[发明专利]用于离心压缩机的动态推力平衡

说明书

技术领域

本发明大体上涉及离心压缩机，并且更具体而言涉及在这种压缩机中平衡推力。

背景技术

压缩机是一种通过使用机械能来增加诸如气体的可压缩流体的压力的机器。压缩机用于许多不同应用，包括作为燃气涡轮发动机的初始级来操作。而燃气涡轮发动机本身用于大量工业过程中，包括功率生成、天然气液化和其它过程。在用于这些过程和过程设施中的各种类型的压缩机中存在所谓的离心压缩机，其中，机械能例如通过使气体所行进通过的离心叶轮或转子旋转而经由使气体粒子加速的离心加速作用于到压缩机的气体输入。

离心压缩机可装配有单个转子，即单级构型，或者带有串联的多个转子，在这种情况下，压缩机常常被称为多级压缩机。离心压缩机的每一级通常包括用于待被压缩的气体的入口管道、能够为输入气体提供动能的转子以及将离开转子的气体的动能转化为压力能的出口管。

多级离心压缩机在转子上经受轴向推力，该轴向推力由跨级的压差和从水平方向转到竖直方向的气体动量变化造成。该轴向推力通常由平衡活塞和轴向推力轴承补偿。由于轴向推力轴承不能加载整个转子推力，因此平衡活塞被设计成补偿大部分推力，从而使轴承处理任何剩余的残余推力。平衡活塞通常被实施为旋转盘或鼓，其装配到压缩机轴上，使得平衡盘或鼓的每一侧在操作期间经受不同的压力。平衡活塞的直径被选择为具有期望的轴向负载以避免其残余负载使轴向轴承过载。常规油润滑轴承通常被设计成耐受预期在例如喘振的异常条件期间发生的最大残余轴向推力的大约四倍的轴向推力。

然而，当在压缩机操作期间气体条件变化时，由平衡活塞提供的补偿可能不足以避免轴承过载。实际上一些类型的离心压缩机比其它更可能经历这样的气体条件改变，例如在用于采用并行操作的多级离心压缩机的气体存储应用中，其中在压缩机的第一与第二部段之间的与流量系数差值有关的轴向推力的差值可能不容易被平衡活塞补偿。因此，常规油润滑轴承通常被设计成耐受预期在例如喘振的异常条件期间发生的最大残余轴向推力的大约四倍的轴向推力。

另一个最近的发展涉及用主动磁轴承(AMB)替代常规油润滑轴承作为用于压缩机轴的轴向（和径向）可旋转支承件。AMB基于电磁原理运转以控制在压缩机内的轴向和径向位移。简而言之，AMB包括由功率放大器驱动的电磁体，功率放大器根据指示在装置内部的压缩机转子的位移的反馈信号来调节进入电磁体的线圈的电压（和因此的电流）。AMB具有其不需要油作为润滑剂的期望属性，从而减少压缩机系统的整体维护并潜在地消除在叶轮与轴承之间提供密封的需求。然而，AMB还具有不能够处理与常规油润滑轴承一样多的轴向推力的缺点。

因此，期望设计和提供用于在这种压缩机中的动态推力平衡的方法和系统，其克服了现有平衡系统的上述缺点。

发明内容

示例性实施例涉及用于动态平衡离心压缩机中的轴向负载以减少在其中所使用的轴承上的残余轴向负载的系统和方法。传感器或探针检测与作用在轴承上的轴向负载相关联的参数。基于所检测到的参数，控制平衡室中的压力以调整由平衡鼓所产生的补偿的轴向力。根据本文所述的示例性实施例的优点包括例如在不同操作条件下作用在轴承上的残余轴向力的减小。然而，本领域的技术人员将会理解，这样的优点不应被解释为对本发明的限制，除了其在一个或多个所附权利要求中明确阐述的程度以外。

根据示例性实施例，离心压缩机包括：转子组件，其包括至少一个叶轮；轴承，其连接到转子组件且用于可旋转地支承转子组件；定子；平衡鼓，其设置在所述至少一个叶轮与所述轴承之间；平衡室，其至少部分地由所述平衡鼓的外侧限定并具有连接到其的平衡管路；传感器，其用于感测与在所述轴承上的轴向负载相关联的参数；和控制阀，其用于基于感测到的参数改变平衡室内的压力。

根据另一个示例性实施例，一种用于动态地平衡作用在离心压缩机中的轴承上的轴向负载的方法包括以下步骤：检测与轴向负载相关联的参数；以及基于检测到的参数控制邻近压缩机内的平衡鼓的平衡室内的压力，以动态平衡作用在轴承上的轴向负载。

附图说明

附图示出示例性实施例，在附图中：

图1是根据示例性实施例可设有动态平衡机构的多级式离心压缩机的示意图；

图2示出离心压缩机的静态轴向负载平衡；

图3示出根据示例性实施例的离心压缩机的动态轴向负载平衡；以及

图4是示出根据示例性实施例的用于动态负载平衡的方法的流程图。

具体实施方式