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具有推力平衡的 压缩机及其方法

阅读：1026发布：2020-08-24

专利汇可以提供具有推力平衡的压缩机及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于马达‑ 压缩机装置组的压缩机，其在旋转轴 (2)上包括平衡活塞 (7)、一组叶轮 (R)、在与该组叶轮(R)相反的一侧上邻接平衡活塞(7)的该活塞的后腔(11)、适于将后腔(11)联接到该组叶轮(R)的输入的调节阀 (14)、联接到该组叶轮(R)的输入的吸入压力室(20)，后腔(11)布置在平衡活塞(7)与吸入压力室(20)之间。该压缩机包括布置于活塞的后腔(11)与吸入压力室(20)之间的排出压力室(18)，排出压力室(18)经由排出管线(19)联接到排出区域(10)，排出区域(10)位于该组叶轮(R)与平衡活塞(7)之间。，下面是具有推力平衡的压缩机及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于马达-压缩机装置组的压缩机，其在旋转轴(2)上包括平衡活塞(7)、一组叶轮(R)、在与该组叶轮(R)相反的一侧上邻接所述平衡活塞(7)的所述平衡活塞的后腔(11)、适于将所述后腔(11)联接到该组叶轮(R)的输入的调节阀(14)、联接到该组叶轮(R)的所述输入的吸入压力室(20)，所述后腔(11)布置在所述平衡活塞(7)与所述吸入压力室(20)之间，其特征在于，其包括排出压力室(18)，所述排出压力室(18)布置在所述活塞的后腔(11)与所述吸入压力室(20)之间，所述排出压力室(18)经由排出管线(19)联接到排出区域(10)，所述排出区域(10)位于该组叶轮(R)的最后一级叶轮与所述平衡活塞(7)之间。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，包括输入凸缘(E)，所述输入凸缘(E)形成在气体输入管线上，所述气体输入管线联接到该组叶轮(R)的输入。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，包括迷宫式密封件(9)，所述迷宫式密封件(9)一方面布置在所述吸入压力室(20)与所述排出压力室(18)之间，且另一方面布置在所述排出压力室(18)与所述活塞的后腔(11)之间。
4.根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，包括压缩机护套(4)，所述压缩机护套(4)适于包括该组叶轮(R)、所述平衡活塞(7)、所述平衡活塞的后腔(11)、所述排出压力室(18)和所述吸入压力室(20)，所述压缩机护套通过密封器件(5)以密封不漏的方式封闭，所述密封器件(5)在压缩机护套(4)的任一侧上安装在所述旋转轴(2)上。
5.根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，包括轴承，所述轴承适于支承所述旋转轴(2)。
6.根据权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于，包括抵接件(15)，所述抵接件(15)安装在所述旋转轴(2)上，适于抵接在支承器件(16)上，所述支承器件(16)布置在所述抵接件(15)的任一侧上且独立于所述旋转轴(2)。
7.根据权利要求6所述的压缩机，其特征在于，包括适于测量所述旋转轴(2)上的推力的水平的传感器(22)，和适于基于测得的推力水平来控制所述调节阀(14)的控制器件。
8.一种马达-压缩机装置组，其包括马达和根据权利要求1至7中的任一项的压缩机。
9.一种用于平衡施加在平衡活塞(7)上的推力的方法，所述平衡活塞(7)联接到压缩机的旋转轴(2)，所述压缩机在所述旋转轴(2)上还包括一组叶轮(R)、在与该组叶轮(R)相反的一侧上邻接所述平衡活塞(7)的所述活塞的后腔(11)、适于经由平衡管线(13)将所述后腔(11)联接到该组叶轮(R)的输入的调节阀(14)、经由吸入管线(21)联接到该组叶轮(R)的所述输入的吸入压力室(20)，所述后腔(11)布置在所述平衡活塞(7)与所述吸入压力室(20)之间，其特征在于，所述方法包括将布置在所述活塞的后腔(11)与所述吸入压力室(20)之间的排出压力室(18)联接到位于该组叶轮(R)的最后一级叶轮与所述平衡活塞(7)之间的排出区域(10)。

说明书全文

具有推力平衡的 压缩机及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及在离心压缩机中施加的推力的平衡，并且更具体而言涉及提高离心压缩机架构可耐受的最大推力。

背景技术

[0002] 在操作中，离心压缩机的转子通常经历显著的推力。这些推力源自在级之间占优势的压差和通过气体的从轴向方向到径向方向的方向改变而形成的移动量。流率趋向于生成从压缩机的吸口引导到排口的推力。各叶轮的极限处的压差沿相反方向推进。

