具有平衡功能的离心式压缩机

技术领域

本发明涉及离心式压缩机，具体涉及一种具有平衡功能的离心式压缩机。

背景技术

壳体(有时也称蜗壳)是离心式压缩机必不可少的关键部件，主要用于包容压缩机的工作介质(气体)，并将其按照一定的方向送出压缩机。相比于叶轮、主轴等旋转部件，壳体在运行过程中一直处于静止状态，属于压缩机的静子部件之一。压缩机壳体通常通过螺栓安装在压缩机底座或支撑架上，在有些型式的压缩机上，壳体通过螺栓安装在轴承座或齿轮箱上。

由于离心式压缩机一般在制造厂内进行第一次装配，日常检修完成后一般在使用者现场组装，其安装温度一般为环境温度，即在-40℃～+40℃范围内。但是压缩机的运行工况因机组参数不同，差异非常大，有些介质气体温度近百摄氏度以及上百摄氏度(或者低温至零下上百摄氏度)，所以安装状态和使用状态不可避免地存在一定的温度差。压缩机壳体与气体介质直接接触，其温度场直接受工作介质温度的影响。如果不对压缩机壳体的膨胀方向进行限定，那么在壳体发生热态膨胀(或低温收缩)时(尤其是一些高温、低温机组)，壳体的膨胀具有任意性，这会使得壳体的中心发生偏移，进而导致转子部件与壳体以及壳体上安装部件的同心度发生不可控的变化，轻者会使密封部件偏磨或失效，严重者动静件擦碰，引起安全事故。

目前常见的做法是在壳体与连接部件之间设计定位销或圆周方向的止口，但这两种方法都存在缺陷。定位销的设计初衷是通过销与销孔的紧配，限定壳体的中心。但对于一些高温或低温机组，壳体的膨胀是不可避免且不可能完全限制的，所以有现场出现过高温机组膨胀后将定位销切断的事故发生。在圆周方向设置止口，在设计和实际中存在矛盾性，对于高温/低温机组，由于膨胀差比较大，所以止口的间隙需要比较大，这样失去了对壳体中心的控制。所以会出现压缩机初次运行良好，一旦停机，中心不能复位，同心度产生较大偏差的现象。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种具有平衡功能的离心式压缩机，该离心式压缩机能够限定壳体的膨胀方向，使壳体中心基本不变，进而保持壳体与压缩机转子的同心度一直处于良好状态，提高了机组的运行安全性。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有平衡功能的离心式压缩机，包括连接部件以及固定于该连接部件的壳体，所述壳体内设有与壳体同轴布置的压缩机转子，所述连接部件与壳体之间沿壳体的圆周方向设有若干键组，每个键组中至少包括一个键，键组中的键能够将壳体的膨胀或收缩方向限定在壳体的径向方向且在膨胀或收缩过程中壳体的中心轴线保持不变。

优选地，所述键的一部分固定于壳体，所述连接部件上设有与该键相匹配的键槽，键的另一部分插紧于该键槽内；或者所述键的一部分固定于连接部件，所述壳体上设有与该键相匹配的键槽，键的另一部分插紧于该键槽内，所述键通过至少两个定位销或一个螺丝紧固连接于壳体或连接部件上。

优选地，所述壳体上至少设有三个键组，且同一键组中的键处于壳体相同的圆周方向，而每个键组处于壳体不同的圆周方向。

优选地，所述键为普通平键，该平键垂直地安装于壳体和连接部件内，所述平键的水平方向截面为长圆形结构，所述平键具有相互平行的第一上表面和第一下表面、相互平行的第一前表面和第一后表面，所述第一上表面与第一前表面垂直布置，安装时，所述第一上表面贴于壳体内、第一下表面贴合于连接部件内、第一前表面和第一后表面皆同时贴合于壳体和连接部件内，其中第一前表面和第一后表面为两个对应的工作面。

