CN87102697A - 单轴多级离心式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种单轴多级离心式压缩机具有由同一根轴带动的若干个压缩主流气体的叶轮和一个压缩中间吸入气体的叶轮。构成压缩主流气体的最末一级叶轮的吸入压力保持高于压缩中间吸入气体的叶轮吸入压力。由于有了这种布置，一部分压力略高于中间吸入气体的主流气体被引入轴封，从而保护轴封和放泄器免受可能含在中间吸入气体中的腐蚀性和毒性成分的侵蚀。

Description

本发明涉及一种单轴离心式压缩机，这种压缩机不但在天然气输输送管路中用于输送天然气，而且在诸如炼油厂、石油化工厂和合成化肥厂等各种工厂中也用作气体压缩机。更准确地说，本发明涉及这样一种单轴多级离心式压缩机，该压缩机具有中间吸气管路并进行了适当改进，以便保护压缩机的轴封和其他零件免受任何腐蚀性或毒性成分的侵蚀，这种有害成份可能含在经中间吸气管路导入的气体中（下文称之谓“中间吸入气体”）。

一般来说，单轴多级离心式压缩机都具有多个叶轮，这些叶轮由装在壳体中的轴来带动，轴的两端备有轴封。

不但向这些轴封输送密封油，而且也向其输送一部分由压缩机排出来的气体作为密封气流，防止密封油进入压缩机。因此，这种密封气体是一种中间吸入气体（由循环管路引入的气体）和来自主气管的气体混合气。

密封气和密封油使用后通过放泄器使其分离，并排放到外面。

在另一种已知的密封方法中，为了有效地形成密封气流，一股具有所需密封压力的纯净的隔离气体（密封气体）从外部气源直接送往由适当压差控制的油封。

例如，在一篇题目为“氨制品厂使用的离心式压缩机”的“QUADERNI    PIGNONE    9”的技术报告中已公开了这种单轴多级压缩机的细节。

上述的压缩机使用了由中间吸入气体和来自主管路的气体所组成的密封气体必然存在下列问题。即，在这种型式的压缩机中，允许作为密封气体的部分混合气体流入轴封和放泄器，这是由于压力平衡所造成的。一般情况下，从化学生产过程中采集的中间吸入气体含有像碳酸盐类的腐蚀性成份，结果轴封和放泄器受到腐蚀，不能长期使用。

另一方面，依靠外部隔离气源的密封方法，由于需要供给增压隔离气体的单独的气源而导致设备和使用费用的增加。

因此，本发明的一个目的是提供一种单轴多级离心式压缩机，该压缩机由于保护轴封和放泄器免受腐蚀性和毒性成份的侵害而具有寿命长的优点。

本发明的另一个目的是提供一种改进的、减少设备和使用费的单轴多级离心式压缩机。

为此目的，本发明提供了一种压缩和排放主流气体与中间吸入气体的混合气体的单轴多级离心式压缩机，该压缩机包括一个壳体、一个旋转地安装在所述壳体上的叶轮轴、若干个由叶轮轴带动的叶轮、位于叶轮轴两端的轴封，其中构成压缩主流气体的最末一级的叶轮和压缩中间吸入气体的叶轮背靠背地安装，构成最末一级所述叶轮的吸入压力保持高于中间气体吸入管路的吸入压力、一条为将密封气体从主气流管路的压力高于所述中间吸气管路的吸入压力的压缩机的某一区域引向所述轴封而设置的输气管路。

本发明的上述和其他目的、特点和优点，当结合相应的附图阅读下述的实施例的说明时将理解得更清楚。

图1和图2是本发明的一个实施例的单轴多级离心式压缩机结构示意图。

图3是图2所示的压缩机内部结构剖视图;

图4是装在本发明压缩机中的叶轮的示意图;

图5是沿图4Ⅴ-Ⅴ线所作的剖视图;

图6是表示本发明另一个实施例的详图;

图7是表示本发明压缩机所使用的主排气装置的详图;

图8是表示本发明压缩机所使用的主排气装置的另一个实施例的详图;

