CN116568930A - 再生多级压缩机 - Google Patents

Abstract

配置为在超过50巴的压力下工作的再生型的压缩机(100)包括马达(101)，与所述马达(101)连接并适合将旋转运动传输到至少一个驱动轴(2)的至少一个磁性驱动联轴器(1)，所述驱动轴(2)与所述联轴器(1)机械连接，两个外周型的叶轮(3，4)安装在所述轴(2)上。

Description

再生多级压缩机

技术领域

本专利涉及使用气体操作的压缩机，更具体地，它涉及一种为使用气体操作而专门设计的新型的再生多级压缩机。

背景技术

单级压缩机是已知的，它通过增加单级叶轮的旋转速度来产生气体中的压力增加。

当所述压缩机使用具有低分子量的气体(例如氨、氢、氦、甲烷等)工作时，为达到所需压力而需要的速度增加带来了一些缺点。

首先，为了使压缩机能够高速工作，需要安装陶瓷材料制成的非常昂贵的轴承，而且往往还需要使用润滑脂。

在机器中引入润滑脂又会有污染工艺气体的风险，对随后由压缩机提供服务的设备造成严重后果。

除了上述情况外，速度的增加导致机器内部的温度上升，从而无法保持其热平衡。这一缺点限制了机器的应用领域，因为速度的增加降低了压缩机的可靠性，这需要更频繁的维护操作。相反，在一些特定的领域，维护操作不能总是频繁地进行，而只能在必须尽可能宽的预定的间隔时间内进行。

再生式压缩机(regenerative compressor)被定义为具有低比转速(约为0.03，而离心式压缩机具有的比转速约为0.1，且径向压缩机具有的比转速约为0.5)、高扬程和低流速的切向流的涡轮机。这些特点，以及与它们不受失速或泵送不稳定的影响这一事实有关的优势，使这些压缩机在数个领域中的使用非常有意义，例如，在化学、石油化工、制药行业。

在文献中，再生压缩机也被定义为周向压缩机或涡轮机或阻力压缩机。尽管这种构造主要用于泵送液体，但在文献中提出了一些由半经验表达式支持的理论，以解释这种类型的机器在其用于处理气体时的行为。

一种理论描述了泵送机制：再生压缩机设置有具有外周径向叶片的叶轮。当叶轮沿流动方向旋转时，流体在叶片之间被推向叶轮的外周，然后再次向后，推向其它叶片的基部。这种再循环通过大量的叶片，在抽吸口和输送口之间进行多次，产生一种多级或再生的效果。流体的路径在几何上类似于螺旋弹簧，其弯曲以形成不完整的圆，其中每个循环都会给流体增加能量。

根据一些作者(的观点)，叶轮和流体之间存在的摩擦是由于湍流运动，其作为主要力，引起泵送作用。这些作者提出的观点是，泵送机制是由叶轮在流体中产生的剪切应力引起的。

本专利的主题是一种新型的再生型的多级压缩机，其配备了磁力驱动联轴器，并专门设计用于用气体操作。

这种新型压缩机的技术特征的特殊和新的组合，除了消除上述缺点外，还能够实现数个优点。

本发明的一个重要目的是提供一种压缩机，其中利用多于一个的级来产生所需的压力增加，从而消除已知类型的单级压缩机所带来的缺点。

更具体地说，本发明的一个目的是提供一种压缩机，其中叶轮的旋转速度被降低，从而与单级压缩机相比减少了热量的产生。因此，不需要用油脂润滑轴承，而是代替使用干轴承。

由于机器内部没有污染物，被处理的气体不会受到任何改变，因此，新的压缩机是高度可靠的。

由于减少了热量的产生，压缩机在更低的温度下工作，因此更安全，特别是在处理被列为爆炸性的气体时。压缩机可以更容易地保持热平衡状态，并避免热量积累。因此，压缩机的所有部件的运行都更加可靠：连接的电动马达、轴承、绕组。

