多級的徑向渦輪壓縮機的製作方法

2023-07-16 01:00:31 3

專利名稱：多級的徑向渦輪壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有至少三個壓縮級的多級徑向渦輪壓縮機，其中每個壓縮機級
具有一個構成氣體輸入區域的殼體部分和一個構成氣體輸出區域的殼體部分。壓縮機級的 葉輪與單獨的軸部段一起構成一個轉子，其通過徑向軸承和止推軸承引導。
背景技術：
在徑向的渦輪壓縮機中，氣體軸向地流入到壓縮機級的葉輪中。氣體在葉輪入口 中採集並且由葉片組徑向迴轉和加速。在葉輪周邊處氣體以大的速度離開葉輪中間空間並 且流入到擴大的、徑向的擴散器。在此它的速度被強烈地制動。動能轉換成壓能。最後這 種壓縮的和加熱的氣體在螺旋形的收集殼體中導至分級出口套管中。 通過依次在傳動軸上設置多個葉輪可以產生高的壓力。葉輪以相同的轉數運轉。 它們與軸部段一起共同構成具有共同的支承結構和驅動的轉子。這樣的單軸徑向渦輪壓縮 機的徑向軸承大多設置在軸末端上。止推軸承也設置在軸端部上，從而轉子只能沿縱向方 向偏移。 這種渦輪壓縮機的殼體或者水平地分開或者具有一體式的外部的殼體外套。在水 平分開的結構中，轉子被殼體下部和殼體上部包圍。為了能夠得到轉子，必須取下整個殼體 上部。上部的殼體半部和下部的殼體半部分別一體地澆注或焊接。在另外的結構中，殼體 包括一體式的、圓柱形的、澆注的或焊接的外部的殼體外套以及例如由用於單個壓縮機級 的入口側的殼體構件和出口側的殼體構件構成的構件，該壓縮機級分別水平地分開，從而 其能夠安裝在葉輪之間。 在第一葉輪中壓縮的氣體在中間冷卻後通過收集管導入到第二葉輪中並且從那 裡在進一步中間冷卻後導入到在其後的葉輪中。在此將試圖在理想的、等溫的壓縮過程中 儘可能緊密地布置多級的氣體壓縮。 在多級渦輪壓縮機中，熱的殼體構件和冷的殼體構件依次地設置在牢固的組合件 中。因為冷的殼體構件和熱的殼體構件互相牢固地夾緊、焊接或澆注，其由於熱膨脹導致在 殼體中的內應力。單個的殼體構件的不同的溫度水平產生構件的不同強度的熱膨脹。其也 可導致在殼體構件中的壓力變形。 軸承在軸端部處的設置、具有互相牢固連接的殼體構件的殼體的水平分開以及在 一個共同的殼體外套中夾緊的內部的殼體構件可能在運轉中導致在葉輪和與其相鄰的殼 體構件之間的間隙的減小。這可導致葉輪觸及殼體並且從而導致渦輪壓縮機的損壞。

發明內容
本發明的目的是，在壓縮機工作期間，阻止在葉輪和它的相鄰的殼體構件之間的 間隙的減小。 這個目的根據本發明這樣地實現，即止推軸承設置在兩個相鄰的壓縮機級的葉 輪之間，它們以葉輪背面互相面向地設置。背面互相面向地設置的壓縮機級通過中間殼體
3互相連接。 兩個葉輪以葉輪背面相互面向的定位也稱為背靠背原理。在兩個背靠背設置的葉
輪之間在中間設置止推軸承使得通過熱膨脹和壓力變形在殼體構件中引起的長度變化增 大在葉輪和它的相鄰的殼體壁之間的間隙，從而避免了葉輪的觸碰。 在三級渦輪壓縮機中，止推軸承優選地設置在第二級和第三級之間的中間位置，
其中第二級和第三級互相背靠背地定位。第二級的葉輪或第三級的葉輪(根據級的布置) 在此與第一級的葉輪成一排地設置。三個葉輪、二個軸端部和兩個中間軸部段優選地通過
