專利名稱：用于旋渦制動器斜坡形成的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題的實施例大體上涉及壓縮機(jī)，且更具體而言，涉及帶有旋渦制動器的密封裝置。
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)是一種通過使用機(jī)械能加速可壓縮流體(例如氣體)的粒子以最終增加該可壓縮流體的壓力的機(jī)械。壓縮機(jī)在許多不同應(yīng)用中使用，包括作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的初始級工作。在這些不同類型的壓縮機(jī)中存在所謂的離心式壓縮機(jī)，在該壓縮機(jī)中，例如通過旋轉(zhuǎn)氣體從其中穿過的離心葉輪，機(jī)械能以加速氣體粒子的離心加速方式作用在壓縮機(jī)的氣體輸入上。更一般地說，離心式壓縮機(jī)可被稱作是稱為“渦輪機(jī)械”或“渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械”的一類機(jī)械的一部分。離心式壓縮機(jī)可裝配有單個葉輪(即單級構(gòu)造)或多個串聯(lián)的葉輪，在多個串聯(lián)的葉輪的情況下，壓縮機(jī)常被稱為多級壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)的各個級典型地包括用于加速氣體的入口導(dǎo)管、能夠為輸入氣體提供動能的葉輪、以及將離開葉輪的氣體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能的擴(kuò)散器。在離心式壓縮機(jī)中存在旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件。在某些旋轉(zhuǎn)元件和靜止元件之間可使用密封裝置以防止離心式壓縮機(jī)內(nèi)不期望的泄漏。例如，迷宮密封裝置或蜂窩密封裝置可用作在例如平衡活塞和葉輪進(jìn)口(或多級離心式壓縮機(jī)中的各個葉輪進(jìn)口)處的內(nèi)部密封裝置。通常，迷宮密封裝置使用凹槽和槽脊來提供流體難以通過的流動通道，而蜂窩密封裝置則使用六邊形隔室來阻止流體流動。兩種類型的密封裝置都允許在旋轉(zhuǎn)表面和靜止表面之間有小縫隙(或等同特征)。自從渦輪機(jī)械出現(xiàn)以來，已經(jīng)實現(xiàn)了多種密封裝置設(shè)計。 這些密封裝置可影響泄漏和氣體旋渦。如圖1中所示，用于壓縮機(jī)中的這種密封裝置的一個示例是帶有旋渦制動器4的迷宮密封裝置2，該制動器由Dresser-Rand制造并可在·ι dresser-rand, com/literature/services/2035-SwirlBrake. pdf 在線 文!j覽。帶有方
器4的迷宮密封裝置2的這種特定設(shè)計旨在用于減少和反轉(zhuǎn)進(jìn)入迷宮密封裝置的旋渦。然而，與離心式壓縮機(jī)中的旋渦制動器相關(guān)的另一個受關(guān)注的領(lǐng)域是在各種操作條件下的轉(zhuǎn)子動力學(xué)穩(wěn)定性。例如，當(dāng)部件在密封區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，在密封裝置的腔室內(nèi)可引起不期望的周邊流。進(jìn)入旋渦也可對密封裝置內(nèi)的流產(chǎn)生不期望的周邊元素，因此合乎需要的是減少密封裝置內(nèi)的進(jìn)入旋渦和旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)兩者以改進(jìn)離心式壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)子動力學(xué)穩(wěn)定性。因此，期望用于帶有用來改進(jìn)轉(zhuǎn)子動力學(xué)穩(wěn)定性的旋渦制動器的密封裝置的其它系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示例性實施例，存在一種離心式壓縮機(jī)。