具有在端面齿联接器内的密封组件的压缩机转子的制作方法

被定义成包括弯曲联接器，因为所公开的实施方式可以被有利地应用，而不管面齿轮齿的形式如何。
15.这些联接器和相关联的结构可能经受大幅变化的力(例如，离心力)，比如从零转每分钟(rpm)的初始转子速度变化到最大转子速度(例如，可能涉及数万rpm)。此外，例如，可以在转子中限定内腔的这些联接器和相关联的结构可能暴露于在由压缩机处理的过程流体中可能存在的污染物和/或副产物。如果这样暴露，则这样的结构可能以可能影响其长期耐久性的方式受到潜在影响。通过示例的方式，二氧化碳(co2)、液态水和高压水平的组合可以导致碳酸(h2co3)的形成，碳酸是可以使某些钢部件腐蚀、生锈或点蚀的化学成分。过程流体中还可能存在物理碎屑，如果允许物理碎屑到达这样的结构，则可能会潜在地影响其功能性和耐久性。
16.鉴于前述考虑，本发明人已经认识到的是，在离心式压缩机中实现一致的高性能和长期耐久性可以在所公开的实施方式中涉及在相应的端面齿联接器内适当地设置或以其他方式牢固地保持相应的密封组件，该密封组件布置成阻止由涡轮机(例如，压缩机)处理的过程流体通过，并且因此至少改善上述问题。
17.所公开的实施方式(涉及相应的端面齿联接器内的相应的密封组件)提供了一种密封结构，该密封结构相对于限定转子结构的轮廓的表面向内定位，并且因此实际上独立于涡轮机周围的流动轮廓并且实际上还独立于端面齿联接器的相应的轴向位置。此外，密封组件可以由一个或更多个表面牢固地保持或以其他方式限制就位，所述一个或更多个表面限定构造在端面齿联接器的齿形啮合接合部中的周向延伸凹槽。周向延伸凹槽将密封组件容纳在给定的端面齿联接器内，并且与例如可以设置在相邻的叶轮本体的径向向外表面上的密封布置结构相比，用于密封组件的这种容纳布置结构可能不易受到在最大转子速度下可能产生的高离心力的影响。
18.在以下详细描述中，阐述了各种具体的细节以提供对这些实施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的实施方式，本发明的各方面不限于所公开的实施方式，并且本发明的各方面可以在各种替代性实施方式中实践。在其他情况下，没有详细描述本领域技术人员将很好理解的方法、程序和部件，以避免不必要且繁琐的解释。
19.此外，可以将各种操作描述为以有助于理解本发明的实施方式的方式执行的多个离散步骤。然而，除非另有指示，否则描述的顺序不应被解释为暗示这些操作需要按照其被呈现的顺序来执行，也不应被解释为这些操作甚至是依赖于顺序的。此外，短语“在一个实施方式中”的重复使用不一定指相同的实施方式，尽管它可以指相同的实施方式。应当注意的是，所公开的实施方式不需要被解释为相互排斥的实施方式，因为这些所公开的实施方式的各方面可以由本领域技术人员根据给定应用的需要适当地组合。
20.图1图示了所公开的转子组件100的一个非限制性实施方式的局部半截面等距视图，该转子组件100如可以在涉及涡轮机械、比如但不限于压缩机(例如，离心式压缩机)的工业应用中使用。在一个所公开的实施方式中，拉紧螺栓102沿着转子轴线103在拉紧螺栓102的第一端部与第二端部之间延伸。拉紧螺栓102的一个端部可以固定有转子轴104。拉紧螺栓的另一端部可以固定有第二转子轴(未示出)。转子轴在本领域中可以被称为短轴。将理解的是，在某些实施方式中，可以涉及多于两个的转子轴。
21.转子轴之间可以设置有多个叶轮本体并且多个叶轮本体由拉紧螺栓102支承。为了简化说明，图1中图示了第一叶轮本体1061和第二叶轮本体1062的仅轴向部分的局部视图。通过示例的方式，叶轮本体1061的后侧部通过端面齿联接器1081以机械的方式联接至叶轮本体1062的入口侧，以用于绕转子轴线旋转。在图示的实施方式中，另外的端面齿联接器1082可以用于将叶轮本体1061的入口侧与相邻的转子轴104以机械的方式联接。将理解的是，叶轮本体和端面齿联接器的前述布置结构仅是一个示例并且不应当以限制性意义进行解释。
22.如本领域技术人员将理解的，端面齿联接器1081在第一叶轮本体1061与第二叶轮本体1062之间限定了周向的齿形啮合接合部110。类似地，端面齿联接器1082在第一叶轮本体1061与相邻的转子轴104之间限定了周向的齿形啮合接合部112。可以在端面齿联接器1081的齿形啮合接合部110中布置周向延伸凹槽1141(例如，绕转子轴线103延伸360度)，并且可以在端面齿联接器1082的齿形啮合接合部112中布置另一周向延伸凹槽1142。将理解的是，无论端面齿联接器是否与叶轮本体形成一体的结构或者端面齿联接器是否是能够与叶轮本体单独分离的离散元件，都可以应用所公开的实施方式。
