从而满足外壳体在常温工况下工作且内壳体在超低温工况下的运行要求，解决了轴流压缩机由常温工况向超低温工况转换时壳体变形不均匀和热应力过大的问题，使轴流压缩机安全运行。

3、本发明的外壳体通过外壳固定座和外壳导向座固定于基础上，外壳体不仅能作为绝热结构的安装支撑部件，也能作为承压部件约束壳体的收缩方向并将壳体受到的横向力传递给基础，使轴流压缩机能在超低温高背压的工况下安全运行，且大大降低了制造成本。

4、本发明的内壳体通过内壳固定座、内壳导向座和内壳辅助导向座固定于外壳体内，不仅增强了内壳体的刚度，还能约束内壳体的收缩方向并将内壳体受到的横向力传递给外壳体，防止内壳体产生扭转，确保内壳体的安全运行。

本发明采用了内外双层壳体结构，确保外壳体在常温工况下且内壳体在超低温工况下工作，解决了轴流压缩机由常温工况向超低温工况转换时壳体变形不均匀和热应力过大的问题，确保了轴流压缩机的运行安全性，尤其适用于超低温轴流压缩机。

附图说明

图1是现有技术轴流压缩机壳体的结构示意图；

图2是现有技术轴流压缩机壳体的剖面图；

图3是本发明用于超低温轴流压缩机的双层壳体的结构示意图；

图4是本发明用于超低温轴流压缩机的双层壳体的剖面图；

图5是图4的局部放大图；

图6是本发明用于超低温轴流压缩机的双层壳体的侧剖图；

图7是本发明用于超低温轴流压缩机的双层壳体中内壳固定座的结构示意图；

图8是本发明用于超低温轴流压缩机的双层壳体中内壳导向座的结构示意图。

图中，100转子安装腔，200流道腔，300绝热结构安装腔，1内筒，2外筒，21内壳固定座，22内壳导向座，23内壳辅助导向座，24内壳安装座，3外壳体，31外壳固定座，32外壳导向座，33外壳安装座，4绝热结构，5基础，6通孔，7管节，8底座，81导向键槽，82导向间隙，9销轴，10导向键。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1和附图2，一种用于超低温轴流压缩机的双层壳体，包括由内筒1和外筒2构成的内壳体，内筒1内形成转子安装腔100并安装转子，且内筒1的内壁上设有绝热结构4，内筒1与外筒2之间形成流道腔200。

请参见附图3和附图5，所述的双层壳体还包括外壳体3，外筒2的入口端底部设有内壳固定座21，外筒2的出口端底部设有内壳导向座22，内壳固定座21和内壳导向座22分别焊接固定在外壳体3的内壁上，使内壳体固定安装在外壳体3内，且内壳体的外壁与外壳体3的内壁之间形成绝热结构安装腔300，外壳体3的内壁上设有绝热结构4；请参见附图4，外壳体3的入口端底部设有外壳固定座31，外壳体3的出口端底部设有外壳导向座32，外壳固定座31和外壳导向座32通过预埋件与基础5连接，使外壳体3固定安装在基础5上。

请参见附图7，所述的内壳固定座21和外壳固定座31均由底座8和销轴9组成，销轴9垂直固定在底座8上，且销轴9沿压缩机轴系的径向设置；内壳固定座21的底座8固定安装在外壳体3的内壁上，外壳固定座31的底座8固定安装在基础5上。销轴9用于约束内壳体和外壳体3沿压缩机轴向（以下简称X向）和横向（即与X向位于同一水平面内且垂直于X向的Y向，以下简称Y向）的自由度，确保压缩机内壳体和外壳体3在压缩机冷变形时，内壳固定座21和外壳固定座31的配合面仅能在竖向（即与X向和Y向垂直的Z向，以下简称Z向）发生位移。内壳固定座21的底座8用于将内壳体所受的X向和Y向力传递到外壳体3，外壳固定座31的底座8用于将外壳体3所受的X向和Y向力传递到基础5上。

