压缩机止推轴承喘振保护制造技术

本发明专利技术提供了一种在喘振现象期间阻止超过压缩系统的止推轴承能力的方法和设备，其中止推轴承利用偏压力偏压，以增大止推轴承吸收轴向力的能力与喘振现象期间产生的最大力之间的止推轴承过载裕度。该偏压力可通过适当确定与压缩系统的压缩机的入口相对的叶轮的一侧上的高压密封件的大小来产生，以便在高压密封件的高压区和位于高压区内侧的低压区中产生的后盘力产生期望的偏压力值和方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压缩机止推轴承喘振保护
本专利技术涉及喘振保护方法及设备，其中在喘振现象（surge event)期间，防止超过 压缩机的止推轴承的能力。更具体而言，本专利技术涉及此类方法及设备，其中在压缩机的正常 操作期间，通过在叶轮眼侧（eye side)力与经由后盘密封件施加到叶轮上的后盘力之间产 生力差，偏压力施加到压缩机的叶轮上，且通过压缩机轴施加到止推轴承上，这增大了止推 轴承能力与喘振现象期间发生的喘振力之间的过载裕度。
技术介绍
离心压缩机是本领域中公知的，且用于许多应用，以将气体从较低压力压缩至较 高压力。较低压力下的气体进入离心压缩机的入口，且通过旋转叶轮加速来压缩至较高压 力，且然后发送至包绕叶轮的扩散器中，其中附加压力通过使气体减速来恢复。气体以较高 压力从扩散器排出至蜗壳，且从蜗壳排出至其出口。 在离心压缩机中，高压密封件设在叶轮的后部上，或换言之在与入口相对的叶轮 的一侧上。该密封件通常为迷宫型密封件，其具有小于由叶轮外沿限定的叶轮的外径的较 小直径。高压气体在压缩机操作期间渗透穿过外沿，且此密封件防止该高压气体使叶轮的 整个后部加压。来自诸如压缩机入口的位置的低压气体或甚至更低压的源（如果可用）被 引入形成在压缩机后部处的腔中，驱动叶轮的电机轴与高压密封件之间。通过驱动叶轮的 电机轴上的轴密封件，防止了来自该腔的泄漏。该腔内的压力作用于叶轮后方的所得的内 环形区域，连同作用于叶轮的外沿与高压密封件之间的外环形区域中的高压。这两个力的 总和产生了称为叶轮上的后盘力的力。在叶轮内侧作用的是眼侧力，该力由气体进入叶轮 的冲击产生，且作用于面对入口的叶轮的表面上。在现有技术中，高压密封件尺寸确定成使 得在设计状态期间，眼侧力与后盘力平衡。 压缩机设计成在操作范围（envelope)内操作，该操作范围可在称为压缩机图的 图表中绘出，压缩机图是出口压力与入口压力的压力比关于穿过压缩机的流速的图。在此 图上，绘出了峰值或最佳效率操作线，其中对于给定的流速和压力比，压缩机的能量消耗最 低。该图还具有特定速度的另一个维度（dimension)，其穿过峰值效率操作线。如果对于 给定速度，压缩机内的压力比下降，最终达到一点，则此时压缩机进入称为喘振的状态。因 此，喘振现象由穿过压缩机的流速下降到保持稳定操作所需的压缩机叶轮的给定速度下所 需的最小流动以下而产生。从叶轮的角度来看，喘振现象具有两个阶段（phase)。在第一阶 段中，存在由叶轮中的空气动力不稳定性引起的叶轮流动通路内的排放压力的突然损失。 这导致眼侧压力的下降。然而，后盘力由于流体系统惯性效应而保持很高。这导致朝入口 驱动叶轮的叶轮上的很大的轴向力。喘振现象的第二阶段通过泄放至较低眼侧压力的高压 后盘压力产生，导致眼侧力超过削弱的后盘力。这产生将叶轮驱动远离入口的较大轴向力。 形成这些力的频率相当高，导致源于止推轴承过载的压缩机损坏。 在喘振现象期间形成的力可计算和测量，且压缩机中的止推轴承可设计有过载裕 度，以吸收这些力且防止对压缩机的破坏。然而，被称为无油轴承的零件在离心压缩机中被 更多地使用。这些无油轴承为电磁轴承或空气动力轴承。在电磁轴承中，电机轴借助于磁 力在径向方向和轴向方向悬置。然而，此无油轴承在应用于止推轴承上时比由油润滑的常 规轴承吸收喘振现象期间发生的较大轴向力的能力低。因此，可由无油轴承提供的过载裕 度小于由常规轴承可提供的过载裕度。