端面嚙合相互對中並且藉助於中心的連杆而互相夾緊成牢固的組合轉子(Rotorverb皿d)。
在四級壓縮機中，轉子包括四個葉輪、兩個軸端部和三個中間的軸部段。附加的葉 輪與它的入口殼體和出口殼體一起共同構成第四壓縮機級，其優選相對於第一級背靠背地 設置。 在本發明的有利的實施方案中，徑向軸承設置在處於兩個葉輪之間的軸部段上。 已經證明是特別有利的是，靠近聯軸器的徑向軸承設置在與聯軸器最接近的葉輪
和相鄰的葉輪之間，使得聯軸器側的葉輪和聯軸器側的軸端部是自由懸伸的。 在三級渦輪壓縮機上導致第三級葉輪或第二級葉輪(根據級的布置)和聯軸器側
的軸端部自由懸伸地設置。在四級徑向渦輪壓縮機上，聯軸器側的徑向軸承定位在第三級
和第四級之間。在此第四級葉輪或第三級的葉輪(根據級的布置)和聯軸器側的軸端部是
自由懸伸的。 在本發明的另一個有利的實施方案中，遠離聯軸器的徑向軸承在軸部段上設置在 第一葉輪和緊隨其後葉輪之間。所述徑向軸承定位在第一級的懸伸的葉輪的後面，在此在 與聯軸器相對置的一側上取消自由的軸端部。這具有的優點是，用於第一級的入口殼體可 構造為簡單的迴轉自由的共軸的抽吸接管。 優選使用整體的、磁性的徑向軸承和止推軸承。由於其主動地調節硬度和減震性，
磁性軸承提供顯著的技術優點。它們的突出的優點也在於非常小的摩擦損失。
已經證明是特別有利的是，殼體豎直地分成冷的殼體構件和熱的殼體構件。氣體
輸入區域和氣體輸出區域的殼體部分分別構成單獨的、整體的殼體構件。它環形地包圍轉
子，而沒有水平地分開。 在本發明的一個優選的實施方案中，第一級的入口殼體由簡單的迴轉自由的共軸 的抽吸接管構成。所有隨後的級的入口殼體是徑向的入口接管。壓縮機級的出口殼體可以 以螺旋形的收集空間的形式構成。熱的出口殼體的切向的出口接管通過管道與中間冷卻器 的入口接管相連接。中間冷卻器的出口接管是通過大尺寸的、少損耗的流體管道與隨後的 壓縮機級的徑向入口接管相連接。 在本發明的一個特別有利的實施方案中，相鄰的殼體構件通過豎直的法蘭連接裝 置互相連接。在此，在連接位置上，相鄰的殼體壁沿相對於軸垂直的方向互相平行地延伸。 接觸區域構造成環形地圍繞轉子，在所述接觸區域中殼體壁互相垂直地延伸，其中殼體壁 在環繞的環的多個位置處通過固定元件如通過螺釘而互相連接。通過將殼體分成多個經由 豎直的法蘭連接裝置互相連接的部分，能夠減小在殼體中由於熱膨脹和壓力膨脹造成的內 應力。 此外，還具有的優點是，相鄰的殼體構件在它的連接位置處互相嵌接，並且其在接合位置處的尺寸這樣的互相調整，使得殼體構件通過配合座而互相連接。


本發明的其他的特徵和優點由藉助於附圖的實施例的描述和由附圖本身得出。在 此唯一的附圖示出三級的徑向渦輪壓縮機的半剖視圖。
具體實施例方式
葉輪1、2和3與軸部段14、15和16—起構成壓縮機的轉子。葉輪1、2、3與兩個 軸端部14和15以及中間的軸部段16通過端面嚙合30-34而互相對中並且藉助於中心的 拉杆17互相夾緊成一個牢固的組合轉子。 轉子包括三個壓縮機級，其中每個壓縮機級包括一個葉輪1、2、3、一個冷的入口殼 體4、5、6和一個熱的出口殼體7、8、9。待壓縮的氣體通過入口殼體4輸送給葉輪1。第一 級的冷的入口殼體4構造為迴轉自由的、共軸的抽吸接管。氣體從葉輪1輸入到第一級的 出口殼體7。