所述的外筒2的入口端顶部和出口端顶部均设有内壳辅助导向座23，内壳辅助导向座23焊接固定在外壳体3的内壁上，用于将内筒2所承受的横向力传递给外壳体3，可防止内壳体产生扭转现象，增强内壳体的刚度。

请参见附图8，所述的内壳导向座22、内壳辅助导向座23和外壳导向座32均由底座8和导向键10构成，底座8上设有导向键槽81，导向键10嵌装在导向键槽81内，且导向键10与导向键槽81之间留有导向间隙82，使导向键10能沿导向键槽81移动；内壳导向座22的底座8固定安装在外壳体3的内壁底部，外壳导向座32的底座8固定安装在基础5上，内壳辅助导向座23固定安装在外壳体3的内壁顶部。所述的导向键10沿压缩机轴系的径向设置，导向键槽81沿压缩机轴系的轴向设置，且导向键10与导向键槽81之间的导向间隙82位于压缩机轴系的轴向上。导向键10与导向键81在X向留有足够的导向间隙82以确保压缩机在冷变形时，不会约束内壳导向座22、内壳辅助导向座23和外壳导向座32沿X向的自由度。导向键10与导向键槽81在Y向可预留较小间隙，用来约束内壳导向座22、内壳辅助导向座23和外壳导向座32沿Y向的自由度，确保内壳导向座22、内壳辅助导向座23和外壳导向座32的配合面只能在X向和Z向发生位移。内壳固定座21的底座8用于将内壳体所受的X向和Y向力传递到外壳体3，外壳固定座31的底座8用于将外壳体3所受的X向和Y向力传递到基础5上。

所述的外筒2的两侧设有内壳安装座24，外壳体3的两侧设有外壳安装座33，内壳安装座24固定安装在外壳安装座33上，提高安装稳定性和可靠性。

请参见附图6，所述的内筒1与外筒2之间的导叶内设有通孔6，通孔6与设置在绝热结构安装腔300内的管节7连通，管节7延伸至外壳体3的外部，通过通孔6和管节7在轴流压缩机的内外建立通道，用于将轴承座内部的各种控制、动力电缆及密封保温气管等管线顺利的从内筒1引出到外壳体3外部，且确保线缆、管道的正常工作。可根据线缆、管道的数量合理设置通孔6和管节7构成的通道数量。

所述的通孔6和管节7构成的通道内壁上设有绝热层（图中未示出），可进一步确保线缆、管道的正常工作，优选的，绝热成可采用气凝胶，具有良好的绝热功能。

优选的，所述的管节7可采用波纹管膨胀节，能根据线缆、管道的走向弯折，为线缆、管道提供最大程度的保护。

本发明通过加装外壳体3以实现绝热结构4的安装功能，确保由内筒1和外筒2构成的内壳体能实现轴流压缩机壳体的常规功能，即构建转子安装腔100和流道腔200，并通过轴承座、转子等结构安装轴系，同时在内筒2的内壁上安装绝热结构4以防止流道内的超低温对轴系正常运行的影响，使转子安装腔100为常温腔，流道腔200和绝热结构安装腔300为低温腔，外壳体3作为绝热结构4的支撑部件，绝热结构4可安装在绝热结构安装腔300内的外壳体3内壁上，以防止流道内的超低温向轴流压缩机外部的传导。