因此，在喘振现象期间，止推轴承将不能吸收力，且 备用轴承或套管将接触来吸收力。其问题在于备用轴承或套管仅可经历这些喘振现象期间 的预定的较少数目的使用。在该预定数目之后，压缩机必须下线维护来替换备用轴承或套 管。 因此，上文关于无油轴承提到的问题限制了其在大型压缩机应用中的使用，如，空 气分离设备，否则此类轴承将具有如下优点：进料不会受油污染、具有低得多的摩擦损失以 及比常规油润滑轴承需要较少维护。在如空气分离设备的应用中，如果压缩机下线，则设备 将不工作。在任何大型装备中的非计划停机在任何情况下都将导致设备经营者的财政困 难。 如将论述的那样，不同于现有技术，本专利技术提供了一种方法及设备，其中叶轮以偏 压力预载，偏压力大于在压缩机的正常操作期间仅仅平衡叶轮眼侧与后盘力所需的力。该 预载力用于增大轴承在喘振现象期间可超过的过载裕度，且因此，特别适用于使用无油轴 承的离心压缩机。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在喘振现象期间阻止超过压缩系统的止推轴承能力的方法。根 据此方法，止推轴承利用作用于压缩机轴的两个相对轴向方向中的一个上的偏压力被偏 压。在此压缩机中，压缩机轴连接到止推轴承和至少一个压缩机的叶轮上，叶轮继而又设有 后盘密封件。压缩轴由驱动件驱动，以通过压缩机轴的旋转来驱动叶轮，且压缩系统具有由 至少一个压缩机提供的至少一个压缩级。止推轴承具有第一止推轴承能力和第二止推轴承 能力，以分别吸收沿压缩机轴的两个相对轴向方向作用于止推轴承上的轴向负载。此止推 轴承构造成使得第一过载裕度存在于第一止推轴承能力与第一喘振力之间，且第二过载裕 度存在于第二止推轴承能力与第二喘振力之间。第一喘振力和第二喘振力作用于两个相对 的轴向方向，且在喘振现象期间产生。在压缩系统的正常操作期间，通过产生叶轮眼侧力与 施加到叶轮上与眼侧力相对的后盘力之间的力差，偏压力施加到叶轮上，且通过压缩机轴 施加到止推轴承。后盘力通过由后盘密封件分开的叶轮的高压外环形区与低压内环形区施 力口。偏压力增大第一过载裕度和第二过载裕度中的一者，使得第一过载裕度和第二过载裕 度分别不小于第一止推轴承能力和第二止推轴承能力的大约百分之二十五。 尽管过载裕度中的一者的增大将以另一个止推轴承的过载裕度为代价，但最大的 喘振力因此可被抵消（compensate)来提高止推轴承吸收喘振力的能力。在此方面，过载裕 度至少为止推轴承的能力的百分之二十五。如可认识到的那样，甚至较大的裕度是期望的 (如果可能），例如，百分之五十。尽管本专利技术不限于使用于无油轴承，因为本专利技术实际上在 使用于无油轴承的情况下甚至更有利，其特别适用于具有有限过载裕度的磁性和空气动力 轴承。止推轴承吸收此喘振力的能力的这样增大允许在大规模压缩机应用中和在压缩机的 连续操作特别关键的应用中使用此无油轴承。 驱动件可为电机，且压缩机轴可为从电机突出的电机轴。在此情况下，止推轴承为 电机的一部分。此外，止推轴承可为磁性轴承。 至少一个压缩机可包括第一压缩机和第二压缩机，它们连接在电机轴的相对端 处，且与彼此流动连通，使得至少两个相继的压缩级设在压缩系统中。在此情况下，力差由 第一压缩机和第二压缩机中的至少一者的眼侧力与后盘力之间的差产生。至少一个压缩机 可为压缩系统的多个压缩级的上游压缩级。在此情况下，低压区与多个压缩级的上游压缩 级的另一个压缩机的出口或入口流动连通，且由来自另一个压缩机的释放流加压。 本专利技术还提供了一种在喘振现象期间阻止超过压缩系统的止推轴承能力的设备。 