优选地，所述键为异形键，所述异形键包括相互连接且错位的上结合部和下结合部，且将上结合部和下结合部之间的相互结合的水平面称之为结合面，所述上结合部和下结合部的水平方向截面皆为长圆形结构，所述上结合部包括相互平行的第二上表面和结合面、相互平行的第二前表面和第二后表面，且结合面与第二前表面垂直布置，所述下结合部包括相互平行的结合面和第二下表面、相互平行的第三前表面和第三后表面，且结合面与第三前表面垂直布置，安装时，上结合部垂直安装于壳体内，下结合部垂直安装于连接部件内，其中第二前表面和第二后表面为两个相对的工作面，所述第三前表面和第四前表面为两个相对的工作面。

优选地，同一键组中的每个键的两个相对工作面之间且与工作面平行的中心线处于同一条直线上，且该直线的延长线与所述壳体的中心轴线相交且相互垂直，将该直线称为同心线，其中任一键组中的同心线与另一键组的同心线之间的夹角为90°或者180°，且同心线之间同时存在90°的夹角和180°的夹角。

优选地，所述壳体与连接部件之间通过若干紧固件固定连接，若干紧固件沿壳体的圆周方向均匀布置，所述连接部件为压缩机底座、压缩机支撑架、轴承座或齿轮箱。

优选地，所述连接部件为齿轮箱，所述齿轮箱包括下箱体和上箱体，所述上箱体通过紧固螺栓固定于下箱体上方，所述壳体通过紧固螺栓固定于下箱体的一侧。

优选地，所述壳体与下箱体之间设有三个键组，包括第一键组、第二键组和第三键组，且同一键组中的键处于壳体相同的圆周方向，而第一键组、第二键组和第三键组处于壳体不同的圆周方向。

优选地，所述第一键组、第二键组和第三键组皆设有一个键，所述第一键组和第二键组中的键分别位于壳体中心轴线两侧的水平面上，所述壳体的中心轴线以及壳体内的第一键组和第二键组中键的中心线皆位于该水平面内，所述第三键组中的键设于与该水平面相互垂直的竖直面上且位于壳体中心轴线的下方，所述壳体的中心轴线与壳体内的第三键组中键的中心线皆位于该竖直面上。

本发明的有益效果是：本发明包括连接部件以及固定于该连接部件的壳体，在壳体与连接部件的连接处设计多个键组，每个键组中的键并排设计，且壳体内每组键的中心点连线的延长线与壳体的中心轴线相交且相互垂直，使得在常温状态下安装的压缩机，在高温或低温状态下运行时，其壳体也只能沿着壳体的径向方向发生膨胀或收缩位移，因此壳体的中心轴线基本保持不变，进而使压缩机转子与壳体的同心度在运行工况下一直处于良好状态，提高了机组运行的安全性，同时有利于控制压缩机中密封部位间隙的均匀性，提高机组的运行效率，并且变形具有可逆性，对机组的安全、高效运行具有非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明的简示图；

图2为本发明中连接部件的简示图；

图3为本发明中平键的主视图；

图4为本发明中平键的左视图；

图5为本发明中平键的俯视图；

图6为本发明中异形键的主视图；

图7为本发明中异形键的左视图；

图8为本发明中异形键的俯视图；

图中：10-壳体，11-中心轴线，20-连接部件，21-紧固件，22-键槽，30-平键,31-第一上表面，32-第一下表面，33-第一前表面，34-第一后表面，40-异形键，41-上结合部，42-第二上表面，43-结合面，44-第二前表面，45-第二后表面，46-下结合部，47-第三下表面，48-第三前表面，49-第三后表面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