由于内壳体和外壳体3受到温度、压力等因素的影响而可能出现不均匀变形和热应力过大等问题，通过在内壳体的外筒2入口端底部设置一个内壳固定座21、出口端底部设置一个内壳导向座22、入口端顶部和出口端顶部各设置一个内壳辅助导向座23，实现内壳体在外壳体3内的固定安装，不仅确保了内壳体与外壳体3之间的绝热结构安装腔300的构建，并能将内壳体所承受的横向力传递到外壳体3上，有效约束内壳体的收缩方向，避免内壳体出现扭转现象，提高了内壳体的刚度；通过在外壳体3的入口端底部设置一个外壳固定座31、出口端底部设置一个外壳导向座32，从而将外壳体3固定在基础5上，在约束外壳体3收缩方向的同时将轴流压缩机受到的横向力传递到基础5上；内壳体和外壳体3的双层壳体结构在确保壳体气动、机械安全性的同时能降低制造成本。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于超低温轴流压缩机的双层壳体，包括由内筒（1）和外筒（2）构成的内壳体，内筒（1）内形成转子安装腔（100）并安装转子，且内筒（1）的内壁上设有绝热结构（4），内筒（1）与外筒（2）之间形成流道腔（200）；

其特征是：所述的双层壳体还包括外壳体（3），外筒（2）的入口端底部设有内壳固定座（21），外筒（2）的出口端底部设有内壳导向座（22），内壳固定座（21）和内壳导向座（22）分别固定在外壳体（3）的内壁上，使内壳体固定安装在外壳体（3）内，且内壳体的外壁与外壳体（3）的内壁之间形成绝热结构安装腔（300），外壳体（3）的内壁上设有绝热结构（4）；外壳体（3）的入口端底部设有外壳固定座（31），外壳体（3）的出口端底部设有外壳导向座（32），外壳固定座（31）和外壳导向座（32）与基础（5）连接，使外壳体（3）固定安装在基础（5）上；

所述的外筒（2）的入口端顶部和出口端顶部均设有内壳辅助导向座（23），内壳辅助导向座（23）固定在外壳体（3）的内壁上；

所述的内壳固定座（21）和外壳固定座（31）均由底座（8）和销轴（9）组成，销轴（9）垂直固定在底座（8）上，且销轴（9）沿压缩机轴系的径向设置；内壳固定座（21）的底座（8）固定安装在外壳体（3）的内壁上，外壳固定座（31）的底座（8）固定安装在基础（5）上。

2.根据权利要求1所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的内壳导向座（22）和外壳导向座（32）均由底座（8）和导向键（10）构成，底座（8）上设有导向键槽（81），导向键（10）嵌装在导向键槽（81）内，且导向键（10）与导向键槽（81）之间留有导向间隙（82），使导向键（10）能沿导向键槽（81）移动；内壳导向座（22）的底座（8）固定安装在外壳体（3）的内壁上，外壳导向座（32）的底座（8）固定安装在基础（5）上。

3.根据权利要求1所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的内壳辅助导向座（23）由底座（8）和导向键（10）构成，底座（8）上设有导向键槽（81），导向键（10）嵌装在导向键槽（81）内，且导向键（10）与导向键槽（81）之间留有导向间隙（82），使导向键（10）能沿导向键槽（81）移动；内壳辅助导向座（23）的底座（8）固定安装在外壳体（3）的内壁上。

4.根据权利要求2或3所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的导向键（10）沿压缩机轴系的径向设置，导向键槽（81）沿压缩机轴系的轴向设置，且导向键（10）与导向键槽（81）之间的导向间隙（82）位于压缩机轴系的轴向上。

5.根据权利要求1所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的外筒（2）的两侧设有内壳安装座（24），外壳体（3）的两侧设有外壳安装座（33），内壳安装座（24）固定安装在外壳安装座（33）上。

6.根据权利要求1所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的内筒（1）与外筒（2）之间的导叶内设有通孔（6），通孔（6）与设置在绝热结构安装腔（300）内的管节（7）连通，管节（7）延伸至外壳体（3）的外部。

7.根据权利要求6所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的通孔（6）和管节（7）构成的通道内壁上设有绝热层。

8.根据权利要求6或7所述的用于超低温轴流压缩机的双层壳体，其特征是：所述的管节（7）为波纹管膨胀节。

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