專利名稱：設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種離心壓縮機(jī)，尤其是一種設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
目前轉(zhuǎn)子失穩(wěn)通常是指當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后處于臨界狀態(tài)，這時如果遇到微小的擾動，就有可能使得轉(zhuǎn)子振動突然加劇，引起跳車的一種故障。自上個世紀(jì)60年代以來，隨著離心壓縮機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速的升高，一些在低速、小功率下表現(xiàn)較弱的問題逐漸變得越來越突出，其中穩(wěn)定性問題顯的尤為顯著。在最近的幾十年來，雖然工程界和科技界都對壓縮機(jī)的穩(wěn)定性給予了高度的關(guān)注，但是壓縮機(jī)失穩(wěn)的案例還是時有發(fā)生。這種故障時一種比較頑固的故障，一旦出現(xiàn)就需要對機(jī)組做大的改造。在目前的工程應(yīng)用中，對于解決失穩(wěn)問題通常有兩個技術(shù)難點(diǎn)，其一是在運(yùn)行中或者通過一次跳車的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確的診斷預(yù)測出故障的類型以及原因。同樣的振動突然增大現(xiàn)象有可能是由于動靜部件之間的碰磨、轉(zhuǎn)子上某些部件的脫落、轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)等。如何從這些現(xiàn)象中及早的判斷出原因?qū)τ谧畲蟪潭鹊慕档凸收蠋淼膿p失是非常有必要的。第二個技術(shù)難點(diǎn)是如何制定相應(yīng)的解決方案，以節(jié)約時間的方式解決失穩(wěn)問題。失穩(wěn)可能是由于軸承引起的，或者通過僅修改軸承的結(jié)構(gòu)就可以解決問題，或者有必要修改轉(zhuǎn)子上的迷宮密封的結(jié)構(gòu)等。通過開發(fā)一種判別技術(shù)，能夠準(zhǔn)確的對修改方案進(jìn)行評定，從事實現(xiàn)故障快速消除的目的。在這種故障的處理上，雖然世界上各個壓縮機(jī)廠商都曾經(jīng)做出過努力，例如美國最大的壓縮機(jī)公司Dresser-Rand在平衡盤上采用圓孔式阻尼密封、日本三菱在推力盤外側(cè)增加阻尼環(huán)、Elliot公司宣稱通過增大轉(zhuǎn)子的軸徑來提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。關(guān)于失穩(wěn)故障，從力學(xué)機(jī)理上講就是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)了負(fù)阻尼。通常在振動中的阻尼為正的，即隨著振動過程的持續(xù)，阻尼的作用是耗散能量，這樣振動會越來越小。而負(fù)阻尼意味著這種阻尼給轉(zhuǎn)子注入能量，振動會隨著時間的延長而不斷加劇。在離心壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，同時存在正阻尼和負(fù)阻尼。在較低的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子正阻尼占主導(dǎo)，因此轉(zhuǎn)子表現(xiàn)的比較穩(wěn)定。而隨著轉(zhuǎn)速的升高和功率的加大，正負(fù)阻尼幾乎相互抵消，此時的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)速再次升高，負(fù)阻尼超過正阻尼而占主導(dǎo)地位，當(dāng)出現(xiàn)小擾動時，振動不再回到原來的位置，而成為發(fā)散裝，這樣振動在短時間內(nèi)急劇增大，便產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)。轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性問題近年來越來越受到廣大壓縮機(jī)制造廠商和壓縮機(jī)用戶的關(guān)注。 對失穩(wěn)故障的診斷目前是僅僅從振動的頻譜和振動的趨勢分析加以判別的。從振動特征上來講，失穩(wěn)振動的頻譜為0. 4 0. 5倍頻成分占主導(dǎo)。