CN114893452A - 一种低耗平衡气离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低耗平衡气离心式压缩机，涉及压缩机技术领域，主要通过设置平衡腔室和泄压腔室，将平衡腔室与弯道连通，将泄压腔室与进气蜗室连通，减小平衡盘两侧压差，且避免平衡腔室压力过大，平衡转子轴向力的同时减少泄漏。本发明的主要技术方案为：一种低耗平衡气离心式压缩机，包括离心压缩机本体，离心压缩机本体包括定子和转子，弯道连通于进气蜗室和出气蜗室，转子转动穿接于定子，转子上设置有平衡盘；还包括平衡腔室和泄压腔室，平衡腔室和出气蜗室位于平衡盘的两侧，泄压腔室与平衡腔室连通；一级平衡管与平衡腔室和弯道相连通，二级平衡管与泄压腔室和进气蜗室相连通。本发明主要用于气体压缩。

Description

一种低耗平衡气离心式压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种低耗平衡气离心式压缩机。

背景技术

近年来，随着工业技术的不断发展，离心式压缩机组逐渐成为现代工业的核心设备。离心压缩机中单个叶轮能产生较大的轴向力，若多个叶轮顺排，轴向力为每级叶轮轴向力之和，累积后转子总的轴向力将很大。为降低轴向力，常采用平衡盘来平衡轴向力，平衡盘在转子的高压端处，通过平衡盘两侧的压差使转子受到与叶轮轴向力反向的力，将平衡盘大部分轴向力平衡掉，以保证压缩机转轴可靠运行。同时，离心式压缩机若要获得良好的运行效果，必须在转子与定子间保留一定间隙，以避免其间的摩擦、磨损以及碰撞、损坏等故障的发生。然而，由于间隙以及平衡盘两端压力的存在，会引起级间和轴端的气体大量的泄露现象，泄露不仅降低了压缩机的工作效率，而且还将导致环境污染，甚至着火爆炸等事故。具体的，大量气体泄露导致机组耗费太多无用功，机组整体效率降低，功率消耗大大增加；如平衡结构设计不合理，选用平衡气管不合适，会导致现场平衡气量得不到有效平衡，平衡腔压力不断提升，最终导致转子不平衡力不断增加，导致推力轴承比压不断增大，瓦温过高，严重者会导致烧瓦等现象。甚至会导致转子振动过大，报警停车等事故；当面临机组自平衡泄漏量较大时，大量高温气体将泄漏至进口，导致系统来流气体温度提高即产生温度效应，最终导致现场运转与设计方案不符，大大增加了熵增对机组性能下降的影响，导致机组效率降低，功率大大增加；现场平衡气量得不到有效平衡，间接影响干气密封的使用，长时间干气密封处于高压工作状态，会大大减少干气密封的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种低耗平衡气离心式压缩机，主要通过设置平衡腔室和泄压腔室，将平衡腔室与弯道连通，将泄压腔室与进气蜗室连通，减小平衡盘两侧压差，且避免平衡腔室压力过大，平衡转子轴向力的同时减少泄漏。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明提供了一种低耗平衡气离心式压缩机，包括：