图9是沿图8Ⅸ-Ⅸ线所作的剖视图。

下文将结合附图描述本发明的单轴多级离心式压缩机的一个实施例。

首先参照图1和图2，这两幅附图示意性地表示本发明的单轴多级离心式压缩机的整体结构。该压缩机有一个壳体1和叶轮轴2，该叶轮轴可旋转地安装在壳体1中并带动多个叶轮3。在图示的实施例中，有五个叶轮3a-3e组成5个压缩级，叶轮轴3适于靠动力源（未示出）驱动以高速旋转。该压缩机有一个主吸气口4和一个中间吸气口5，气体经主吸气口从主气管导入第一级叶轮3a;经中间吸气口中间吸入气体一例如氧和氮的混合气被导入叶轮3e组成的压力级。参考序号6表示排气口，来自用于压缩主要气体的最末一级叶轮3d的主要气体和来自叶轮3e的中间吸入气体所组成的混合气经过排气口从壳体排出。位于主气管侧的最后一级叶轮3d与位于中间气管（再循环管）侧的叶轮3e按照下文所述的那样彼此背靠背地安装。本压缩机还具有一个密封供气管7，用于从主流气体的最后一级压缩机的叶轮3d的上游引出一部分主流气体，也就是从图示的第3级叶轮3c的排气侧引出一部分主流气体输入推力平衡活塞11。本压缩机还具有一个密封平衡管路8，经过推力平衡活塞11和平衡迷宫式密封12之间的间隙渗漏出来的混合气体通过管路8流回到主吸气口4。参考序号9表示推力平衡管路。序号10a和10b表示密封油供给管路，升压至略高于推力平衡管9中的压力的密封油通过该管路输送给密封环13a和13b。序号14a和14b代表分离混合气和密封油的放泄器;而序号15a和15b表示与这些放泄器相连的节流孔。油箱10用参考数字16表示。

图3至图5共同表示图1和图2所示的压缩机的内部结构。参照这些附图，用于压缩主流气体的最末一级叶轮3d和用于压缩中间吸入气体的叶轮3e背靠背地安装。本压缩机的这种设计和结构使得用于压缩主流气体的最末一级的叶轮3d的吸入压力始终高于叶轮3e的吸入压力，也就是说，叶轮3d对自吸入侧流向叶轮3d输出侧的主流气体所做的功或水头的值始终小于叶轮3e对中间吸入气体所做的功。

实现上述这种情况的结构的实际例子示于图5。在这个实例中，所选择的叶轮3d的各个叶片3d₁的出口角β3d₁小于叶轮3e的各个叶片3e₁的出口角β3e₁。在这种情况下，假设叶轮3d和3e基本上以同一排泄压力向一个共用空间排放气体，并假定通过叶轮3d和3e的流动的气体几乎是同种气体。

作为一种替换方案，叶轮3d的直径可以选得比叶轮3e的直径小，以便提高叶轮3d的尺寸-流量减少-比率系数。

所述的这种压缩机方案将以下文所述的方式工作：

经过主吸气管4吸入的主流气体，通过各级叶轮3a、3b、3c和3d逐渐被压缩，在和经中间吸气口5引入并经叶轮3e压缩的中间吸入气体混合以后、通过排气口6排出。这时这对排放到排气口6容腔中的主流气体压力和排放到该容腔的中间吸入气体压力基本上保持在同一水平，约150kg/cm²;另一方面，用于压缩主流气体的最末一级叶轮3d的吸入压力高于叶轮3e的吸入压力。因此，直接位于最末一级叶轮3d上游的第3级叶轮3c的排放压力则保持一定水平，例如140kg/cm²，高于中间吸入气体的吸入压力，例如135kg/cm²。一部分存在于叶轮3c排放侧的主流气体与中间吸入气体混合之前，通过密闭气体输送管路7送至构成轴封的推力平衡活塞11的中间部分，因为这部分主流气体的压力高于中间吸入气体的压力，部分气体中的一部分按箭头A的指向沿压缩机流动;另一部分气体则按箭头B的指向经平衡迷宫式密封通过推力平衡管路8流回主流气体吸入口4，其余一部分通过轴封部分的气体被引入放泄器14b。