发明内容

这些和其它直接和补充的目的是由新的再生式多级压缩机实现的，它是为气体操作而专门设计和开发的。

根据上述定义，新的压缩机是再生型的，并且包括：

-马达；

-至少一个磁力驱动联轴器，其与所述马达连接并适合将旋转运动传递给至少一个驱动轴；

-所述驱动轴与所述联轴器机械地连接；

-以机械方式直接或间接连接到所述轴的第一叶轮；

-以机械方式直接或间接连接到所述轴的至少一个第二叶轮。

每个所述叶轮都是外周型的，也就是说，它包括圆盘，根据机器的尺寸和基于设计的预期性能，该圆盘设置有在圆盘的一侧或两侧上安装的径向或扭曲叶片。

所述叶轮与所述轴整体旋转，该轴又由轴承支撑。在优选配置中，所述轴包括例如在其两个相对的端部处的至少两个支撑件，而所述叶轮安装在所述轴上，在两个支撑件之间包含的空间内。

因此，新的压缩机包括至少两级。每级优选包括两个半壳体，其中一个所述叶轮安装在其之间。

对于每级，每个所述叶轮在所述半壳体之间获得的周向环形管道中旋转。所述环形管道在一侧与气体抽吸口相通，线圈形成大约360°的角度，并在输送口附近结束。所述环形管道被优选可移动的元件打断，该元件将低压侧(指抽吸口所在的一侧)与高压侧(指输送口所在的一侧)分开。

所述两级大体上是彼此相同的，但被定向成使得它们偏移，方便地偏移180°，以平衡径向载荷，从而显著减少径向载荷，进一步有助于增加轴承的寿命，从而增加整个机器的寿命。

在两级之间具有环形腔，其用于在两级之间的内部连通分流的功能，并允许它们偏移。

新的压缩机包括密封元件，其安装在叶轮附近，以机械方式锁定，并设置有迷宫轮廓，该密封元件将所述叶轮的叶片组在其中旋转的涡旋与最接近轴的内腔分开，从而最大化密封效果和容积效率，这得益于最小化的内部循环，由于泄漏导致的。为了保证不损害间隙，并且维护成本最低，所述密封元件制成为易损件或牺牲件。

新的压缩机解决了另一个缺点，从而消除了另一个降低效率的因素。新的压缩机包括防止再循环的动态屏障，通过位于所述轴上并与轴一体旋转的多个突起的存在获得，极大地减少了相对于限制在轴和所述容纳杯之间的密封元件的间隙。在另一个实施例中，轴可以没有突起，而设置有齿的密封元件可以插在轴和所述容纳体之间。

压缩机包括适合保证静态密封的多个密封元件。例如且优选的，压缩机包括多对并排放置的O形环，在O形环之间形成用于监测可以连接到监测设备的第一O形环的任何泄漏的路径。

为了保证气体的有效内部再循环，这是保证压缩机的热平衡所必需的，后者包括由一系列的通道和管道组成的气体再循环系统，这些通道和管道由各种类型的元件获得，如下文所述以及本文所要求保护的。

每个叶轮设置有孔，其将叶轮的叶片在其中旋转的所述涡旋与所述内腔(指最接近轴的腔)相通，从而使所述内腔本身略微增压。

下面将描述气体的路径，例如从下叶轮开始，意思是离联轴器较远并且限定了例如第二级的叶轮。

气体路径继续通过在所述叶轮的圆盘上形成的一系列优选轴向孔，即该孔的轴线与旋转轴线平行。

气体到达下轴承，即离联轴器较远的轴承，并流经它们。如有必要，所述轴承的支撑件可以设置有适当的通道，用于最大化通过轴承的气体流量。

气流继续通过在所述轴内部在其下端(离联轴器较远)和相反的上端(更接近联轴器)之间获得的轴向孔。在所述的上端，或者靠近上端，具有通道，气体通过该通道流出轴，流经包含内部磁体的本体和内部磁体本身之间的通道，并到达上轴承的支撑件，气体流动通过它，如参照下轴承所述。另外，如果支撑件设置有通道，则气体也会流经所述的通道，这可以获得更高的流速。