23.如图1中所示，例如，每个凹槽的轴向深度(由双向箭头172示意性地表示，仅结合凹槽1141示出)应当比齿形啮合接合部110中的齿高度(由双向箭头174示意性地表示，也仅结合凹槽1141示出)更深。也就是说，每个凹槽的轴向深度应当定尺寸成足以允许跨越相应的齿形啮合接合部的齿高度174。该布置结构允许通过密封组件200的一个或更多个密封构件实现适当的密封效果，如下面在图2至图9中所示的密封组件实施方式的上下文中图示和描述的。
24.在图2中所示的实施方式中，密封组件200涉及单个密封构件120(例如，具有圆形横截面的o形环，该o形环例如可以由弹性体或类似的材料制成)，该密封构件120设置在周向延伸凹槽114中，以阻止由压缩机处理的过程流体通过端面齿联接器108的齿形啮合接合部。在一个非限制性实施方式中，周向延伸凹槽114可以定位成相比于端面齿联接器的内径在径向上更靠近端面齿联接器的外径。这增加了端面齿联接器的径向距离(由图1中的箭头170示意性地表示)，该端面齿联接器将不会受到过程流体的影响。将理解的是，一个或多个密封构件不需要受任何具体密封形式的限制。例如，一个或多个密封构件可以从各种密封形式中的任何密封形式中选择，这些密封形式可以基于给定应用的需求适当地选择。非限制性示例可能涉及c形形状的金属密封构件、e形形状的金属构件、叶状密封构件、金属织物密封构件、多叶式密封构件、u形形状的金属构件以及现在对本领域技术人员而言应当容易变得明显的其他密封形式。
25.如图2中所示，端面齿联接器108内的密封构件120设置在第一叶轮本体106’与第二转子部件106”之间。在一个非限制性实施方式中，密封组件200的密封构件120可以是沿着整个周向延伸凹槽114延伸的连续的一件式密封构件。通常，第二转子部件106”可以是任何给定的转子部件比如第二叶轮本体、转子轴或平衡活塞，第二转子部件106”与第一叶轮本体106’相邻并且通过如上面在图1的上下文中所讨论的端面齿联接器以机械的方式联接至第一叶轮本体106’，以用于绕转子轴线旋转。因此，无论通过给定的端面齿联接器连接的相应的转子部件106是否可以是叶轮本体对叶轮本体、转子轴对叶轮本体、叶轮本体对平衡活塞、转子轴对平衡活塞、转子轴对转子轴等，下面的描述均可以类似地适用。通常，所公开
的实施方式可以应用于端面齿联接器，该端面齿联接器布置成以机械的方式联接涡轮机的转子中的相邻的可旋转盘。
26.如可以在图3和图4中更好地理解的，在一个非限制性实施方式中，周向延伸凹槽114可以至少部分地由两个非平行侧部130’和130”限定，所述两个非平行侧部130’和130”沿着由箭头132示意性表示的径向方向以面对的关系定位。在一个非限制性实施方式中，两个非平行侧部130’和130”可以布置成使得周向延伸凹槽114限定燕尾形凹槽。如本文中所使用的，可以设想的是，燕尾形凹槽可以是该凹槽的相互相对的侧部具有倾斜角度的全燕尾形凹槽，或者可以是该凹槽的相互相对的侧部中的仅一个侧部具有倾斜角度的半燕尾形凹槽，如图3和图4中所示。例如，在一个非限制性实施方式中，第一侧部130’可以具有与转子轴线103平行的第一角度，并且第二侧部130”可以具有相对于转子轴线103倾斜的第二角度(例如，标记为θ)。在该示例中，第一侧部130’和第二侧部130”将限定半燕尾形凹槽。尽管附图将第二侧部130”图示为具有倾斜角度，但是将理解的是，在某些应用中，第一侧部130’(相对更靠近端面齿联接器的外径)可以是具有倾斜角度的侧部。
27.为了简化说明，图3仅图示了由端面齿联接器108限定的齿形啮合接合部的端面齿轴向面中的一个端面齿轴向面。图4图示了在第一叶轮本体106’和第二转子部件106”通过端面齿联接器108完全轴向接合之前由端面齿联接器108限定的齿形啮合接合部的两个端面齿轴向面。非限制性地，针对周向延伸凹槽114的燕尾形几何形状在实施方式中可能是期望的，其中，密封构件120可以涉及具有圆形横截面的o形环，该o形环例如可以由弹性体或类似的材料制成。无论是全燕尾形还是半燕尾形，燕尾形几何形状均可以有效地例如便于将具有圆形横截面的密封构件组装到周向延伸凹槽114中。此外，燕尾形几何形状还可以有助于减少齿形啮合接合部的尖锐边缘刺入到密封构件中的可能性。