所述出口殼體7構造為螺旋形的收集空間。出口殼體7的切向的出口接管通 過管道而與中間冷卻器連接。在中間冷卻器後，氣體通過入口殼體5的徑向的入口接管而 流入到第二壓縮機級中。在中間冷卻器和入口接管之間的連通通過大尺寸的、低損耗的流 體通道實現。 在第二壓縮機級中，氣體被葉輪2加速並且輸入到第二級的出口殼體8中。在中 間冷卻之後，氣體進入到第三壓縮機級的入口殼體6的徑向的入口接管中並且由葉輪3輸 入到第三壓縮機級的出口殼體9中。 葉輪2和3以它們的葉輪背面互相面向地定位。 一個中間的軸部段16在葉輪2
和3之間延伸。第二級和第三級的出口殼體8、9通過中間殼體13互相連接。根據本發明，
止推軸承設置在互相背靠背設置的葉輪2和3之間。靠近聯軸器的徑向軸承11直接設置
在止推軸承12旁邊，使得葉輪3和聯軸器側的軸端部14是自由懸伸的。 遠離聯軸器的徑向軸承10在葉輪1後面定位在軸部段15上。軸部段15涉及與
聯軸器相對置的軸端部。葉輪1由於徑向軸承10的位置是自由懸伸的。 軸承布置使得由於熱膨脹和壓力變形在殼體構件4-9中引起的長度變化ALt，
p(l.+2.)和ALt，p(3.)增大了在葉輪1、2和3和它的相鄰的入口殼體4、5和6之間的間
隙35、36和37。這樣避免了葉輪1、2和3觸碰到其相鄰的入口殼體4、5和6。 第一壓縮機級的入口殼體4伸入到第一壓縮機的出口殼體7中一段。在此在連接
位置上，兩個殼體4和7的尺寸這樣地互相調整成使在兩個殼體構件4和7之間形成配合
座。兩個殼體構件4和7具有豎直的接觸面。入口殼體4的殼體壁的豎直的部分用作為用
於出口殼體7的殼體壁的止擋。冷的入口殼體4與熱的出口殼體7通過豎直的法蘭連接裝
置18互相連接。 在第一壓縮機級和第二壓縮機級之間的連接位置上，第二級的入口殼體5伸入到 第一級的出口殼體7中。在此兩個殼體構件5和7的尺寸這樣地互相調整成使得構成一個 配合座25。兩個殼體構件5和7具有豎直的接觸面。入口殼體5的殼體壁的豎直的部分用 作為用於出口殼體7的殼體壁的止擋。通過互相平行延伸的殼體壁的豎直的接觸面，殼體 構件7和5的連接通過豎直的法蘭連接裝置19實現。
在從第二級的入口殼體5向第二級的出口殼體8的過渡處，冷的入口殼體5伸入 到熱的入口殼體8中，在此構成配合座26。兩個殼體構件5和8的連接藉助於豎直的法蘭 連接裝置20實現。在豎直的法蘭連接裝置20上，殼體壁互相平行地延伸。
第二級和第三級的兩個出口殼體8、9通過中間殼體13而互相連接。中間殼體13 伸入到第二級的出口殼體8中，在此兩個殼體構件8和13構成配合座27和豎直的接觸面。 中間殼體13的殼體壁的豎直的部分用作為用於出口殼體8的殼體壁的止擋。通過平行延 伸的豎直的接觸面的殼體壁藉助於垂直的法蘭連接裝置21實現兩個殼體構件8和13的連 接。 中間殼體13也伸入到第三壓縮機級的出口殼體9中一段，在此構成配合座28。兩 個殼體構件13和9具有一豎直的接觸面。中間殼體13的殼體壁的豎直的部分用作為用於 出口殼體9的殼體壁的止擋。通過垂直的法蘭連接裝置22實現殼體13和9的連接。
在第三壓縮機級上，入口殼體6伸入到出口殼體9中並且構成配合座29。入口殼 體6的殼體壁的豎直的部分構成用於出口殼體9的殼體壁的止擋。在殼體壁的互相垂直延 伸的接觸位置上，殼體6和9藉助於豎直的法蘭連接裝置23而互相連接。