最后，通过抽吸腔中形成的另一个管道，气体到达抽吸腔本身，处于低压下，并与进入第一级的气体混合。

为了使系统甚至更有效，除了在第一级的涡旋和抽吸腔之间产生压力差之外，该新颖的压缩机优选还包括两个另外的重要的装置。

第一装置是切向风扇，其位于所述轴的下端处，并具有引导气体向下的功能。

第二装置由一个或多个凹槽构成，其形成在所述内部磁体的外表面上，特别呈螺旋状的，以便引导气体在容纳体的区域中流动。

进一步的创新特征涉及轴承的所述支撑件，其机械地固定在压缩机的其它固定部件上。在另一种解决方案中，如上所述，所述支撑件包括允许气体从其流过的一系列的轴向凹槽。

在没有所述凹槽的情况下，气体在任何情况下都会以冷却轴承的方式流过轴承。

在安装需要使用润滑剂的轴承的情况下，能够提供歧管，其配置成使得能够收集沉积的油脂并保持它，从而防止其散失。

向轴提供扭矩的所述磁力驱动联轴器可以是市场上可获得的任何类型，并具有由金属、陶瓷、聚合化合物、碳纤维或其它材料制成的容纳体。内部磁体，也就是在所述容纳体内部旋转的磁体，可以根据结构或设计需要，位于任何位置。

参考附图，在下面的描述中，将更详细地说明新颖的压缩机的特征，附图是以非限制性示例的方式附于此。

附图说明

图1示出了新型多级压缩机(100)的截面图。根据本发明，所述联轴器(1)可以与图1所示相反的方式安装，其中联轴器(1)特别安装成使得包含内部磁体(11)的杯(10)面向压缩机(100)的内部。在相反的配置中，所述容纳杯(10)可以被安装成使得它面向相反的方向。

图2示出了叶轮(3，4)和密封元件的一部分的细节。

图3示出了根据一种可能的实施例的轴(2)的细节。

图4示出了叶轮(3，4)的截面图，而图4a示出了同一叶轮的细节，其中能够观察到涡旋(V)和内腔之间的连通通道(31)。

图5是压缩机(100)的一部分的截面图，示意性地说明了气体再循环路径。

图6示出了切向风扇(9)的三维视图，而图7示出了内部磁体(11)及其外部覆盖物(110)，该外部覆盖物设置有螺旋凹槽(111)。

图8示出了在压缩机(100)中安装有润滑轴承(23)的情况下，设计用于容纳润滑剂的歧管(231)的细节。

具体实施方式

本发明是一种特别适用于以气体操作的压缩机(100)，其包括马达(101)，至少一个联轴器(1)，该联轴器优选为磁力型的，与所述马达(101)连接，并适合于将旋转运动传递给至少一个驱动轴(2)。

与所述联轴器(1)机械连接的所述驱动轴(2)又被轴承(23)支撑在至少两个支撑件(21，22)中，例如在两个相对的下端(2a)和上端(2b)附近。

该压缩机(100)包括至少两个叶轮(3，4)，每个叶轮与所述轴(2)直接或间接地机械连接，并且其中所述叶轮(3，4)安装在所述轴(2)上，在所述两个支撑件(21，22)之间包含的空间中。

每个所述叶轮(3，4)是外周型的，包括设置有一组叶片(32，42)的圆盘(31，41)，该一组叶片安装在圆盘(31，41)的一侧上或两侧上。因此，新的压缩机(100)包括至少两级(A，B)，其中每级(A，B)包括壳体(A10，B10)，壳体(A10，B10)又由半壳体(Al，A2，B1)构成，所述叶轮(3，4)中的一个被安装在半壳体之间。

每个所述叶轮(3，4)在所述壳体(A10，B10)中获得的周向环形管道(5)中旋转，其中所述环形管道(5)在一侧与气体抽吸口(在图1中对第一级A可见，并用A3表示)相通，线圈形成大约360°的角度，并靠近输送口(在图1中对第二级B可见，并用B3表示)的结束。

例如，所述环形管道(5)被优选可拆卸的元件打断，该元件将低压侧(指所述抽吸口所在的一侧)与高压侧(指所述输送口所在的一侧)分开。

所述至少两级(A，B)基本上彼此相同，但定向成使得它们偏移，例如，例如且优选偏移180°。

在所述叶轮(3、4)的所述两个壳体(A10、B10)之间具有环形腔(7)，该环形腔具有与叶轮的涡旋(V)相通的管道，起到内部分流的作用，以使所述级(A、B)能够偏移。