如上所述，在本发明的压缩机中，有可能输送一部分纯净的主流气体至轴封和放泄器，不需要隔离气体和中间吸入气体，以便保护轴封和放泄器免受可能含在中间吸入气体中的腐蚀性和有毒成份的侵蚀，因此，可能增加压缩机这些部分的寿命。此外，因为省去了必要的隔离气体的单独的供气源，所以能够显著降低产品的成本。不言而喻，增加寿命必然使压缩机的可靠性增加。

图6至图9共同表示本发明的另一个实施例，在这个实施例中，同一数字表示与图1至图5压缩机所使用的同一零件或元件。

在这一压缩机实施例中，主流气体通过主吸气口4被吸入，并被主流气体压缩机叶轮3a所压缩。被压缩的主流气体与经中间吸气口5吸入的中间吸入气体相混合，随后这种混合气又被叶轮3f压缩并经排气口6排出。主流气体抽吸装置17装在位于主流气体与中间吸入气体混合区域的上游附近的主流气体管路的一部分上、在压缩主流气体的最末一级叶轮3d和压缩混合气体的叶轮3f之间。主流气体抽吸装置17经密封供气管7与装在该压缩机排放侧端部的气室20相连。气室20构成了一个密封（隔离）气体腔室;另一个气室21设在密封气室20的轴向内侧并通过迷宫式密封与后者隔开。气体腔室21和中间吸气管路通过平衡管路18彼此相连。同样，还有一个气室22设在气室20的轴向外侧并用迷宫式密封与气室20隔开。气室22经推力平衡管路8与主吸气管路相连。再一个气室23b设在气室22的轴向外侧，通过推力平衡管路9与设在该压缩机另一轴端的气室23a相连。气体腔室24a和24b分别设在气室23a和23b的轴向外侧，经过控制管路19互相连接。密封环13a和13b装在控制气室24a和24b的轴向外侧。被加压至略大于控制管路19中的压力密封油被送往这些密封环13a和13b，靠这些密封环防止通往密封环13a、13b的油漏到压缩机的外面。为了防止经密封环13a、13b泄漏的任何油份进入压缩机，将在控制气室24a和24b中形成的油-汽混合气引入放泄器14a和14b。

下面参照附图7详细说明主流气体抽吸装置。主流气体抽吸装置有一个主流气体抽出管29，它穿过外壳25和内壳26，基本上成直角地伸到气流中，并处于主流气体27和中间气体28相混合区域的主流气体通道上游的一部分上。主流气体抽出管29的内端备有一个基本上与抽吸管29垂直的抽吸口30。因此，抽出管29能够抽吸全压主流气流，该抽出管29用螺栓固定到法兰31上，以便抽出口30能够根据需要改变方向。为防止管29随意转动，备有锁紧螺母32。下面将结合附图说明本实施例的工作过程。

借助于图7所示的装置，气体抽出装置能够提供一股密封气体，其压力等于由下式（1）给定的总压力：

Po＝Ps+rV²/2g （1）

式中    Po    总压力;

Ps    静压力;

r    比重;

V    流速。

为了说明简单起见，忽略主流气体与中间吸入气体混合过程中产生的能量损失，把中间吸入气体的压力看作基本上与主流气体的静压Ps相等。另一方面，因为主流气体抽出口29插入主流气体中的方式是使抽出口30直接朝着上游侧，可能采集由公式（1）右边第二项表示的、进入到密封供气管路7内的动压。因此，在密封供气管7中形成了与总压力P_o相等的某一压力，也就是从主气管路抽出的密封气体的压力能够保持高于中间吸入气体的压力。参考数字33表示返回的叶片。

