具有多个轴并且具有悬臂式压缩级的压缩机的制作方法

本发明涉及配备有多个压缩段的马达驱动压缩机，并且更具体地涉及压缩段的布置。

一种配备有多个压缩段的马达驱动压缩机包括壳体，该壳体包括电动马达，该电动马达安装在驱动轴上并且旨在用于驱动形成压缩线的至少一个压缩段。压缩段包括安装在驱动轴上的用于压缩气体的一个或多个压缩轮。

驱动轴由轴承保持在壳体中。

当旋转速度为高(例如，大约30000转/分钟)时，压缩段和马达一般位于两个主动磁轴承之间，使得轴悬浮。

由于压缩轴的标称旋转速度一般大于其第一弯曲模式的标称旋转速度，因此当启动和关闭电动马达时，其上有压缩段和电动马达的转子的驱动轴通过第一弯曲模式，导致轴变形。

有必要设定主动磁轴承的尺寸，以便减弱轴的动态响应。

然而，这些大磁容量轴承是针对轴的瞬态来设定尺寸的。它们价格昂贵，并且由昂贵的电子装置驱动。

包括压缩轴(其上安装有电动马达并且在轴的每个端处安装有压缩段)的高旋转速度马达驱动压缩机是现有技术已知的。主动磁轴承被布置在压缩段和电动马达之间。

压缩段是悬臂式的，以增大压缩轴的临界速度值，使得其大于电动马达的标称速度值。

主动磁轴承和电子控制装置针对马达驱动压缩机的标称操作来设定尺寸，以便减小轴承的磁容量并且因此降低轴承的成本。

然而，气体入口和出口的连接凸缘布置在螺旋桨轴的轴向方向上。

对压缩轮或电动马达的任何干预都涉及对连接到凸缘的管的拆卸。

此外，每个段包括限制轮选择的单个压缩轮。

马达驱动压缩机的压缩比和速度的变化范围较低。

对于低压应用，例如当马达驱动压缩机将气体从大气压压缩至10巴的压力和大约2000立方米/小时的低流速时，整个压缩线可包括五个压缩轮。

可参考wo2017/153387，其示出了马达驱动压缩机，其中展开轮是悬臂式的。

气体在通过单个悬臂式轮时会膨胀。

还可参考wo2015/032756，其示出了离心式压缩机，该离心式压缩机包括：压缩段，该压缩段在两个轴承之间安装在压缩轴上；以及压缩轮，该压缩轮在压缩机侧上安装在悬臂轴的自由端处并且包括受困轴承。

电动马达旨在连接到轴。

由于所有元件都安装在驱动轴上，因此轴承会受到安装在轴上的所有元件的请求，从而减小第一弯曲模式的临界速度值。

此外，受困轴承使压缩机的维护复杂化。

因此，提出了通过扩大马达驱动压缩机的操作范围来克服与轮的受限选择相关联的缺点并且便于马达驱动压缩机的维护，同时允许以小于第一弯曲模式的临界速度的标称旋转速度进行操作。