[0003] 此种现象的补偿通常通过使用平衡活塞来执行，该平衡活塞沿与源自流率的推力相同的方向作用。记住，压缩机可能在各种条件下操作，活塞设计成跨过整个操作范围减小推力区域。安装推力轴承以抵抗剩余的推力，尽管通过活塞实现平衡，但该剩余的推力仍然残存。

[0004] 在某些特定的压缩机案例，诸如，例如具有宽流率范围(即具有高流率系数)的压缩机中，推力轴承不是足够的。为了克服该缺陷，已知的实践是在平衡管线上放置控制阀，即，在活塞后腔与压缩机吸口之间放置控制阀。阀是通过推力测量探针来控制的，并且调节活塞后腔中的压力。推力因此消除或至少减小，以保持其处于推力轴承的能力范围内。

[0005] 为了避免当控制阀关闭并且后腔被加压时可损坏轴承或动态密封的气体泄漏，吸入室通过迷宫式密封件件而布置在活塞后腔之后，并且在控制阀输出处通过吸入管而联接到吸入管线。

[0006] 然而，该解决方案不能实现在高气体流率的情况下补偿推力。实际上，即使在控制阀在平衡管线上关闭的情况下，也不能在活塞后腔中达到排出压力，这导致推力补偿的极限。

发明内容

[0007] 因此发明的目标是增大可使用的推力范围且因此增大由压缩机覆盖的流率范围。

[0008] 为此，本发明提出一种用于马达-压缩机装置组的压缩机，在旋转轴上包括：平衡活塞、一组叶轮、在与该组叶轮相反的一侧上邻近平衡活塞的活塞后腔、适于将后腔联接到该组叶轮的输入的调节阀、联接到该组叶轮的输入的吸入压力室，后腔布置在平衡活塞与吸入压力室之间。

[0009] 根据一般特征，压缩机包括布置在活塞后腔与吸入压力室之间的排出压力室，排出压力室经由排出管线而联接到位于该组叶轮与平衡活塞之间的排出区域。

[0010] 当压缩机在高流率下操作时，也就是说对于为在1.05到1.2之间的每个叶轮的压力比，布置在活塞后腔与吸入压力室之间的排出压力室因此使得可能平衡在平衡活塞的任一侧上的压力，并且因此避免泄漏到密封器件或轴承。在实践中，通过关闭调节阀，包含在排出区域中的气体，和包含在联接到排出区域的排出压力室中的那些气体，将朝压力较小的活塞后腔迁移，直到在活塞后腔中获得接近排出压力的压力。在平衡活塞的任一侧上的压差被抵消，因此减小施加于旋转轴上的推力。

[0011] 优选地，压缩机包括输入凸缘，该输入凸缘形成在气体输入管线上，该气体输入管线联接到该组叶轮的输入。

[0012] 气体输入管线和吸入管线因此都联接于该组叶轮的输入，该组叶轮然后接收从输入凸缘喷射的气体以及来自吸入室的气体。来自吸入室的气体散发来自排出压力室的气体泄漏。吸入压力室使得一方面可能避免使来自排出压力室的气体泄漏到达并损坏密封器件或轴承，且使得另一方面可能使在室之间的泄漏中损失的气体再循环。

[0013] 压缩机可包括迷宫式密封件，这些迷宫式密封件一方面布置于吸入压力室与排出压力室之间，且另一方面布置于排出压力室与活塞后腔之间。

[0014] 压缩机可优选地包括压缩机护套，该压缩机护套适于包括该组叶轮、平衡活塞、活塞后腔、排出压力室和吸入压力室，该护套通过密封器件以密封不漏的方式封闭，这些密封器件在压缩室的任一侧上安装在旋转轴上或定子上。

[0015] 压缩机可优选地包括适于对旋转轴进行支承的磁性轴承或油轴承。

[0016] 压缩机还可包括抵接件，该抵接件布置在旋转轴上并且适于抵接在布置在抵接件的任一侧上并且独立于旋转轴的支承器件。

[0017] 压缩机可包括适于测量旋转轴上的推力水平的传感器，和适于基于测得的推力水平来对控制阀进行控制的控制器件。

[0018] 根据另一方面，提议包括马达和如上所述的压缩机的马达-压缩机装置组。附图说明

[0019] 通过研究本发明的非限制性实施例的参考附图给出的以下说明，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，附图示意性地示出了根据本发明第二实施例的压缩机的实例。

具体实施方式

[0020] 在例示的示范实施例中，压缩机是压缩区段1包括一组压缩叶轮R的压缩机，该压缩叶轮R保证在压缩机的输入E处输送的气体的压缩，以输出S处输送被压缩机操作过的气体(箭头F)。