离心压缩机本体，离心压缩机本体包括定子和转子，定子上设置有进气蜗室、出气蜗室和弯道，弯道连通于进气蜗室和出气蜗室，转子转动穿接于定子，转子上设置有平衡盘；

离心压缩机本体还包括平衡腔室和泄压腔室，平衡腔室和出气蜗室位于平衡盘的两侧，泄压腔室与平衡腔室连通；

一级平衡管，一级平衡管的第一端与平衡腔室相连通，一级平衡管的第二端与弯道相连通；

二级平衡管，二级平衡管的第一端与泄压腔室相连通，二级平衡管的第二端与进气蜗室相连通。

其中，平衡盘与定子之间设置有第一密封件，第一密封件上具有第一缝隙，转子与定子之间设置有第二密封件，第二密封件上具有第二缝隙；

平衡腔室和泄压腔室位于第二密封件的两侧，泄压腔室通过第二缝隙与平衡腔室相连通，平衡腔室通过第一缝隙与出气蜗室相连通。

其中，还包括：第三密封件，第三密封件设置于转子与定子之间，泄压腔室由第二密封件、第三密封件、转子和定子围合而成。

其中，一级平衡管包括第一一级平衡管和第二一级平衡管；

第一一级平衡管的第一端和第二一级平衡管的第一端均与平衡腔室相连通；

第一一级平衡管的第二端和第二一级平衡管的第二端均与弯道相连通。

其中，一级平衡管的直径的大于等于40毫米，且小于等于50毫米；

二级平衡管的直径的大于等于30毫米，且小于等于50毫米。

其中，第一一级平衡管和第二一级平衡管位于二级平衡管的两侧；

第一一级平衡管的第二端和第二一级平衡管的第二端连接于弯道的不同位置；

或者，弯道包括多级子弯道，第一一级平衡管的第二端和第二一级平衡管的第二端与不同的子弯道相连通。

其中，离心压缩机本体还包括加气蜗室，弯道上设置有加气口，一级平衡管的第二端与加气蜗室相连通，加气蜗室与加气口相连通。

其中，弯道包括由所述进气蜗室向所述出气蜗室方向依次分布的一级子弯道、二级子弯道、三级子弯道、四级子弯道和五级子弯道，三级子弯道、四级子弯道和五级子弯道其中一个上设置有加气口。

其中，一级平衡管和二级平衡管上分别设置有第一调节阀组和第二调节阀组，第一调节阀组和第二调节阀组分别用于调节一级平衡管和二级平衡管的流量。

本发明提出的低耗平衡气离心式压缩机，主要通过设置平衡腔室和泄压腔室，将平衡腔室与弯道连通，将泄压腔室与进气蜗室连通，减小平衡盘两侧压差，且避免平衡腔室压力过大，平衡转子轴向力的同时减少泄漏。现有技术中，在转子与定子间保留一定间隙,以避免转子与定子摩擦、磨损以及碰撞，且通过平衡盘两侧的压差降低转子轴向力，在平衡盘处将会导致由于压差引起的泄漏，降低了压缩机的工作效率，而且还将导致环境污染，甚至着火爆炸等事故。与现有技术相比，本申请文件中，设置平衡腔室与弯道相连通，平衡腔室通过弯道中的气体降压，由于弯道中的气压相对进气蜗室高，实现减小平衡盘两端的压差，减少平衡盘处泄漏现象，且当平衡腔室内气压较高时，高压气体将进入泄压腔室，保证转子有效的轴向平衡。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种低耗平衡气离心式压缩机在一级平衡管处的剖视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种低耗平衡气离心式压缩机在二级平衡管处的剖视结构示意图。

其中，定子-100、转子-200、进气蜗室-110、出气蜗室-120、弯道-130、一级子弯道-131、二级子弯道-132、三级子弯道-133、四级子弯道-134、五级子弯道-135、加气蜗室-140、平衡盘-210、平衡腔室-300、泄压腔室-400、一级平衡管-500、第一调节阀组-510、二级平衡管-600、第二调节阀组-610、第一密封件-700、第二密封件-800、第三密封件-900。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种低耗平衡气离心式压缩机其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种低耗平衡气离心式压缩机，包括：

离心压缩机本体，离心压缩机本体包括定子100和转子200，定子100上设置有进气蜗室110、出气蜗室120和弯道130，弯道130连通于进气蜗室110和出气蜗室120，转子200转动穿接于定子100，转子200上设置有平衡盘210；

离心压缩机本体还包括平衡腔室300和泄压腔室400，平衡腔室300和出气蜗室120位于平衡盘210的两侧，泄压腔室400与平衡腔室300相连通；

一级平衡管500，一级平衡管500的第一端与平衡腔室300相连通，一级平衡管500的第二端与弯道130相连通；

二级平衡管600，二级平衡管600的第一端与泄压腔室400相连通，二级平衡管600的第二端与进气蜗室110相连通。

为方便描述，将离心压缩机本体上设置有进气蜗室110的一端作为前端，将设置有出气蜗室120的一端作为末端，前端也为离心压缩机本体的低压端，末端也为离心压缩机本体的高压端。转子200上还设置有由低压端向高压端依次排布的叶轮，在转子200的高压端处设置有平衡盘210，平衡盘210位于末级叶轮之后，即平衡盘210相较末级叶轮更靠近离心压缩机本体的末端。叶轮与弯道130对应，转子200高速旋转，气体在叶轮的推动下由进气蜗室110进入，叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，气体在弯道130扩压流动，使气体流速和压力逐渐得到提高，连续地生产出高压的压缩空气，通过出气蜗室120降速扩压后流出。叶轮带动气体做高速旋转过程中，气体会向叶轮施加反向作用力，即气体由高压端向低压端推动叶轮，使得转子200窜动，影响压缩机正常工作。