該離心式壓縮機(jī)包括第一管道，該第一管道構(gòu)造成接收過程氣體；葉輪，該葉輪連接到第一管道并構(gòu)造成壓縮過程氣體，其中，葉輪具有外表面；第一密封裝置，該第一密封裝置包括第一組多個旋渦制動器， 該第一組多個旋渦制動器構(gòu)造成具有齒形形狀以減少過程氣體的流在第一密封裝置的入口處的入口密封旋渦，其中各個旋渦制動器設(shè)置在第一密封裝置的前緣處且構(gòu)造成在第一組多個旋渦制動器和葉輪的外表面之間具有縫隙，其中各個旋渦制動器具有具有第一預(yù)定長度的第一表面、連接到第一表面且關(guān)于第一表面具有預(yù)定角度(即相對于第一表面成該預(yù)定角度)的第二表面、從第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)的第三表面，其中第三表面具有第一斜坡(taper)。根據(jù)另一個示例性實施例，存在一種用于減少入口旋渦的旋渦制動器。該旋渦制動器包括多個旋渦制動器，該多個旋渦制動器各自構(gòu)造成具有齒形形狀，它們設(shè)置在密封裝置的前緣處且構(gòu)造成在該多個旋渦制動器和旋轉(zhuǎn)部分的外表面之間具有縫隙，其中各個齒具有具有第一預(yù)定長度的第一表面、連接到第一表面且關(guān)于第一表面具有預(yù)定角度的第二表面、從第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)的第三表面， 其中第三表面具有斜坡。根據(jù)另一個示例性實施例，存在一種用于制造密封裝置的方法，該密封裝置包括用來減少離心式壓縮機(jī)中的入口密封旋渦的多個旋渦制動器。該方法包括獲得所關(guān)注的密封裝置；將該多個旋渦制動器加工成各自具有在密封裝置前緣上的齒形形狀；為各個旋渦制動器加工具有第一預(yù)定長度的旋渦制動器的第一表面；為各個齒加工齒的第二表面， 該第二表面連接到第一表面、關(guān)于該第一表面具有預(yù)定角度；以及為各個齒加工齒的第三表面，該第三表面從第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)，其中第三表面具有構(gòu)造成減少入口密封旋渦的第一斜坡。


附圖示出了示例性實施例，其中圖1描繪了帶有旋渦制動器的迷宮密封裝置；圖2示出了根據(jù)示例性實施例的多級離心式壓縮機(jī)；圖3示出了根據(jù)示例性實施例的多級離心式壓縮機(jī)內(nèi)的末級葉輪和平衡活塞；圖4示出了根據(jù)示例性實施例的在最終成形之前的帶有多個旋渦制動器的迷宮密封裝置；圖5顯示了根據(jù)示例性實施例的在最終成形之前的多個齒形旋渦制動器；圖6示出了根據(jù)示例性實施例的在定子部分和轉(zhuǎn)子部分之間的縫隙的示意圖；圖7示出了根據(jù)示例性實施例的處于第一取向的密封裝置和旋渦制動器；圖8顯示了根據(jù)示例性實施例的處于第二取向的密封裝置和旋渦制動器；圖9描繪了根據(jù)示例性實施例的旋渦制動器的形狀；以及圖10是顯示了制造密封裝置的方法的流程圖，該密封裝置包括根據(jù)示例性實施例的用于減少離心式壓縮機(jī)中的入口密封旋渦的多個旋渦制動器。
具體實施例方式示例性實施例的下列詳細(xì)描述參考了附圖。不同圖中的相同參考標(biāo)號表示相同或類似的元件。此外，附圖未必按比例繪制。而且，下列詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)
5明的范圍由所附權(quán)利要求限定。在說明書全文中，對“一個實施例”或“實施例”的引用意味著結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在所公開的主題的至少一個實施例中。因此，在說明書全文中， 在不同地方出現(xiàn)短語“在一個實施例中”或“在實施例中”不一定指的是同一實施例。此外， 在一個或多個實施例中，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式組合。根據(jù)示例性實施例，可以制造和安裝帶有旋渦制動器的密封裝置，其通過驅(qū)使入口密封裝置進(jìn)入旋渦基本為零的旋渦制動器提高轉(zhuǎn)子動力學(xué)穩(wěn)定性。這樣可以減少在離心式壓縮機(jī)運(yùn)行期間密封裝置內(nèi)的不期望的周邊力的量。