下面将结合图6说明这种离心式压缩机的气体的外部流动情况。被压缩的主流气体和中间吸入气体的混合气体按箭头C所示的方向经排放侧的迷宫式密封向外流动、进入气体腔室21。由于腔室21与中间吸气口5相连，所以被引入到腔室21内的混合气体返回到中间吸气口5。与主流气体抽出口相连的密封气室20设在气室21的轴向外侧。因为密封气室20中的压力高于中间吸气压力，所以产生了一股按箭头D所示的方向从密封气室20朝轴向内侧气室21流动的主流气体。此外，因为位于密封气室20外侧的气室22与主吸气口4相连，所以气体按箭头E所指的方向从密封气室20朝气室22流动。气流E仅仅由从最接近主流气体抽出装置17的上游的区域引出主流气体组成。同样，气体在压缩机的两个轴端分别经过迷宫式密封按箭头F、G、H和I所指的方向向外流动。值得注意的是这些气流一点也不含有中间吸入气体。

因此，可能阻止污染的中间吸入气体被输送到轴封部分和放泄装置，借此，使轴封和放泄器避开中间吸入气体中的腐蚀性成分。

图8表示主流气体抽吸装置的另一个实施例，其作用与上文所述的主流气体抽吸装置基本相同。在这个例子中，有若干个节流片34按图9所示的方式，以相等的圆周间距安装在主流气体27与中间吸入气体28相混合的区域的上游的主流气体的通道内。节流叶片34是如此设计的，以致他们将主流气体限制在这样一个流量下：使节流叶片34上游气体的静压力保持高于中间吸入压力。换言之，沿从节流叶片到主流气体与中间吸入气体混合区域的流道的压降增加了，以便相应地提高主流气体的静压，从而可能从抽出口35抽出密封气体（主流气体）。

按照本发明，压缩主流气体的最末一级叶轮的吸入压力，始终保持高于压缩中间吸入气体的叶轮的吸入压力，以便使一部分主流气体能够输送到轴封。因此，轴封和放泄器能够长期使用，从而又改善了整个压缩机的可靠性。不增加任何成本即可产生这一明显效果，这是因为不需要设置诸如供给加压隔离气体一类的压力源。

Claims (6)

1、一种压缩和排放主流气体与中间吸入气体的混合气体的单轴多级离心式压缩机，包括：一个壳体、一个旋转地安装在该壳体上的叶轮轴、若干个由该叶轮轴带动的叶轮、位于该叶轮轴两端的轴封，本发明的特征在于构成压缩主流气体的最末一级的叶轮和压缩中间吸入气体的叶轮背靠背地安装，构成最末一级所述叶轮的吸入压力保持高于中间气体吸入管路的吸入压力，一条为将密封气体从主气流管路的压力高于所述中间吸气管路的吸入压力的压缩机的某一区域引向所述轴封而设置的输气管路。

2、根据权利要求1所述的单轴多级离心式压缩机，其特征为构成压缩主流气体最末一级的叶轮的各叶片的出口角小于压缩中间吸入气体的叶轮的各叶片的出口角。

3、根据权利要求1或2所述的单轴多级离心式压缩机，其特征为构成压缩主流气体最末一级所述叶轮的外径大于压缩中间吸入气体所述叶轮的外径。

4、一种压缩和排放主流气体与中间吸入气体的混合气体的单轴多级离心式压缩机，所述的压缩机具有一个壳体、一个旋转地安装在壳体内的叶轮轴、若干个由该叶轮轴带动的叶轮和位于该叶轮轴两端的轴封，本发明的特征为主流气体抽吸装置装在压缩所述中间吸入气体的叶轮和邻接的压缩所述中间吸入气体的叶轮之间的固定侧气体通道的一部分上，最接近所述气体通道的所述部分上游的所述主流气体压力高于中间吸入气体的吸入压力，一条用于将一部分由所述主流气体抽吸装置抽吸的主流气体输送给所述轴封的气体输气管路。

5、根据权利要求4所述的单轴多级离心式压缩机，其特征为所述的主流气体抽出装置具有一个主流气体抽出管，该管置于所述主流气体的气流中并与其相垂直、在其端部备有一个主流气体抽吸口，所述主流气体抽出管的安装使其可根据需要改变所述主流气体抽出口的方向。

6、根据权利要求4所述的单轴多级离心式压缩机，其特征为所述的主流气体抽吸装置包括若干个以相等的圆周间距安装的节流片。

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