而從振動趨勢分析來講，這種故障是隨著三個工況參數(shù)變化的1)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速升高，壓縮機(jī)有可能發(fā)生失穩(wěn)；幻壓比； 壓比升高，壓縮機(jī)容易失穩(wěn)；幻氣體組分；氣體密度增大，壓縮機(jī)有可能失穩(wěn)。那么從故障診斷的角度講，如果壓縮機(jī)故障前振動的低頻分量很小，而由于上述三個工況參數(shù)的變化導(dǎo)致的低頻分量的突然增大，這種故障就很可能是轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)故障。遺憾的是，目前的故障診斷系統(tǒng)，是把機(jī)械參數(shù)和工況參數(shù)分開的，即只考慮了振動參數(shù)，而沒有考慮工況參數(shù)。 在做報警值設(shè)定時，很少將工藝參數(shù)同振動參數(shù)綜合起來考慮，從而往往由于工藝參數(shù)的波動而導(dǎo)致故障。近幾十年來，針對失穩(wěn)問題的眾多解決方案就是針對上述對失穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識，從三個方面展開。一是提高正阻尼；而是降低負(fù)阻尼、三是提高失穩(wěn)的臨界。在這三種方法的基礎(chǔ)上，還誕生出他們兩兩相組合的方法。對于第一種方法有代表性的技術(shù)是采用擠壓油膜阻尼器和阻尼環(huán)。一種在可傾瓦止推軸承外面串聯(lián)一個擠壓油膜阻尼器的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于振動而使得轉(zhuǎn)子持續(xù)反復(fù)的擠壓結(jié)構(gòu)，使得這些結(jié)構(gòu)之間小間隙內(nèi)的流體流入和流出，此時由于流體的粘性而耗散能量。通過這種方式，向轉(zhuǎn)子內(nèi)引入了阻尼。但是這種方案適合在設(shè)計階段采用。 對于一個已經(jīng)制造好的機(jī)組，如果采用這種技術(shù)，就需要增加軸承座的尺寸。這些改動在現(xiàn)場實施是很有難度的。對于有些高壓的壓縮機(jī)來說，已經(jīng)預(yù)計到轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將會發(fā)生失穩(wěn)，因此多采用這種技術(shù)。例如高速的航空發(fā)動機(jī)。另一種提高轉(zhuǎn)子正阻尼的方式，即采用阻尼軸承，這也是最早開始的解決轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的辦法。最早的壓縮機(jī)采用圓柱瓦，后來發(fā)現(xiàn)該形式的軸承由于轉(zhuǎn)子和軸承之間的間隙內(nèi)潤滑油存在過大的周向速度，該速度將會使得轉(zhuǎn)子交叉剛度和阻尼增大而主阻尼降低。后來采用刮瓦的形式制造了橢圓瓦，以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的錯口瓦、三油楔瓦，直到今天的可傾瓦。基于軸承摩擦與潤滑的機(jī)理，近年來還開發(fā)出多種用以提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的軸承，例如Bently公司提出的動靜壓結(jié)合軸承，根據(jù)他們公司的宣傳材料，這種軸承能夠從根本上解決轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)問題，但是到目前為止還沒有工業(yè)應(yīng)用的案例。第二種目前可以用于提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的方法就是努力的降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的負(fù)阻尼。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的負(fù)阻尼主要來源于軸承(在采用可傾瓦軸承后，這種情況已經(jīng)基本消除)、 密封及葉輪。其根源是旋轉(zhuǎn)部件同靜止部件之間的小間隙內(nèi)存在流體的周向流動。這種流體的周向流動，使得其周圍的壓力不均勻分布，從而產(chǎn)生了交叉剛度。當(dāng)交叉剛度產(chǎn)生的力超過了阻尼力的時候，這種剛度就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。除此之外的第二種解決方案就是提高失穩(wěn)的臨界。