為了為與根據(jù)這些示例性實施例的帶有旋渦制動器的密封裝置相關(guān)的后續(xù)討論提供一些背景，圖2示出了其中可使用帶有旋渦制動器的這樣的密封裝置的多級離心式壓縮機(jī)6。其中，離心式壓縮機(jī)6包括殼體8，在殼體8中安裝有設(shè)有多個離心葉輪12的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)軸10。離心式壓縮機(jī)6操作以從管道入口 14得到輸入過程氣體，以便通過葉輪12 的操作加速過程氣體的粒子，以及隨后以高于其輸入壓力的輸出壓力通過出口管道16遞送過程氣體。過程氣體可以例如是二氧化碳、硫化氫、丁烷、甲烷、乙烷、丙烷、液化天然氣、 或它們的組合中的任一種。還示出了用來補(bǔ)償由葉輪12產(chǎn)生的軸向推力的平衡活塞18(也稱為平衡鼓)。密封裝置20和21 (例如迷宮密封裝置和/或蜂窩密封裝置)用來防止泄漏和保持壓力。另外，示出了平衡線路22，平衡線路22將平衡活塞18外側(cè)上的壓力保持在與過程氣體經(jīng)由管道14進(jìn)入時所處的壓力相同的水平。圖3顯示了與平衡活塞18接觸的最后的葉輪12的分解圖。箭頭示出了離心式壓縮機(jī)6中使用的過程氣體的主流向。密封裝置20和21防止(或大大減少)過程氣體從較高壓力側(cè)到較低壓力側(cè)的泄漏的量。另外，根據(jù)示例性實施例，密封裝置20和21可包括旋渦制動器(下文更詳細(xì)地對其描述)，該旋渦制動器可減少流的旋渦，例如，驅(qū)使旋渦的值趨于零，以及改進(jìn)壓縮機(jī)6的轉(zhuǎn)子動力學(xué)。根據(jù)示例性實施例，密封裝置20 (和密封裝置21)可包括旋渦制動器對，如圖4和 5中所示。圖4和5中所示的旋渦制動器M為齒形形狀，并且可由密封裝置20的基本存貨材料加工而成。圖5示出了來自圖4的分解區(qū)段A。圖5中所示的多個旋渦制動器M顯示為在加工至所需最終尺寸之前的基本齒形形式，最終尺寸根據(jù)示例性實施例在下文中更詳細(xì)地描述。箭頭26表示密封裝置20的縱向軸線，而區(qū)域32表示密封裝置20的可以是迷宮、蜂窩或袋型阻尼密封裝置段的部分。圖5中示出了旋渦制動器M的節(jié)距、長度、厚度和高度的標(biāo)記，以供參考。在考慮過程氣體的流動方向時，主流將大致平行于表面觀出現(xiàn)。 將要最小化(例如，在較高壓力區(qū)和較低壓力區(qū)之間被阻礙)的氣體流將大致平行于表面 30出現(xiàn)。根據(jù)示例性實施例，齒形旋渦制動器M可漸縮，如圖6中所示。圖6示出了定子部分(如密封裝置20)、轉(zhuǎn)子部分34(如葉輪12或平衡活塞18)、過程氣體的主流向36、穿過密封裝置的嘗試流動通道38、定子部分與旋轉(zhuǎn)部分之間的前緣間隙40和后緣間隙42。 前緣間隙40大于后緣間隙42。另外，前緣間隙40相對大于可見于常規(guī)旋渦制動器中的間隙，在常規(guī)旋渦制動器中，通常認(rèn)為增加上游間隙40會削弱旋渦控制。根據(jù)一個示例性實施例，前緣間隙40可以是后緣間隙42的大約兩倍，但可以使用其它間隙值。雖然轉(zhuǎn)子部分 ；34可以是葉輪12或平衡活塞18，但在圖6中，轉(zhuǎn)子部分34為葉輪12。對于平衡活塞18為轉(zhuǎn)子部分；34的情況，將具有與圖6中所示取向相反的取向，如從圖3中的密封裝置20和21 可見。根據(jù)示例性實施例，旋渦制動器M可被加工以減少旋渦和提高轉(zhuǎn)子動力學(xué)效率。圖7和8示出了附連到包括旋渦制動器M的密封裝置20和21的渦輪導(dǎo)流盤 (diaphragm)46。圖7和8中示出的兩種不同的取向?qū)?yīng)于圖3中的密封裝置20和21的取向。圖9中示出了圖7中顯示為區(qū)段B的旋渦制動器M的放大視圖，且現(xiàn)在將對其進(jìn)行說明。根據(jù)示例性實施例，旋渦制動器M可加工為具有如圖9中所示的形狀。各個旋渦制動器M可具有第一加工出的表面48、第二加工出的表面50和第三加工出的表面52。第一表面48是圖5中所示的表面觀的一部分。第三表面52是圖5中所示的表面30的一部分。第三表面可在其預(yù)定長度b上具有預(yù)定斜坡，該斜坡具有預(yù)定高度變化C。