本申请中，通过设置平衡盘210和平衡腔室300，平衡盘210固定在转子200上，且平衡盘210位于出气蜗室120相背于进气蜗室110的一侧，平衡盘210与定子100之间有缝隙，缝隙非常微小，用于避免平衡盘210与定子100摩擦磕碰。在平衡盘210相背于出气蜗室120的一侧设置有平衡腔室300，即平衡盘210的相背的两侧面分别连接出气蜗室120和平衡腔室300。一级平衡管500连通平衡腔室300和弯道130，使得平衡腔室300内的气压与弯道130内的气压接近，由于弯道130内的气压小于出气蜗室120内的气压，从而使得平衡盘210的相背的两侧产生气压压差，压差对平衡盘210产生由低压端向高压端的推力，实现对转子200轴向力的平衡。由于弯道130与出气蜗室120的气压压差相比进气蜗室110与出气蜗室120的气压压差小得多，使得平衡盘210的相背的两侧气压压差不会过大，避免大量的气体由平衡盘210与定子100之间的缝隙泄漏，实现减少泄漏量，避免大量高温气体回流到进气蜗室110或弯道130内，提高机组效率。当压缩机运转速度不断提高时，弯道130内的气压也将不断升高，平衡盘210两侧的气压压差也将提升，导致平衡腔室300内气压增加。为保证转子200轴向力的有效平衡，本申请实施例中，设置泄压腔室400和二级平衡管600，以对平衡腔室300进行泄压。具体的，泄压腔室400位于平衡腔室300相背于出气蜗室120的一侧，即泄压腔室400与出气蜗室120位于平衡腔室300的相背两侧。转子200与定子100之间具有缝隙，缝隙非常微小，用于避免转子200与定子100摩擦磕碰。二级平衡管600连通泄压腔室400和进气蜗室110，使得泄压腔室400内的气压与进气蜗室110内的气压接近。泄压腔室400通过转子200与定子100之间的缝隙与平衡腔室300相连通，当平衡腔室300内的气压升高，转子200与定子100之间的缝隙的两侧将产生足够的压差，高压气体将由转子200与定子100之间的缝隙泄漏到泄压腔室400中，进而实现缓解平衡腔室300内的高压，使得平衡腔室300内气压下降，保证平衡盘210两侧的气压压差，保证转轴轴向力有效平衡。

一种实施方式中，平衡盘210与定子100之间的缝隙，以及转子200的转轴与定子100之间的缝隙均通过特定的密封方式产生，旨在缝隙两侧有足够压差时，气体才能通过缝隙，下文中将对密封方式进行详细说明。

本发明提出的低耗平衡气离心式压缩机，主要通过设置平衡腔室和泄压腔室，将平衡腔室与弯道连通，将泄压腔室与进气蜗室连通，减小平衡盘两侧压差，且避免平衡腔室压力过大，平衡转子轴向力的同时减少泄漏。现有技术中，在转子与定子间保留一定间隙,以避免转子与定子摩擦、磨损以及碰撞，且通过平衡盘两侧的压差降低转子轴向力，在平衡盘处将会导致由于压差引起的泄漏，降低了压缩机的工作效率，而且还将导致环境污染，甚至着火爆炸等事故。与现有技术相比，本申请文件中，设置平衡腔室与弯道相连通，平衡腔室通过弯道中的气体降压，由于弯道中的气压相对进气蜗室高，实现减小平衡盘两端的压差，减少平衡盘处泄漏现象，且当平衡腔室内气压较高时，高压气体将进入泄压腔室，保证转子有效的轴向平衡。

一种实施方式中，平衡盘210与定子100之间设置有第一密封件700，第一密封件700上具有第一缝隙，转子200与定子100之间设置有第二密封件800，第二密封件800上具有第二缝隙。平衡腔室300和泄压腔室400设置于第二密封件800的两侧，泄压腔室400通过第二缝隙与平衡腔室300相连通，平衡腔室300通过第一缝隙与出气蜗室120相连通。出气蜗室120的高压气经由第一缝隙泄漏至平衡腔室300，平衡腔室300内的泄漏高压气经由第二缝隙泄漏至泄压腔室400。