通常的做法是增大轉(zhuǎn)子的直徑，或者減小轉(zhuǎn)子的跨距。因為理論研究結(jié)果表明，失穩(wěn)振動只有當(dāng)轉(zhuǎn)速超過二倍的一階臨界時才會發(fā)生，只要提高一階臨界轉(zhuǎn)速，就可以提高失穩(wěn)轉(zhuǎn)速。但是通常增大轉(zhuǎn)子的直徑要么會使得壓縮機(jī)的造價更加昂貴，要么是以犧牲壓縮機(jī)的效率為代價。減小跨距雖然可以提高失穩(wěn)轉(zhuǎn)速，但是這個要受到很多約束，因此還是非常有局限性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種盡量降低密封間隙內(nèi)的流體的軸向速度，可以使壓縮機(jī)的穩(wěn)定性顯著提高的設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案一種設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，包括殼體，以及設(shè)置于殼體內(nèi)轉(zhuǎn)子中間的平衡盤和離心葉輪，所述平衡盤與離心壓縮機(jī)殼體之間的間隙處或者離心葉輪口環(huán)與隔板的間隙處分別采用阻尼密封，所述阻尼密封安裝在靜子(為壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中靜止不動部分) 上，在平衡盤和離心葉輪口環(huán)上均設(shè)有迷宮密封齒。[0015]所述阻尼密封采用鋁與鋁合金材料或者銅與銅合金材料整體加工成型，該阻尼密封的內(nèi)表面上設(shè)有若干正六邊形沉孔；所述阻尼密封的一側(cè)周向上設(shè)有若干個齒，且該阻尼密封的內(nèi)表面為錐面，阻尼密封的高壓側(cè)的間隙大于阻尼密封低壓側(cè)的間隙。所述正六邊形孔的邊長在0. 8 3毫米之間，正六邊形孔的深度在3 5毫米之間，每兩個相鄰正六邊形孔之間的筋板的厚度在0. 1 0. 4毫米之間。所述齒的數(shù)目為40 60個，齒的長度在5 15毫米之間。所述錐面的錐度小于1度。所述阻尼密封的間隙為0. 1 0. 35毫米。在本實用新型中所提出的阻尼密封，不同于現(xiàn)有的蜂窩密封，本實用新型中密封采用的是銅或者鋁，密封的材料強(qiáng)度和硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于平衡盤和離心葉輪口環(huán)的材料，在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中，如果發(fā)生平衡盤或者離心葉輪口環(huán)同密封相碰摩的情況，那么密封會被首先磨損，而不損傷轉(zhuǎn)子。因此，密封的間隙可以設(shè)計得比現(xiàn)有的蜂窩密封的間隙更小。現(xiàn)有的蜂窩密封需要將蜂窩帶和密封體焊接起來，這樣會帶來較大的焊接殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力的釋放，會使得密封變形，從而導(dǎo)致原先圓形的密封變成橢圓形，致密封間隙周向不均勻， 而本實用新型中的密封由于采用了整體冷加工成型，消除了焊接殘余應(yīng)力。本實用新型中，在阻尼密封內(nèi)表面開沉孔是為了增大流體流經(jīng)內(nèi)表面時，受到更大的摩擦阻力。采用六角形孔是為了在保證強(qiáng)度的同時，最大限度的增大開孔區(qū)域的面積。六邊形沉孔的邊長過大會導(dǎo)致它所產(chǎn)生的摩擦阻尼過小，六邊形沉孔的邊長過小會導(dǎo)致它的加工成本過高，因此取本實用新型中的技術(shù)參數(shù)范圍。齒起流體導(dǎo)向作用，即盡可能使得進(jìn)入密封的流體為軸向流動。齒越長，導(dǎo)流效果就越好。但是齒長過長會沒有空間，太短會沒有導(dǎo)流效果，本實用新型中的齒參數(shù)相對比較合理。齒的軸向數(shù)目的選取，也是為了保證導(dǎo)流效果。錐面是為了保證密封在受壓變形后，能保證密封間隙在軸線方向上仍能保證均勻。間隙的參數(shù)選取是為了保證密封效果，太小的密封間隙，太容易導(dǎo)致密封同平衡盤或者離心葉輪口環(huán)發(fā)生碰摩，密封間隙過大，會達(dá)不到密封的效果，固取本實用新型中的間隙范圍。理論上來將，筋板的厚度要盡可能的薄，這樣密封效果會更好。但是過薄的筋板將會降低其耐壓能力，過厚的筋板會大大的降低它的密封效果。因此，本實用新型中根據(jù)密封的壓力的不同，取0. 1 0.4毫米的厚度。