一个或多个密封元件(8)被安装在叶轮(3，4)附近，机械地锁定并设置有迷宫式轮廓，它们将叶轮(3，4)的所述叶片组(32，42)在其中旋转的涡旋(V)与更靠近所述轴(2)的内腔分开。

根据图3所示的第一种解决方案，为了形成防止气体再循环的动态屏障，在所述轴(2)上，在所述叶轮(3，4)之间，具有多个突起(24)，它们相对于一个或多个密封元件(25)旋转，该密封元件约束在所述突起(24)的高度处的所述轴(2)以及所述壳体(A10，B10)之间。

在图中未显示的另一种解决方案中，装有齿的一个或多个密封元件插在所述轴(2)和所述壳体(A10，B10)之间。根据本发明，为了保证静态密封，在构成压缩机(100)的固定部件的元件之间安装了并排设置的成对的垫圈和O形环，在所述成对的垫圈和O形环之间建立了用于监测适合连接到监测设备的第一O形环的任何泄漏的路径。

在图5中示意性示出了气体再循环路径，其功能是保证压缩机(100)内部的热平衡。假设从第二级(B)开始，即从离联轴器(1)较远的所述下叶轮(3)开始，气体从涡旋(V)流入所述内腔，流经在所述叶轮(3)中形成的一个或多个孔或通道(81)，并使所述涡旋(V)与所述内腔连通。

叶轮(3，4)的所述圆盘(31，41)设置有一个或多个孔或管道(82)，其将所述内腔与所述轴承(23)相通，其中所述气体通过所述孔或管道(82)流入所述轴承(23)。

在一个可能的解决方案中，轴承(23)的所述支撑件(21，22)设置有用于气体通过的合适的孔或管道(83，86)，其设计用于使通过轴承(23)本身的气体流动最大化。

然后，气体通过轴向孔流入轴(2)，从其下端(2a)流到靠近联轴器(1)的其上端(2b)。

在轴(2)的所述上端(2b)中或靠近它，具有通道(85)，其将轴(2)的所述轴向孔(84)的内部与包含所述联轴器(1)的容纳杯(10)的内部相通，至少一个内部磁体(11)被容纳在容纳杯中。

如图7所示，所述内部磁体(11)的外表面(110)设置有一个或多个凹槽(111)，其设计用于引导所述容纳杯(10)的区域内的气体流动。所述一个或多个凹槽(111)优选是螺旋状的。

包含联轴器(1)的所述杯(10)是由金属、陶瓷、聚合化合物、碳纤维或其它材料制成。

然后，气体流动通过上轴承(23)和/或通过在所述上支撑件(22)中获得的进一步通道(86)，并到达第一级(A)的所述内腔。所述内腔(C)通过连通管道(87)与抽吸腔(A4)相通，来自所述联轴器(1)的气体通过该连通管道进入抽吸腔(A4)本身并与流入的气体混合。

压缩机(100)优选还包括切向风扇(9)，其位于所述轴(2)的下端，并起到引导气体向下的作用。

根据本发明，此外，新的压缩机(100)可以包括用于产生进一步的气流的装置，以冷却压缩机(100)的顶部，即联轴器(1)的外部磁体(12)所在的部分。

根据本发明，所述外部磁体(12)的外壳(13)设置有一个或多个孔或开口，其由让空气从其流过的过滤帽方便地保护。

此外，所述外部磁体(12)可以设置有集成的风扇，例如在外部磁体(12)本身的上部，该风扇在外部磁体(12)和所述外壳(13)之间的中空空间(14)中产生所需的流动。

因此，参照上述描述和附图，表达了以下的权利要求。

Claims (16)

1.一种再生型的压缩机(100)，特别适合以气体运行，配置用于在超过50巴的压力下工作，所述压缩机包括马达(101)，连接到所述马达(101)并适合将旋转运动传递到至少一个驱动轴(2)的至少一个磁性驱动联轴器(1)，所述驱动轴(2)机械地连接到所述联轴器(1)，其特征在于，它包括