在此设备中，止推轴承利用偏压力被偏压，偏压力沿压缩机轴的两个相对轴向方向中的一 个作用，压缩机轴连接到止推轴承和具有后盘密封件的至少一个压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在喘振现象期间阻止超过压缩系统的止推轴承能力的方法，所述方法包括：利用偏压力来偏压止推轴承，所述偏压力作用于压缩机轴的两个相对的轴向方向中的一个上，所述压缩机轴连接到所述止推轴承和具有后盘密封件的至少一个压缩机的叶轮上，所述压缩机轴由驱动件驱动，以通过所述压缩机轴的旋转来驱动所述叶轮，所述压缩系统具有由所述至少一个压缩机提供的至少一个压缩级；所述止推轴承具有分别用于吸收沿所述压缩机轴的两个相对轴向方向作用于所述止推轴承上的轴向负载的第一止推轴承能力和第二止推轴承能力，所述止推轴承构造成使得第一过载裕度存在于所述第一止推轴承能力与第一喘振力之间，且第二过载裕度存在于所述第二止推轴承能力与第二喘振力之间，所述第一喘振力和所述第二喘振力作用于所述两个相对的轴向方向，且在所述喘振现象期间产生；在所述压缩系统的正常操作期间，通过产生叶轮眼侧力与施加到所述叶轮上与所述眼侧力相对的后盘力之间的力差，将所述偏压力施加到所述叶轮上，且通过所述压缩机轴施加到所述止推轴承上，所述后盘力通过由所述叶轮的后盘密封件分开的高压外环形区和低压内环形区施加；以及所述偏压力增大所述第一过载裕度和所述第二过载裕度中的一者，使得所述第一过载裕度和所述第二过载裕度分别不小于所述第一止推轴承能力和所述第二止推轴承能力的大约百分之二十五。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.29 US 13/4823071. 一种在喘振现象期间阻止超过压缩系统的止推轴承能力的方法，所述方法包括： 利用偏压力来偏压止推轴承，所述偏压力作用于压缩机轴的两个相对的轴向方向中 的一个上，所述压缩机轴连接到所述止推轴承和具有后盘密封件的至少一个压缩机的叶轮 上，所述压缩机轴由驱动件驱动，以通过所述压缩机轴的旋转来驱动所述叶轮，所述压缩系 统具有由所述至少一个压缩机提供的至少一个压缩级； 所述止推轴承具有分别用于吸收沿所述压缩机轴的两个相对轴向方向作用于所述止 推轴承上的轴向负载的第一止推轴承能力和第二止推轴承能力，所述止推轴承构造成使得 第一过载裕度存在于所述第一止推轴承能力与第一喘振力之间，且第二过载裕度存在于所 述第二止推轴承能力与第二喘振力之间，所述第一喘振力和所述第二喘振力作用于所述两 个相对的轴向方向，且在所述喘振现象期间产生； 在所述压缩系统的正常操作期间，通过产生叶轮眼侧力与施加到所述叶轮上与所述眼 侧力相对的后盘力之间的力差，将所述偏压力施加到所述叶轮上，且通过所述压缩机轴施 加到所述止推轴承上，所述后盘力通过由所述叶轮的后盘密封件分开的高压外环形区和低 压内环形区施加；以及 所述偏压力增大所述第一过载裕度和所述第二过载裕度中的一者，使得所述第一过载 裕度和所述第二过载裕度分别不小于所述第一止推轴承能力和所述第二止推轴承能力的 大约百分之二十五。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述驱动件为电机，所述压缩机轴为从所述电机突出的电机轴，所述止推轴承为所述 电机的一部分，且所述止推轴承为磁性轴承。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于： 所述至少一个压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机和所述第二压缩 机在所述电机轴的相对端处连接且与彼此流动连通，使得至少两个相继的压缩机设在所述 压缩系统中；以及 所述力差由所述第一压缩机和所述第二压缩机中的至少一者的所述眼侧力与后盘力 之间的差产生。4. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于： 所述至少一个压缩机为所述压缩系统的多个压缩级的下游压缩级；以及 所述低压区与所述多个压缩级的上游压缩级的另一个压缩机的出口或入口流动连通， 且由来自所述另一个压缩机的释...

【专利技术属性】
技术研发人员：JH罗亚尔，MJ斯坦科，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US