當(dāng)氣體從高壓側(cè)經(jīng)過平衡盤和殼體之間的間隙以及流過葉輪口環(huán)和隔板之間的間隙時，由于轉(zhuǎn)子和葉輪的旋轉(zhuǎn)，間隙內(nèi)的流體將會產(chǎn)生一定的周向速度，這種軸向速度越大，對離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性的影響就會越大。本實用新型的目的就是盡量降低密封間隙內(nèi)的流體的軸向速度。本實用新型與現(xiàn)有的壓縮機(jī)中采用的蜂窩密封有相似之處，但是蜂窩密封是采用焊接成型的，這種成型方式會帶來很大的焊接殘余應(yīng)力，在將密封環(huán)切開后，由于應(yīng)力的釋放，會導(dǎo)致密封環(huán)的大變形；另一方面，蜂窩密封是用哈氏合金制造的，比較硬，如果和轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩，將會損傷轉(zhuǎn)子?？v上兩方面的因素，蜂窩密封的間隙都相對的較大。然而，本實用新型中的阻尼密封采用整體冷加工的有色金屬軟材料密封，解決了以上存在的難題，可以使得壓縮機(jī)的穩(wěn)定性顯著的提高。采用這種密封的離心式壓縮機(jī)，其密封間隙內(nèi)的流體周向速度比采用一般迷宮密封的壓縮機(jī)低，可以有效的降低密封內(nèi)的流體對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的擾動，給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)輸入較高的阻尼，提高壓縮機(jī)的穩(wěn)定性。

圖1為現(xiàn)有的背靠背型的離心壓縮機(jī)平衡盤及其密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型中的平衡盤處的阻尼汽封的示意圖和局部放大圖；其中，1-離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；2-第一定距套；3-離心葉輪；4-阻尼密封；6-第二定距套；7-平衡盤，8.正六邊形沉孔，9.齒。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，其包括離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子1、第一定距套2、離心葉輪3、隔板及平衡盤阻尼密封4、第二定距套6、平衡盤7。平衡盤7位于離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子1的中間，在平衡盤7和壓縮機(jī)殼體之間的間隙處或者離心葉輪3的口環(huán)與壓縮機(jī)隔板的間隙處分別采用阻尼密封4，所述阻尼密封4安裝在靜子(為壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中靜止不動部分)上。在平衡盤7上，可以裝有迷宮密封齒，也可以是平滑的。在本實用新型中，如圖2所示，阻尼密封采用有色金屬整體加工成型的，其目的是增強(qiáng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所述阻尼密封4采用鋁與鋁合金材料或者銅與銅合金材料整體加工成型，該阻尼密封4的內(nèi)表面上設(shè)有若干正六邊形沉孔8 ；所述阻尼密封4的一側(cè)周向上設(shè)有若干個齒 9，且該阻尼密封4的內(nèi)表面為錐面，阻尼密封4的高壓側(cè)的間隙大于阻尼密封低壓側(cè)的間隙。所述正六邊形孔8的邊長在0. 8 3毫米之間，孔的深度在3 5毫米之間，每兩個相鄰正六邊形孔8之間的筋板的厚度在0. 1 0. 4毫米之間。所述齒9的數(shù)目為40 60個，齒9的長度在5 15毫米之間。所述錐面的錐度小于1度。所述阻尼密封4的間隙為0. 1 0. 35毫米。在本實用新型中所提出的阻尼密封4，不同于現(xiàn)有的蜂窩密封，本實用新型中密封 4采用的是銅或者鋁，密封的材料強(qiáng)度和硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于平衡盤和離心葉輪口環(huán)的材料，在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中，如果發(fā)生平衡盤7或者離心葉輪3的口環(huán)同密封相碰摩的情況，那么密封會被首先磨損，而不損傷轉(zhuǎn)子。因此，密封的間隙可以設(shè)計得比現(xiàn)有的蜂窩密封的間隙更小。 