鉴于上述情况，提出了一种具有多个压缩段的马达驱动压缩机，该马达驱动压缩机包括：

-至少一个壳体，

-至少两个传动轴，该至少两个传动轴由至少两个轴承以旋转方式支撑在壳体中；

-柔性联接装置，该柔性联接装置连接驱动轴；

-电动马达，该电动马达安装在所述至少两个驱动轴中的第一压缩轴上；和

-至少两个压缩段。

所述至少两个压缩段中的第一压缩段悬臂式安装在所述至少两个驱动轴中的第一压缩轴的自由端处，并且第二压缩段安装在所述至少两个驱动轴中的第二压缩轴上的两个轴承之间。

优选地，第一压缩轴具有第一自由端并且由第一对轴承可旋转地支撑。

有利地，第二压缩轴具有第二自由端并且由第二对轴承可旋转地支撑。

根据一个特征，柔性联接装置连接到第一压缩轴和第二驱动轴。

优选地，第一压缩段悬臂式安装到第一驱动轴的自由端。

有利地，第二压缩段安装在第二驱动轴的第二对轴承之间。

根据另一特征，马达驱动压缩机还包括：

-一个或多个附加压缩段，该一个或多个附加压缩段安装在第二压缩轴上；和

-轴承，该轴承将所述附加压缩段与相邻压缩段分离。

优选地，马达驱动压缩机还包括：

-第三压缩轴，该第三压缩轴由至少两个轴承可旋转地支撑在壳体中；和

-第二柔性联接装置，该第二柔性联接装置将第三轴连接到第二压缩轴的第二自由端；和

-至少一个附加压缩段，该至少一个附加压缩段在两个轴承之间安装在第三轴上。

有利地，第二柔性联接装置连接到第二压缩轴和第三驱动轴。

根据另一特征，第三压缩轴包括第三自由端并且由第三对轴承可旋转地支撑。

优选地，每个压缩段包括至少一个压缩轮。

有利地，悬臂式压缩段包括两个压缩轮。

优选地，每个压缩段包括：

-入口凸缘；和

-出口凸缘，

所述凸缘垂直于驱动轴布置。

根据另一特征，安装在两个轴承之间的至少一个压缩段包括两个压缩半段，使得在驱动轴的旋转期间，由半段生成的推力补偿由驱动轴(另一半段)生成的推力。

优选地，每个压缩半段包括：

-入口凸缘；和

-输出凸缘，

所述凸缘垂直于驱动轴布置。

有利地，轴承包括主动磁轴承。

优选地，马达驱动压缩机还包括轴向止推支撑座(axialthrustabutment)，该轴向止推支撑座安装在每个压缩轴上，该压缩轴包括至少一个压缩段，以便控制由于压缩段和/或电动马达所施加的推力而引起的压缩轴的轴向位移。

通过阅读以下仅作为非限制性实施例给出的本发明的实施方案的描述，并且参考附图，本发明的其他特征和优点将显现出来，附图中：

[图1]示出了马达驱动压缩机的第一实施方案；

[图2]示出了马达驱动压缩机的第二实施方案；

[图3]示出了马达驱动压缩机的第三实施方案；

[图4]示出了马达驱动压缩机的第四实施方案；并且

[图5]示出了马达驱动压缩机的第五实施方案。

参考图1，其示出了马达驱动压缩机1的第一实施方案，该马达驱动压缩机压缩例如来自气田的气体或来自石油田的相关气体。

马达驱动压缩机1包括：壳体2，该壳体包括中空细长主体3和在其每个端处的盖4以使壳体气密；以及两个驱动轴5和6，该两个驱动轴借助于柔性联接装置7彼此连接。

柔性联接装置7使得可以分离轴5和6的弯曲模式并且动态地平衡每个轴，轴的振动行为是独立的。

第一轴5由两个轴承8和9以旋转方式支撑在壳体2中，并且第二轴6由两个轴承8和9可旋转地支撑在壳体2中。

第一轴承8、第二轴承9、第三轴承10和第四轴承11是相同的，并且包括例如由控制装置(未示出)控制的主动磁轴承。

马达驱动压缩机1还包括电动马达12，该电动马达以旋转方式驱动第一轴5和第二轴6，并且该电动马达的转子12a在第一轴承8和第二轴承9之间安装在第一轴5上。

第一压缩段13悬臂式安装在第一轴5的自由端处，并且第二压缩段14安装在第二轴6上的第三轴承10和第四轴承11之间。

每个压缩段13和14包括气体入口凸缘13a和14a、由压缩段13和14压缩的气体的出口凸缘13b和14b，以及连接到入口凸缘和出口凸缘的第一端的料筒13c和14c。

入口凸缘和出口凸缘旨在连接到气体处理装置，例如气体冷却器、压缩气体储存装置、大气压气体供应装置。

每个料筒13c和14c包括压缩轮13d、13e、14d、14e、14f和14g，这些压缩轮与隔膜(未示出)配合，以便压缩在入口凸缘13a和14a上接收的气体。

第一轴向止推支撑座15在第一轴承8和柔性联接装置7之间安装在第一轴5上，并且第二轴向止推支撑座16在第三轴承10和第二压缩段14之间安装在第二轴6上。

第一轴向止推支撑座15和第二轴向止推支撑座16在气体的压缩期间吸收分别由电动马达和压缩段施加在轴上的力。它们使得可以控制由于马达或压缩段所施加的推力而引起的轴5和6的轴向位移。

确定安装在每个轴上的轴向止推支撑座的数量和位置，以便限制包括至少一个压缩段的每个轴的轴向位移。

第一压缩段13可包括一个或多个压缩轮，优选地两个轮13d和13e。

第二压缩段14可包括一个或多个压缩轮，优选地不超过五个轮。

确定每个压缩段的轮的数量和每个轮的特征，以便在马达驱动压缩机1操作的流量和压力范围内优化马达驱动压缩机的效率，并且使施加在轴承上的应力最小化。

优选地，在该实施方案中，选择一般包括最多七个轮。

由于柔性联接装置7使得可以分离第一轴和第二轴的弯曲模式，因此第一轴承8和第二轴承9根据主要由第一压缩段13和电动马达12的转子12a生成的动态应力来设定尺寸，安装在轴上的其他元件生成的应力可忽略不计，并且第三轴承10和第四轴承11根据主要由第二压缩段14生成的动态应力来设定尺寸，安装在轴上的其他元件可忽略不计。

由于入口凸缘13a和出口凸缘13b垂直于压缩轴5布置，因此可很容易通过拆卸盖4来触及第一压缩段13的压缩轮，并且当压缩轮劣化时或如果必须修改马达驱动压缩机1的压缩比，例如如果所接收的气体的压力根据气田的操作阶段而波动，则可很容易更换它们。