28.如可以在图5中更好地理解的，在一个非限制性实施方式中，周向延伸凹槽114可以至少部分地由两个平行侧部140’、140”限定，所述两个平行侧部140’、140”沿着由箭头132示意性表示的径向方向彼此相互面对。也就是说，在该实施方式中，周向延伸凹槽114不包括上面所描述的燕尾形特征，并且可以接纳密封构件120——密封构件120比如可以包括o形环——并且还可以接纳备用密封构件122，该备用密封构件122具有非圆形横截面并且具有设置在两个平行侧部140’、140”中的一者上的一个侧部。通过示例的方式，备用密封构件122可以设计成避免密封构件120的各部分比如由于压力差而通过可能存在于端面齿联接器108的齿形啮合接合部中的间隙挤出的可能性。用于备用密封构件122的材料的非限制性示例可以是：金属材料比如不锈钢或金属合金材料、比如镍合金或钴合金；聚四氟乙烯(ptfe)和其他高性能聚合物。图6图示了上面在图5的上下文中所描述的实施方式的剖切截面等距视图。
29.图7图示了示出由密封构件120形成的密封组件200的又一实施方式的截面等距视图，该密封构件120包括弹簧赋能密封组件，例如，该弹簧赋能密封组件可以在例如弹性体密封件可能无法满足给定应用的摩擦、温度、压力或耐化学性要求的所公开的实施方式中使用。非限制性地，该实施方式中的密封构件120可以由设置在金属支承件152内的弹簧赋能密封套150比如c形、u形等形状的密封套形成。非限制性地，密封套可以由ptfe和其他高性能聚合物复合弹簧赋能密封件构成。在一个非限制性实施方式中，金属支承件152的敞开部分154可以与包括相对较高压力的区域流体连通。该实施方式可以用于上面在图1至图6
的上下文中所描述的以及下面在图8和图9的上下文中所描述的前述实施方式中的任何实施方式。
30.图8图示了所公开的密封组件200的又一非限制性实施方式的截面等距视图。在该实施方式中，密封组件200由一对密封构件202比如相应的o形环(例如，o形环各自具有相应的圆形横截面，例如，o形环可以由弹性体或类似的材料制成)和置于所述一对密封构件202之间的支承环204形成。在一个非限制性实施方式中，支承环204可以具有非圆形横截面、比如矩形形状。也就是说，支承环204限定一对相互相反的平坦表面，所述一对相互相反的平坦表面各自抵靠所述一对o形环202中的相应的o形环，使得每个o形环设置在凹槽114的侧向表面与所述一对相互相反的平坦表面中的相应的一个平坦表面之间。
31.密封组件200的前述元件中的每个元件设置在端面齿联接器的齿形啮合接合部110内。将理解的是，在该实施方式中，凹槽114的轴向深度172可以构造成具有足够的范围(例如，足够的跨度)以超过齿形啮合接合部110的齿高度174。该布置结构在不涉及包括如上所述的非平行侧部的布置(例如，全燕尾形、半燕尾形等)的情况下有效地避免了齿形啮合接合部110的尖锐边缘刺入到密封构件202中的可能性。此外，对于给定的密封功能性，所述一对密封构件202的相应的横截面与单个密封构件(例如，o形环)的横截面尺寸相比可以各自减小，并且这允许减少凹槽114占据的径向空间，这在凹槽的可用径向空间可能非常珍贵的应用中为设计者提供了灵活性。用于支承环204的材料的非限制性示例可以是：金属材料比如不锈钢或金属合金材料、比如镍合金或钴合金；聚四氟乙烯(ptfe)和其他高性能聚合物。
32.图9图示了为了简化说明仅示出在图8的上下文中所描述的实施方式的所述一对密封构件202中的一个密封构件的剖切截面等距视图。可以设想的是，在某些实施方式中，如图10中所示的密封组件200可以由单个元件、比如由与弹性体相比相对刚性的材料制成的具有非圆形横截面(例如，矩形形状的横截面)的环210形成。用于非圆形环210的材料的非限制性示例可以是：金属材料比如不锈钢或金属合金材料、比如镍基合金或钴基合金；聚四氟乙烯(ptfe)和其他高性能聚合物。
33.在操作中，所公开的实施方式允许将相应的密封组件牢固地保持在相应的端面齿联接器内，该密封组件布置成阻止由压缩机处理的过程流体通过。在操作中，所公开的实施方式提供了一种密封结构，该密封结构实际上独立于涡轮机周围的流动轮廓，并且实际上还独立于端面齿联接器的相应的轴向位置，这可以为涡轮机转子的设计者提供相当大的设计灵活性。