实施例：如图1-2所示，一种具有平衡功能的离心式压缩机，包括连接部件20以及固定于该连接部件的壳体10，所述壳体10内设有与壳体同轴布置的压缩机转子，所述连接部件20与壳体10之间沿壳体的圆周方向设有若干键组，每个键组中至少包括一个键，键组中的键能够将壳体10的膨胀或收缩方向限定在壳体的径向方向且在膨胀或收缩过程中壳体的中心轴线11保持不变。本发明对传统的离心式压缩机进行了改进，具体为在壳体10与连接部件20的连接处设计多个键组，每个键组中的键并排设计，且每组键的中心点连线的延长线与壳体的中心轴线相交且相互垂直，使得在常温状态下安装的压缩机，在高温或低温状态下运行时，其壳体10也只能沿着壳体的径向方向发生膨胀或收缩位移，因此壳体的中心轴线11基本保持不变，进而使压缩机转子与壳体的同心度在运行工况下一直处于良好状态，提高了机组运行的安全性，同时有利于控制压缩机中密封部位间隙的均匀性，提高机组的运行效率。

所述键的一部分固定于壳体10，所述连接部件20上设有与该键相匹配的键槽22，键的另一部分插紧于该键槽内；或者所述键的一部分固定于连接部件20，所述壳体10上设有与该键相匹配的键槽22，键的另一部分插紧于该键槽内，所述键通过至少两个定位销或一个螺丝紧固连接于壳体10或连接部件20上。其中键采用金属材料制成，将键一部分固定于壳体10或者连接部件20，而另一部分插入连接部件20或壳体10的键槽22内，因此键只限定壳体10的膨胀方向，不同于传统技术中安装的定位销，定位销是通过销与销孔的紧配，而希望完全限制壳体的膨胀，进而限定壳体的中心，但是对于一些高温或低温机组，壳体的膨胀是不可避免的且也不可能完全被限制的，从而出现定位销切断的事故发生。本发明通过设有的键将壳体无序的膨胀引导为有序膨胀，即仅沿壳体径向膨胀，但是并不限定壳体的膨胀量，因此本发明巧妙地在保证壳体释放膨胀能量的基础上，又不改变壳体的中心轴线的位置。

所述壳体10上至少设有三个键组，且同一键组中的键处于壳体相同的圆周方向，而每个键组处于壳体不同的圆周方向。更进一步地，同一键组中的键处于壳体的同一半径上，且该半径与壳体的中心轴线相互垂直。

如图3-5所示，所述键为普通平键30，该平键30垂直地安装于壳体10和连接部件20内，所述平键30的水平方向截面为长圆形结构，所述平键30具有相互平行的第一上表面31和第一下表面32、相互平行的第一前表面33和第一后表面34，所述第一上表面31与第一前表面33垂直布置，安装时，所述第一上表面31贴于壳体10内、第一下表面32贴合于连接部件20内、第一前表面33和第一后表面34皆同时贴合于壳体和连接部件内，其中第一前表面33和第一后表面34为两个对应的工作面。在安装前，操作人员会将壳体和连接部件上的键槽22预设开设好，安装时如果两个键槽22对准，则选用普通的平键即可；如图5所示，将第一前表面33与第一后表面34之间的距离定义为键宽B，则键槽22的宽度略大于键宽B，保证键在宽度方向插紧于键槽，一般键槽22的宽度大于键宽20-50μm即可。

如图6-8所示，所述键为异形键40，所述异形键40包括相互连接且错位的上结合部41和下结合部46，且将上结合部41和下结合部46之间的相互结合的水平面称之为结合面43，所述上结合部41和下结合部46的水平方向截面皆为长圆形结构，所述上结合部41包括相互平行的第二上表面42和结合面43、相互平行的第二前表面44和第二后表面45，且结合面43与第二前表面44垂直布置，所述下结合部46包括相互平行的结合面43和第二下表面47、相互平行的第三前表面48和第三后表面49，且结合面43与第三前表面48垂直布置，安装时，上结合部41垂直安装于壳体10内，下结合部46垂直安装于连接部件20内，其中第二前表面44和第二后表面45为两个相对的工作面，所述第三前表面48和第四前表面49为两个相对的工作面。安装时如果两个键槽22错开了，则选用异形键40，如图7所示，将第二前表面44与第二后表面45之间的距离定义为键宽B1，将第三前表面48与第三后表面49之间的距离定义为键宽B2，B1与B2可以相同也可以不同，其中第二前表面44与第三前表面48之间的距离取决于两个键槽错开的距离；异形键中的上结合部41和下结合部46部分重叠且两者的结构相同、中心轴线互相平行，四个工作面也相互平行，从而保证了壳体仅沿径向变形，该异形键40的设置巧妙地解决了压缩机安装时的难题，非常具有实用性。