[0021] 叶轮R安装在由马达轴3旋转驱动的从动轴2上。

[0022] 在例示的实施例中，压缩机的压缩区段1放置于压缩机护套4内，压缩机护套4通过密封器件5而保持密封不漏，该密封器件5沿从动轴2布置于压缩机护套的任一侧上。密封器件5可为干式填料，包括由密封件(例如迷宫式密封件)分开的腔系统。

[0023] 压缩机还包括轴承6，在此为两个，使得可能支承从动轴2。轴承6可为磁性轴承。轴承6还可为油轴承，在该情况下，干式填料可用作密封器件5。

[0024] 在最末叶轮R的下游，考虑到在压缩区段1中操作的气体的循环，压缩机包括安装在从动轴2上的平衡活塞7，其用于补偿由叶轮施加于从动轴2上的轴向推力。最末叶轮R(即最接近输出S和平衡活塞7的一个叶轮)的排出区域10中的压缩气体的泄漏通过使用布置在活塞的水平处的迷宫式密封件系统9而减少。从动轴2承受的轴向推力主要源自在一个方向上的各叶轮的极限处的压差，并且源自在相反方向上的压缩机中的气体流率，施加的力的幅度根据操作模式而变化。

[0025] 压缩区段1包括在平衡活塞的与叶轮R相反的一侧上的活塞后腔11。后腔11经由平衡管线13联接到叶轮R的输入，平衡管线13包括受控调节阀14。

[0026] 活塞极限处，即平衡活塞7一侧上的排出区域与平衡活塞7另一侧上的活塞后腔11之间的压差使得可能使剩余推力回到中心位置且使其变化最小化。

[0027] 剩余轴向推力由包括抵接件15和两个定子部分16的系统抵抗，该抵接件15牢固地附接到从动轴2，且这两个定子部分16位于抵接件15的任一侧上且独立于从动轴2，以便限制从动轴2的轴向移动。

[0028] 当机器装备有平衡活塞7时，迷宫9处的泄漏经由平衡管线13返回压缩机的吸口。调节阀14调节活塞的后腔11中的压力，以便在平衡活塞7上获得必要的推力。

[0029] 当压缩机用于高流率时，活塞加重推力，直到超过抵接件的能力。

[0030] 为了抵消施加在平衡活塞7上的推力，对平衡活塞7任一侧上的，即排出区域10与活塞后腔11之间的压力进行平衡。

[0031] 为此，关闭调节阀14，以便用从排出区域10泄漏到后腔的气体来填充后腔11。为了能够在后腔中达到排出压力，压缩机包括排出压力室18，排出压力室18布置在活塞后腔11之后并且经由排出管线19联接到排出区域10。

[0032] 直接联接到排出区域10的排出压力室18具有对应于排出压力的压力。活塞后腔11中的压力小于排出压力，排出室18经由将排出室18与活塞后腔11分开的迷宫式密封件9而泄漏到活塞的后腔11中。

[0033] 因此可能具有可使用的推力范围增大的压缩机。

[0034] 为了避免排出压力室18与轴端密封件之间的气体泄漏，压缩区段1包括吸入压力室20，吸入压力室20经由吸入管线21联接到吸口，即联接到阀14下游的输入E。

[0035] 在实践中，在没有该吸入压力室20的情况下，泄漏问题可能损坏密封器件5或者在磁性轴承的情况下直接损坏轴承6。排出室中的排出压力可导致排出压力下的气体渗透到密封器件5中和对其的损坏。在磁性轴承上，排出压力下的气体处于高温，并且事实上可泄漏到磁性轴承且加热它们，直到它们损坏。

[0036] 吸入压力室20刚好位于排出压力室18的一侧近旁，从而在迷宫式密封件9介于其间的情况下保护密封器件5或者直接保护轴承6。通过此构造，排出压力存在于活塞7的后腔11的两侧上的区域中，且当阀关闭时，气体可泄漏到活塞后腔11中，直到实质上在活塞后腔中获得排出压力。

[0037] 为了对控制阀14进行控制，压缩机包括测量器件22，测量器件22周期性地测量施加在从动轴2上的推力的水平。测量器件22可例如包括测量推力轴承的发热的温度传感器，或测量压缩机中的气体流率的流率传感器。获得的信息被发送到控制单元，控制单元将此数据转换成用于控制阀14的打开/关闭信号。当控制阀14关闭时，气体从排出区域循环到活塞7的后腔11。随后，唯一剩余的出路是进入吸入压力室中。

[0038] 本发明使得可能获得具有宽流率范围的压缩机。

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