現(xiàn)有的蜂窩密封需要將蜂窩帶和密封體焊接起來，這樣會帶來較大的焊接殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力的釋放，會使得密封變形，從而導(dǎo)致原先圓形的密封變成橢圓形，致密封間隙周向不均勻，而本實用新型中的密封由于采用了整體冷加工成型，消除了焊接殘余應(yīng)力。本實用新型中，在阻尼密封4內(nèi)表面開沉孔是為了增大流體流經(jīng)內(nèi)表面時，受到更大的摩擦阻力。采用六角形沉孔8是為了在保證強(qiáng)度的同時，最大限度的增大開孔區(qū)域的面積。六邊形沉孔的邊長過大會導(dǎo)致它所產(chǎn)生的摩擦阻尼過小，六邊形沉孔8的邊長過小會導(dǎo)致它的加工成本過高，因此取本實用新型中的技術(shù)參數(shù)范圍。齒9起流體導(dǎo)向作用， 即盡可能使得進(jìn)入密封的流體為軸向流動。齒越長，導(dǎo)流效果就越好。但是齒9長過長會沒有空間，太短會沒有導(dǎo)流效果，本實用新型中的齒參數(shù)相對比較合理。齒9的軸向數(shù)目的選取，也是為了保證導(dǎo)流效果。錐面是為了保證密封在受壓變形后，能保證密封間隙在軸線方向上仍能保證均勻。間隙的參數(shù)選取是為了保證密封效果，太小的密封間隙，太容易導(dǎo)致密封同平衡盤或者離心葉輪口環(huán)發(fā)生碰摩，密封間隙過大，會達(dá)不到密封的效果，固取本實用新型中的間隙范圍。 理論上來將，筋板的厚度要盡可能的薄，這樣密封效果會更好。但是過薄的筋板將會降低其耐壓能力，過厚的筋板會大大的降低它的密封效果。因此，本實用新型中根據(jù)密封的壓力的不同，取0. 1 0.4毫米的厚度。
權(quán)利要求1.一種設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，包括殼體，以及設(shè)置于殼體內(nèi)轉(zhuǎn)子中間的平衡盤和離心葉輪，其特征在于所述平衡盤與離心壓縮機(jī)殼體之間的間隙處或者離心葉輪口環(huán)與隔板的間隙處分別采用阻尼密封，所述阻尼密封安裝在靜子上，在平衡盤和離心葉輪口環(huán)上均設(shè)有迷宮密封齒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，其特征在于所述阻尼密封采用鋁與鋁合金材料或者銅與銅合金材料整體加工成型，該阻尼密封的內(nèi)表面上設(shè)有若干正六邊形沉孔；所述阻尼密封的一側(cè)周向上設(shè)有若干個齒，且該阻尼密封的內(nèi)表面為錐面，阻尼密封的高壓側(cè)的間隙大于阻尼密封低壓側(cè)的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，其特征在于所述正六邊形孔的邊長在0. 8 3毫米之間，正六邊形孔的深度在3 5毫米之間，每兩個相鄰正六邊形孔之間的筋板的厚度在0. 1 0. 4毫米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，其特征在于所述齒的數(shù)目為 40 60個，齒的長度在5 15毫米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，其特征在于所述錐面的錐度小于1度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，其特征在于所述阻尼密封的間隙為0. 1 0. 35毫米。
專利摘要本實用新型涉及一種設(shè)有阻尼密封的離心壓縮機(jī)，在平衡盤處和葉輪口環(huán)處采用阻尼密封，所述阻尼密封采用鋁與鋁合金材料或者銅與銅合金材料整體加工成型，該阻尼密封的內(nèi)表面上設(shè)有若干正六邊形沉孔；所述阻尼密封的一側(cè)周向上設(shè)有若干個齒，且該阻尼密封的內(nèi)表面為錐面，阻尼密封的高壓側(cè)的間隙大于阻尼密封低壓側(cè)的間隙。采用這種密封的離心式壓縮機(jī)，其密封間隙內(nèi)的流體周向速度比采用一般迷宮密封的壓縮機(jī)低，可以有效的降低密封內(nèi)的流體對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的擾動，給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)輸入較高的阻尼，提高壓縮機(jī)的穩(wěn)定性。
文檔編號F04D29/08GK202157993SQ201120227600
公開日2012年3月7日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者孫淑杰, 張永祥, 張濤, 楊貴州, 王維民, 芮勝波, 顏芳 申請人:兗礦魯南化肥廠, 北京化工大學(xué)