同一键组中的每个键的两个相对工作面之间且与工作面平行的中心线处于同一条直线上，且该直线的延长线与所述壳体的中心轴线11相交且相互垂直，将该直线称为同心线，其中任一键组中的同心线与另一键组的同心线之间的夹角为90°或者180°，且同心线之间同时存在90°的夹角和180°的夹角。将多个键组按照上述的方式进行排列，进一步保证了壳体仅沿径向变形且变形后的中心轴线保持不变，更佳地，壳体上设有四个键组，且其中两个键组分别设于壳体10中心轴线左、右两侧的水平面上，另外两个键组分别设于壳体10中心轴线上、下两侧的竖直面上，也可以在水平方向设计两个键组，在垂直方向设计一个键组；或者在水平方向设计一个键组，在垂直方向设计两个键组，这样的设计，在实际操作中，便于键组的准确定位安装；当然键组之间也可以采用形成其他夹角的结构。

所述壳体10与连接部件20之间通过若干紧固件21固定连接，若干紧固件21沿壳体10的圆周方向均匀布置，所述连接部件20为压缩机底座、压缩机支撑架、轴承座或齿轮箱，所述紧固件21为紧固螺栓或卡板。

在本实施例中，所述连接部件20为齿轮箱，所述齿轮箱包括下箱体和上箱体，所述上箱体通过紧固螺栓固定于下箱体上方，所述壳体10通过紧固螺栓固定于下箱体的一侧。所述壳体10与下箱体之间设有三个键组，包括第一键组、第二键组和第三键组，且同一键组中的键处于壳体相同的圆周方向，而第一键组、第二键组和第三键组处于壳体不同的圆周方向。

所述第一键组、第二键组和第三键组皆设有一个键，所述第一键组和第二键组中的键分别位于壳体中心轴线两侧的水平面上，所述壳体的中心轴线以及壳体内的第一键组和第二键组中键的中心线皆位于该水平面内，所述第三键组中的键设于与该水平面相互垂直的竖直面上且位于壳体中心轴线的下方，所述壳体10的中心轴线与壳体内的第三键组中键的中心线皆位于该竖直面上。此为本发明的一个优选实施例，该实施例中壳体是固定于齿轮箱的下箱体的，齿轮箱上箱体是可以取下来的，在齿轮箱的下箱体与壳体之间设有三个键组，为了便于安装，将第一和第二键组设于齿轮箱的正中心的水平面上，将第三键组设于齿轮箱的正中心的竖直面上，齿轮箱的中心轴线位于该水平面与竖直面的相交处。

本发明的实际应用：

案例1：由发明人为国内某煤化工企业设计制造的离心式压缩机，介质工作温度约210℃，工作压力约4.0MP(G)，介质以一氧化碳、氢气等危险介质为主，该压缩机壳体安装在齿轮箱上，在齿轮箱与壳体之间设置了异形键，其中有两个异形键布置在水平方向，有一个异形键布置在垂直方向，全部安装在壳体上，齿轮箱对应部位开有键槽。机组在发明人工厂内冷态组装完成，试车后发往现场，现场高温工艺气运行过程中，各部件运行良好，一直平稳运行至今。相同系统的其他厂商设备，由于缺少该膨胀方向限定的键，经常出现热态运行停机后壳体偏移、密封偏磨的情况，给运行人员造成了极大的心理压力，增加了检修工作量；

案例2：由发明人为国内某化工企业设计制造的水蒸气压缩机，介质工作温度高达530℃。该机组壳体安装在底座支撑板上，在壳体与支撑板之间设置了异形键。在机组开机过程中，工作人员明确观察到了壳体在升温过程中沿异形键的键宽方向向外周膨胀了约2mm，本发明的设计初衷得到实现。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。