從而所有冷的入口殼體4、5和6以及中間殼體13通過豎直的法蘭連接裝置18_23 和配合座24-29與熱的出口殼體7、8和9作為不分開的殼體構件互相連接。這導致在相當 大程度上避免了在運轉時在組合殼體中的熱內應力，並且從而在運轉時將由此出現的組合 殼體變形減至最小。 在該實施例中，徑向軸承10和11以及止推軸承12設計為磁性軸承。
權利要求
一種具有至少三個壓縮機級的多級的徑向渦輪壓縮機，其中每個壓縮機級具有一個構成氣體輸入區域的殼體部分(4、5、6)和一個構成氣體輸出區域的殼體部分(7、8、9)，並且所述壓縮機級的葉輪(1、2、3)與各個軸部段(14、15、16)一起構成一轉子，該轉子通過徑向軸承(10、11)和止推軸承(12)導向，其特徵在於，所述止推軸承(12)設置在相鄰壓縮機級的兩個葉輪(2、3)之間，所述兩個葉輪以葉輪背面相互面向而定位。
2. 根據權利要求l的渦輪壓縮機，其特徵在於，所述徑向軸承(10、11)設置在位於兩個 葉輪(1、2或2、3)之間的軸部段(15、16)上。
3. 根據權利要求1的渦輪壓縮機，其特徵在於，在軸部段(16)上的一個徑向軸承(11) 位於在兩個背面相互面向設置的葉輪(2、3)之間。
4. 根據權利要求1的渦輪壓縮機，其特徵在於，靠近聯軸器的徑向軸承(11)設置在與 聯軸器最接近的葉輪(3)和相鄰的葉輪之間，使得聯軸器側的葉輪(3)和聯軸器側的軸端 部(14)是自由懸伸的。
5. 根據權利要求1的渦輪壓縮機，其特徵在於，遠離聯軸器的徑向軸承(10)在軸部段 上(15)設置在第一葉輪(1)和第二葉輪(2)之間。
6. 根據權利要求l的渦輪壓縮機，其特徵在於，所述徑向軸承(10、11)和止推軸承 (12)是磁性軸承。
7. 根據權利要求1的渦輪壓縮機，其特徵在於，殼體豎直地分成冷的殼體構件和熱的 殼體構件，氣體輸入區域的殼體部分(4、5、6)和氣體輸出區域的殼體部分(7、8、9)分別構 造成單獨的、整體的殼體構件。
8. 根據權利要求l的渦輪壓縮機，其特徵在於，相鄰的殼體構件通過豎直的法蘭連接 裝置(18-23)互相連接。
9. 根據權利要求l的渦輪壓縮機，其特徵在於，相鄰的殼體構件在它們的連接位置 處互相嵌接，並且殼體構件的尺寸在接合位置處互相調整成使所述殼體構件通過配合座 (24-29)互相連接。
全文摘要
本發明涉及一種具有至少三個壓縮機級的多級徑向渦輪壓縮機。每個壓縮機級具有氣體輸入區域和氣體輸出區域，其通過殼體而構成。壓縮機級的葉輪(1、2、3)與單獨的軸部段(14、15、16)一起構成轉子。轉子通過徑向軸承(10、11)和止推軸承(12)導引。本發明的目的是，阻止在壓縮機工作期間在葉輪(1、2、3)和它的相鄰的殼體構件(4、5、6)之間的間隙(35、36、37)的變小。這個目的根據本發明這樣地實現，即止推軸承(12)設置在相鄰的壓縮機級的兩個葉輪(2、3)之間，所述葉輪以其葉輪背面相互面向地定位。
文檔編號F04D29/42GK101737336SQ20091022200
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月13日 優先權日2008年11月14日
發明者W·博森 申請人:阿特拉斯·科普柯能源有限公司