根據(jù)示例性實施例，斜坡的預(yù)定高度變化c可以在0-0. Imm的范圍內(nèi)，但可以使用其它高度變化范圍。 斜坡的角度顯示為α:。第二表面50將第一表面48連接到第三表面52，并且第二表面具有角度α2。根據(jù)示例性實施例，齒結(jié)構(gòu)可在離心式壓縮機(jī)的整個操作條件范圍下提供轉(zhuǎn)子動力學(xué)效率提高。根據(jù)另一個示例性實施例，與圖9中所示和以上所述類似的齒形旋渦制動器對可以在各種離心式壓縮機(jī)中使用。表面(例如表面48、50和52)的尺寸以及角度、和Ci2 的值可根據(jù)離心式壓縮機(jī)的特性、其操作條件變化，以便仍然獲得最小化的或零入口旋渦
旦雄里寺。利用根據(jù)示例性實施例的上述示例性系統(tǒng)，一種用于制造包括多個旋渦制動器的密封裝置的方法在圖10的流程圖中示出，該旋渦制動器用于減少離心式壓縮機(jī)中的入口密封旋渦。該方法包括獲得所關(guān)注的密封裝置的步驟1002 ；將該多個旋渦制動器加工成各自在密封裝置前緣上具有齒形形狀的步驟1004 ；為各個旋渦制動器加工具有第一預(yù)定長度的旋渦制動器的第一表面的步驟1006 ；為各個齒加工齒的第二表面的步驟1008，該第二表面連接到第一表面、關(guān)于該第一表面具有預(yù)定角度；以及為各個齒加工齒的第三表面的步驟1010，該第三表面從第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)，其中第三表面具有構(gòu)造成減少入口密封旋渦的第一斜坡。上述示例性實施例旨在從各方面舉例說明而不是限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明能夠在本領(lǐng)域的技術(shù)人員可從本文中所含的描述推導(dǎo)出的詳細(xì)實現(xiàn)中有許多變型。所有此類變型和修改均被認(rèn)為在由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)。例如，離心式壓縮機(jī)可以是單級壓縮機(jī)或多級壓縮機(jī)。在本申請的描述中使用的元件、動作或指令都不應(yīng)被理解為是對本發(fā)明關(guān)鍵性或必不可少的，除非明確地這樣描述。而且，如本文所用，冠詞 “一”旨在包括一個或多個項目。該書面描述使用所公開的主題的示例來使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能實施本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本主題的可獲得專利保護(hù)的范圍由權(quán)利要求所限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。這些其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種離心式壓縮機(jī)，包括 構(gòu)造成接收過程氣體的第一管道；連接到所述第一管道并構(gòu)造成壓縮所述過程氣體的葉輪，其中，所述葉輪具有外表第一密封裝置，其包括第一組多個旋渦制動器，它們構(gòu)造成具有齒形形狀以減少所述過程氣體的流在所述第一密封裝置的入口處的入口密封旋渦，其中各個旋渦制動器設(shè)置在所述第一密封裝置的前緣處且構(gòu)造成在所述第一組多個旋渦制動器和所述葉輪的所述外表面之間具有縫隙，其中各個旋渦制動器具有具有第一預(yù)定長度的第一表面、連接到所述第一表面且關(guān)于所述第一表面具有預(yù)定角度的第二表面、從所述第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)的第三表面，其中所述第三表面具有第一斜坡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心式壓縮機(jī)，其特征在于，還包括平衡活塞，其構(gòu)造成減小所述離心式壓縮機(jī)中的軸向推力；第二密封裝置，其包括第二組多個旋渦制動器，它們構(gòu)造成具有齒形形狀以減少所述過程氣體的流在所述第二密封裝置的入口處的旋渦，其中各個齒設(shè)置在所述第二密封裝置的前緣處且構(gòu)造成在所述第二組多個旋渦制動器和所述平衡活塞