至少两个叶轮(3，4)，其中的每个叶轮直接或间接地机械连接到所述轴(2)，每个所述叶轮(3，4)是外周型的并包括配置有一组叶片(32，42)的圆盘(31，41)，所述一组叶片(32，42)被安装在所述圆盘(31，41)的一侧或两侧上，

并且，其中所述轴(2)又由轴承(23)支撑在至少两个支撑件(21，22)中，并且，其中所述叶轮(3，4)被安装所述轴(2)上、在所述两个支撑件(21，22)之间包含的空间中。

2.根据前一权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，它包括至少两级(A，B)，每级包括又由两个半壳体(Al，A2，B1)组成的壳体(A10，B10)，所述叶轮(3，4)中的一个安装在两个半壳体之间，并且，其中所述叶轮(3，4)中的每一个在所述壳体(A10，B10)中获得的周向环形管道(5)中旋转，并且，其中所述环形管道(5)在一侧与气体抽吸口相通，线圈形成大约360°的角度，并在输送口附近结束。

3.根据权利要求2所述的压缩机(100)，其特征在于，所述环形管道(5)由优选可拆卸的元件打断，该可拆卸元件将低压侧与高压侧分开，所述低压侧表示所述抽吸口所在的一侧，所述高压侧表示所述输送口所在的一侧。

4.根据权利要求2所述的压缩机(100)，其特征在于，所述至少两级(A，B)基本上彼此相同，但定向成偏移，例如且优选偏移180°，并且其中，在所述叶轮(3，4)的所述至少两个壳体(A10，B10)之间具有环形腔(7)，所述环形腔作为内部歧管以使所述级(A，B)偏移。

5.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，它包括安装在叶轮(3，4)附近的密封元件(8)，该密封元件将叶轮(3，4)的所述一组叶片(32，42)在其中旋转的涡旋(V)与更靠近所述轴(2)的内腔分开。

6.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，所述轴(2)包括在所述两个叶轮(3，4)之间包含的多个突起(24)以及约束在所述突起(24)的高度处的所述轴(2)和所述壳体(A10，B10)之间的一个或多个密封元件(25)，或者，反之，所述压缩机(100)包括一个或多个密封元件，该密封元件设置有插在所述轴(2)和所述壳体(A10，B10)之间的齿，目的是建立防止气体再循环的动态屏障。

7.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，在构成所述压缩机(100)的固定部件之间具有并排放置的垫圈或O形环对，在垫圈或O形环对之间形成用于监测适合连接到监测设备的第一O形环的任何泄漏的路径。

8.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，所述叶轮(3，4)中的每一个设置有孔或通道(81)，其将叶轮(3，4)的叶片(32，42)在其中旋转的所述涡旋(V)与所述内腔连通。

9.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，叶轮(3，4)的所述圆盘(31，41)包括一个或多个孔或管道(82)，其将所述内腔(C)与所述轴承(23)连通。

10.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，轴承(23)的所述支撑件(21，22)设置有用于气体通过的适当的孔或管道(83，86)，其设计用于使通过轴承(23)本身的气体流量最大化。

11.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，所述轴(2)设置有用于气体沿所述轴(2)本身通过的轴向孔(84)。

12.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，所述轴(2)在其最接近联轴器(1)或在它附近的上端(2b)处包括通道(85)，该通道将轴(2)的所述轴向孔(84)的内部与设计用于容纳所述联轴器(1)的容纳杯(10)的内部连通，至少有一个内部磁体(11)被容纳在所述容纳杯中。

13.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，它包括连通管道(87)，其将所述内腔与每个所述叶轮(3，4)的抽吸腔连通，并且来自所述联轴器(1)的气体通过该连通管道流入抽吸腔本身并与流入的气体混合。

14.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，它包括切向风扇(9)，其位于所述轴(2)下端处并具有引导气体向下的功能。

15.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，所述内部磁体(11)的外表面(110)包括一个或多个凹槽(111)，其用于引导在所述容纳体(10)的区域内的气体流动。

16.根据前述权利要求所述的压缩机(100)，其特征在于，包含联轴器(1)的所述容纳杯(10)由金属、陶瓷、聚合化合物、碳纤维或其它材料制成，并且配置成以其轴线与所述轴(2)的轴线平行或重合并朝向压缩机(100)的内部或相反方向。