第二密封件800位于平衡盘210相背于低压端一侧的转子100与定子100之间。第一密封件700和第二密封件800均采用迷宫密封，第一密封件700上的第一缝隙，以及第二密封件800上的第二缝隙均为迷宫密封中的节流窄缝。迷宫密封包括若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列曲折迷宫式的节流窄缝，气体从出气蜗室120以极高的流速流经节流窄缝，节流窄缝消耗气体速度能,如此经过多次节流减小气体流速以达到限流的目的，只有当节流窄缝两端的压差足够大，才会有气体穿过节流窄缝。本实施方式中，气体泄漏的流速与出气蜗室120与平衡腔室300的压差呈正比关系，而由于平衡腔室300与弯道130相连通，极大的减小了出气蜗室120与平衡腔室300的压差，保证平衡盘210与定子100之间的泄漏量大大减少。同样的，由于平衡腔室300内的气体是通过弯道130降压的气体，压力大大减小，使得平衡腔室300和泄压腔室400之间的压差减小，使得转子200与定子100之间的泄漏量大大减少。

可以理解的是，平衡腔室300由定子100、第一密封件700、平衡盘210、转子200转轴和第二密封件800围合而成，平衡腔室300通过第一密封件700或者说第一密封件700上的第一缝隙与出气蜗室120相连通，平衡腔室300还通过第二密封件800或者说第二密封件800上的第二缝隙与泄压腔室400相连通。此外，可以理解的是，本实施方式中的通过第一缝隙和通过第二缝隙的连通为在一定压差条件下的连通。

泄压腔室400的具体形式可以为多种，一种实施方式中，离心压缩机本体还包括第三密封件900，第三密封件900设置于转子200与定子100之间，泄压腔室400由第二密封件800、第三密封件900、转子200和定子100围合而成。第三密封件900与第二密封件800轴向并列设置，第三密封件900相较第二密封件800距离平衡盘210更远。

一种实施方式中，一级平衡管500包括第一一级平衡管和第二一级平衡管。第一一级平衡管的第一端和第二一级平衡管的第一端均与平衡腔室300相连通。第一一级平衡管的第二端和第二一级平衡管的第二端均与弯道130相连通。

设置两个一级平衡管500，增加平衡腔室300与弯道130之间气体交换的均匀性，第一一级平衡管和第二一级平衡管位于二级平衡管600的两侧，第一一级平衡管的第二端和第二一级平衡管的第二端连接于弯道130的不同位置，或者，弯道130包括多级子弯道，第一一级平衡管的第二端和第二一级平衡管的第二端与不同的子弯道相连通。一种实施方式中，第一一级平衡管、第二一级平衡管和二级平衡管600上分别设置有第一调节阀组510和第二调节阀组610，第一调节阀组510和第二调节阀组610分别用于调节一级平衡管500和二级平衡管600的流量。

如第一调节阀组510用于关闭或打开第一一级平衡管和第二一级平衡管，以控制平衡腔室300与弯道130的连通状态。如一种实施方式中，弯道130包括一级子弯道131、二级子弯道132、三级子弯道133、四级子弯道134和五级子弯道135，第一一级平衡管与三级子弯道133相连通，第二一级平衡管与四级子弯道134相连通，由于三级子弯道133内的气体压力小于四级子弯道134内气体压力，可测量转子200轴向力，当需要增加平衡盘210两侧气压压差平衡转子200轴向力时，可关闭第二一级平衡管，打开第一一级平衡管，使得三级子弯道133与平衡腔室300连通，使得平衡腔室300的气压减小，进而增加平衡盘210两侧气压压差。当需要减小平衡盘210两侧气压压差以平衡转子200轴向力时，可打开第二一级平衡管，关闭第一一级平衡管，使得四级子弯道134与平衡腔室300连通，使得平衡腔室300的气压增加，进而减小平衡盘210两侧气压压差。

由于采用两根一级平衡管500以及二级平衡管600共同实现平衡气的传导，实现大大减小一级平衡管500以及二级平衡管600的管径，避免管径过大导致的泄漏以及装配困难等问题。一级平衡管500的直径的大于等于40毫米，且小于等于50毫米，二级平衡管600的直径大于等于30毫米，且小于等于50毫米。

一级平衡管500和二级平衡管600的直径与平衡盘210的直径、第一密封件700的第一缝隙以及第二密封件800的第二缝隙相关，如一种实施方式中，平衡盘210的直径为400mm，密封直径间隙即第一缝隙和第二缝隙为0.86 mm时，一级平衡管500的直径为50 mm，二级平衡管600的直径为40 mm，此时占比加气流量为1.47%；密封直径间隙即第一缝隙和第二缝隙为0.68 mm时，一级平衡管500的直径为40 mm，二级平衡管600的直径为40 mm，此时占比加气流量为1.16%。可以看出，占比加气流量即气体泄漏量非常小，大大减少泄漏量的比重。其中，占比加气流量表征离心压缩机的气体泄漏程度，是泄露损耗量和进气量的比值，泄露损耗量为进气量减去出气量。本申请由于采用了一级平衡管500以及二级平衡管600，使得一级平衡管500以及二级平衡管600的直径减小，从而减小泄露损耗量，使得占比加气流量减小。