之間具有縫隙，其中各個齒具有具有第一預(yù)定長度的第一表面、連接到所述第一表面且關(guān)于所述第一表面具有預(yù)定角度的第二表面、以及從所述第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)的第三表面，其中所述第三表面具有第二斜坡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離心式壓縮機(jī)，其特征在于，所述斜坡具有超出所述第二預(yù)定長度0-0. Imm的范圍內(nèi)的高度變化，并且前緣間隙與后緣間隙之間的比率基本為2。
4.一種包括多個用于減少入口旋渦的旋渦制動器的密封裝置，所述旋渦制動器包括各自構(gòu)造成具有齒形形狀的所述多個旋渦制動器，它們設(shè)置在密封裝置的前緣處且構(gòu)造成在所述多個旋渦制動器和旋轉(zhuǎn)部分的外表面之間具有縫隙，其中各個齒具有具有第一預(yù)定長度的第一表面、連接到所述第一表面且關(guān)于所述第一表面具有預(yù)定角度的第二表面、從所述第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)的第三表面，其中所述第三表面具有斜坡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋渦制動器，其特征在于，所述斜坡具有超出所述第二預(yù)定長度0-0. Imm的范圍內(nèi)的高度變化，并且前緣間隙與后緣間隙之間的比率基本為2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋渦制動器，其特征在于，所述第二密封裝置是迷宮密封裝置、蜂窩密封裝置或袋型阻尼密封裝置中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋渦制動器，其特征在于，所述密封裝置設(shè)置在葉輪進(jìn)口處。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋渦制動器，其特征在于，所述密封裝置設(shè)置在平衡活塞處。
9.一種用于制造包括多個旋渦制動器的密封裝置的方法，所述多個旋渦制動器用于減少離心式壓縮機(jī)中的入口密封旋渦，所述方法包括獲得所關(guān)注的所述密封裝置；將所述多個旋渦制動器加工成各自在所述密封裝置的前緣上具有齒形形狀；為各個旋渦制動器加工具有第一預(yù)定長度的旋渦制動器的第一表面； 為各個齒加工所述齒的第二表面，所述第二表面連接到所述第一表面、關(guān)于所述第一表面具有預(yù)定角度；以及為各個齒加工所述齒的第三表面，所述第三表面從所述第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)，其中所述第三表面具有構(gòu)造成減少入口密封旋渦的第一斜坡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括 在表面上加工第二斜坡，使得旋渦制動器構(gòu)造成用于組裝在壓縮機(jī)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于旋渦制動器斜坡形成的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法提供了帶有用來減少入口旋渦的旋渦制動器的密封裝置。該旋渦制動器包括各自構(gòu)造成具有齒形形狀的多個旋渦制動器，它們設(shè)置在密封裝置的前緣處且構(gòu)造成在該多個旋渦制動器和旋轉(zhuǎn)部分的外表面之間具有縫隙，其中各個齒具有具有第一預(yù)定長度的第一表面、連接到第一表面且關(guān)于第一表面具有預(yù)定角度的第二表面、從第二表面的端部延伸至具有第二預(yù)定長度的密封裝置段的起點(diǎn)的第三表面，其中第三表面具有斜坡。
文檔編號F04D29/08GK102588301SQ20111046272
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者G·文尼尼, L·納爾迪 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司