[发明专利]多级离心涡轮机

说明书

技术领域

本发明是涉及多级离心涡轮机，并且涉及用于多级离心涡轮机中的离心叶轮以供尤其（但不排他）用于油气应用。

背景技术

离心涡轮机是这样的转动机器：其中将机械能在工作流体与包括至少一个离心叶轮的转动组件之间进行传递。在油气应用中，在流体通常是气态流体的情况下，离心涡轮机包括了压缩机和膨胀机。压缩机是涡轮机，其是通过使用机械能来增加气态流体压力。膨胀机是涡轮机，其借助一个或多个叶轮中的流体膨胀使用工作气态流体的压力来使机械功在转动组件的轴上产生。

在不可压缩流体、例如水中，离心涡轮机包括泵和涡轮，它们在流体与叶轮之间分别以类似于压缩机和膨胀机的方式传递能量。

通常，在所有情况中，工作流体通过在离心叶轮中沿着径向向外方向流动来与离心机器交换能量，所述径向向外方向从叶片的转动轴到叶轮外围周向边缘定向。

具体来说，压缩机式涡轮机中的离心叶轮将驱动涡轮机的电机所供应的机械能传递到通过加速离心叶轮中的流体来压缩的工作气态流体。当流体的向外移动由扩散器和机器壳体限制时，将叶轮所施予至工作流体的动能转换成压力能量。

离心涡轮机常常在其配备有单个叶轮时称作单级涡轮机，或者在其配备有多个串联叶轮时称作多级离心涡轮机。

多级离心压缩机100的现有技术实施例以总体截面视图在图1中示出。

多级离心压缩机100在输入压力与高于所述输入压力的输出压力之间操作过程气体。过程气体例如可为二氧化碳、硫化氢、丁烷、甲烷、乙烷、丙烷、液化天然气中任何一个，或其组合。

压缩机100包括定子102，包括轴104的转动组件103安装在定子内，所述转动组件携载经串联的多个相同叶轮（在图1的实施例中为三个叶轮110、111、112）。轴104沿着压缩机100的转动轴Y延伸，具有从第一叶轮110至最后一个叶轮112来测量的轴向翼展A。

每个叶轮110、111、112具有典型封闭设计配置，其包括了紧密包围轴104的叶轮轮毂113和在后部叶轮圆盘123与前防护罩119之间延伸的多个转动叶片108。叶轮圆盘123包括：前侧124，所述前侧支撑多个转动叶片108；以及与前侧124相对的后侧125。每个叶轮110、111、112分别包括由前防护罩109上的叶轮入口115限定的低压入口侧110a、111a、112a和由叶轮110、111、112的外围边缘限定的高压出口侧110b、111b、112b。

多级压缩机100被划分成多个级107a、b、c（在图1的实施例中为三级），每级107a、b、c包括多个叶轮110、111、112中的相应叶轮。在第一与第二级107a、b之间，定子102包括通路105以供过程气体从第一叶轮110的出口侧110流至第二叶轮111的入口侧111a。通路105包括出口侧110下游处的扩散器126、入口侧111a上游处的返回通道128以及连接扩散器126与返回通道128的U形弯管127。多个定子叶片115设在返回通道128中，以将过程流体朝着第二叶轮111的入口侧111a引导。沿着与转动轴Y正交的第一径向向外方向引导在扩散器126中流动的过程气体，同时沿着朝转动轴Y定向的第二径向向内方向引导在返回通道128中流动的气体，弯管127提供气流的180°偏转。

类似地是，与通路105相同的通路设在定子102中，以供同一过程气体从第二叶轮111的出口侧111b流至第三叶轮112的入口侧112a。

通路105设在隔板118中，所述隔板在定子102中从串联叶轮110、111、112中的一个叶轮延伸至下一叶轮。隔板118包括第一部分138，所述第一部分从扩散器126和叶轮圆盘123的后侧125轴向、即沿着平行于转动轴Y的轴向方向延伸至返回通道128，并且在轴102与弯管127之间径向、即沿着与转动轴Y正交的径向方向延伸。密封件130设在隔板118的第一部分138之间间隙131中，用以防止过程气体通过间隙131泄漏。隔板118包括第二部分139，所述第二部分从返回通道128轴向延伸至多个级107a、b、c的下一级。迷宫型的叶轮入口密封件140设在每个离心叶轮110、111、112的前防护罩119的叶轮入口与隔板118的相应部分139之间，以便防止流体在每个叶轮110、111、112与相应部分139之间间隔中泄漏出来、从叶轮的高压出口侧泄漏至其低压入口侧。

期望的是，尽可能地减小轴向翼展A，以便减小总体大小、重量并且因此减小涡轮机成本。另外，轴向翼展减小将会导致经改进的转子动态行为，从而改进转动组件的稳定性，这取决于轴向大小与径向大小之间的比率。