无需拆卸主体3，也无需拆卸连接到马达驱动压缩机1的入口凸缘和出口凸缘的气体处理装置。

优选地，第一压缩段13在其入口凸缘13a上接收首次进入马达驱动压缩机1的气体，该气体一般是湿的，这促进了压缩轮的腐蚀和侵蚀。

根据其他实施方案，壳体2可包括彼此连接的若干壳体，例如：马达壳体，该马达壳体包括马达12和第一压缩段13；以及压缩机壳体，该压缩机壳体包括第二压缩段14。

根据其他实施方案，壳体2可包括：马达壳体，该马达壳体包括马达12；第一压缩机壳体，该第一压缩机壳体包括第二压缩段14；以及第二压缩机壳体，该第二压缩机壳体包括第一压缩段13。

在下文中，与上文所述相同的元件由相同的字母数字标号标识。

参考图2，其示出了马达驱动压缩机1的第二实施方案。

该实施方案与第一实施方案的不同之处在于，第三压缩段17悬臂式安装到第二轴6的自由端。

第三压缩段17在构造上与第一压缩段13相同，并且优选地包括两个压缩轮。

与第一压缩段13的情况一样，可很容易通过拆卸盖4来触及第三压缩段17的轮。

附加压缩段使得可以增加轮的选择。因此，由马达驱动压缩机1生成的压力比高于图1所示的实施方案中的压力比。

与第一实施方案的压力和操作流量范围相比，马达驱动压缩机1的压力和操作流量范围扩展。

在该实施方案中，第三轴承10和第四轴承11根据主要由第二压缩段14和第三压缩段17生成的动态应力来设定尺寸，由于安装在轴上的其他元件引起的动态应力可忽略不计。

图3示出了马达驱动压缩机1的第三实施方案，其与第二实施方案的不同之处在于，第二压缩段14包括两个压缩半段18和19，每个压缩半段的构造与压缩段13和17的构造相同。

两个半段18和19安装在第二轴6上，使得在轴的旋转期间，由第一半段18生成的推力补偿由第二半段19生成的推力，从而减小由第二压缩段14生成并传递到第二轴向止推支撑座16的推力。

这种布置被称为“背对背”。

当然，任何非悬臂的压缩段可包括两个压缩半段。

图4示出了马达驱动压缩机1的第四实施方案，其还包括与第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段具有相同构造的第四压缩段，并且优选地包括五个压缩轮。

该实施方案与第二实施方案的不同之处在于，第四压缩段20在第二压缩段14和第三压缩段17之间安装在第二轴6上。

第四压缩段20通过第四轴承11与第二压缩段14和17分离，并且通过第五轴承21与第三压缩段17分离。

选择压缩段的轮的数量和特征，以便限制施加在轴承上的应力并达到期望的压缩比。

至少第四压缩段的添加使得可以使马达驱动压缩机适应具有高压缩比的轻气体(例如，以大于10的压力比压缩的纯甲烷)的压缩应用。

此外，压缩段或压缩半段的添加优化了在每个压缩步骤之后对气体的冷却。

实际上，在压缩段的出口凸缘与相邻压缩段的入口凸缘之间添加气体冷却器是很容易的。

参考图5，其示出了马达驱动压缩机1的第五第三[原文如此]实施方案。该实施方案与第四实施方案的不同之处在于，第三压缩段17和第四压缩段20中的一者以及第五轴承21安装在第三轴22上，该第三轴通过第二柔性联接装置23连接到第二轴6的自由端。

第三压缩段17悬臂式安装在第三轴22的自由端处，并且第四压缩段20安装在第五轴承21和第六轴承24之间，该第六轴承布置在第二柔性联接装置23和第四压缩段20之间。

第三轴22还包括安装在第三压缩段17和第五轴承21之间的第三轴向止推支撑座25。

与第四实施方案相比，对于相同数量的压缩段，第二柔性联接装置23使得可以分离第二轴和第三轴的弯曲模式，从而增大其上安装有第二压缩段14、第三压缩段17和第四压缩段20的驱动轴的第一弯曲模式的临界速度值。

在该实施方案中，第三轴承10和第四轴承11根据主要由第二压缩段14生成的动态应力来设定尺寸，并且第五轴承21和第六轴承24根据主要由第三压缩段17和第四压缩段20生成的动态应力来设定尺寸，由于安装在第二轴6和第三轴22上的其他元件引起的动态应力可忽略不计。

有利地，至少一个压缩段的悬臂式布置和柔性联接装置的使用使得可以将驱动轴的第一弯曲模式的临界速度的值增大到比马达驱动压缩机的标称操作速度的值更大的值。

因此，可在不考虑轴通过其第一弯曲模式的情况下设定支撑轴的轴承的尺寸，从而降低轴承的磁容量。

此外，至少一个悬臂式压缩段的安装便于安装在所述段中的轮的更换。