一种实施方式中，离心压缩机本体还包括加气蜗室140，弯道130上设置有加气口，一级平衡管500的第二端与加气蜗室140相连通，加气蜗室140与加气口相连通，使得进入弯道130的气流的周向均匀，且加气蜗室140起到减速增压作用，增强压缩机的性能。

弯道130包括由进气蜗室110向出气蜗室120方向排布的一级子弯道131、二级子弯道132、三级子弯道133、四级子弯道134和五级子弯道135，三级子弯道133、四级子弯道134和五级子弯道135其中一个上设置有加气口。如三级子弯道133上设置有加气口，由于三级子弯道133为中间弯道，三级子弯道133内气压接近于高压端和低压端气压的均值，使得出气蜗室120、平衡腔室300和泄压腔室400三者内气压接近均匀递减，不会由于气压压差过大导致泄漏量大，保证机组顺利运转。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，包括：

离心压缩机本体，所述离心压缩机本体包括定子和转子，所述定子上设置有进气蜗室、出气蜗室和弯道，所述弯道连通于所述进气蜗室和所述出气蜗室，所述转子转动穿接于所述定子，所述转子上设置有平衡盘；

所述离心压缩机本体还包括平衡腔室和泄压腔室，所述平衡腔室和所述出气蜗室位于所述平衡盘的两侧，所述泄压腔室与所述平衡腔室相连通；

一级平衡管，所述一级平衡管的第一端与所述平衡腔室相连通，所述一级平衡管的第二端与所述弯道相连通；

二级平衡管，所述二级平衡管的第一端与所述泄压腔室相连通，所述二级平衡管的第二端与所述进气蜗室相连通。

2.根据权利要求1所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述平衡盘与所述定子之间设置有第一密封件，所述第一密封件上具有第一缝隙，所述转子与所述定子之间设置有第二密封件，所述第二密封件上具有第二缝隙；

所述平衡腔室和所述泄压腔室位于所述第二密封件的两侧，所述泄压腔室通过所述第二缝隙与所述平衡腔室相连通，所述平衡腔室通过所述第一缝隙与所述出气蜗室相连通。

3.根据权利要求2所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，还包括：

第三密封件，所述第三密封件设置于所述转子与所述定子之间，所述泄压腔室由所述第二密封件、所述第三密封件、所述转子和所述定子围合而成。

4.根据权利要求1所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述一级平衡管包括第一一级平衡管和第二一级平衡管；

所述第一一级平衡管的第一端和所述第二一级平衡管的第一端均与所述平衡腔室相连通；

所述第一一级平衡管的第二端和所述第二一级平衡管的第二端均与所述弯道相连通。

5.根据权利要求4所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述一级平衡管的直径的大于等于40毫米，且小于等于50毫米；

所述二级平衡管的直径的大于等于30毫米，且小于等于50毫米。

6.根据权利要求4所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述第一一级平衡管和所述第二一级平衡管位于所述二级平衡管的两侧；

所述第一一级平衡管的第二端和所述第二一级平衡管的第二端连接于所述弯道的不同位置；

或者，所述弯道包括多级子弯道，所述第一一级平衡管的第二端和所述第二一级平衡管的第二端与不同的所述子弯道相连通。

7.根据权利要求1所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述离心压缩机本体还包括加气蜗室，所述弯道上设置有加气口，所述一级平衡管的第二端与所述加气蜗室相连通，所述加气蜗室与所述加气口相连通。

8.根据权利要求7所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述弯道包括由所述进气蜗室向所述出气蜗室方向依次分布的一级子弯道、二级子弯道、三级子弯道、四级子弯道和五级子弯道，所述三级子弯道、所述四级子弯道和所述五级子弯道其中一个上设置有所述加气口。

9.根据权利要求1所述的低耗平衡气离心式压缩机，其特征在于，

所述一级平衡管和所述二级平衡管上分别设置有第一调节阀组和第二调节阀组，所述第一调节阀组和所述第二调节阀组分别用于调节所述一级平衡管和所述二级平衡管的流量。

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