在本文中公開的主題的實施例對應(yīng)于用于旋轉(zhuǎn)豎直軸的穩(wěn)定布置、具有穩(wěn)定布置的機器和穩(wěn)定方法。
具體而言,所關(guān)心的機器是通常在“油氣”領(lǐng)域中使用的那些,主要是海底單相或多相泵或壓縮機;海水注射也是本發(fā)明的一種可能的應(yīng)用。
背景技術(shù):
由于橫向不對稱的作用,機器的旋轉(zhuǎn)軸,尤其是當(dāng)軸長時,通常遭受徑向移動(例如隨機振動)。
在“油氣”領(lǐng)域,豎直軸被用在渦輪機(諸如海底泵和壓縮機)中,且通常由普通圓柱形或傾斜襯墊軸頸軸承維持在合適位置。由于固有的輕負(fù)荷條件和它們的軸在軸承內(nèi)側(cè)的豎直定向,這些機器趨向于因不穩(wěn)定現(xiàn)象而受損。這些不穩(wěn)定現(xiàn)象引起徑向振動,且可導(dǎo)致對轉(zhuǎn)子的損傷且甚至導(dǎo)致其故障。
從在“第19屆國際泵用戶座談會的會議記錄(proceedingsofthe19thinternationalpumpuserssymposium)”107-120頁中marka.corbo和roberta.leishear的文章“改正豎直長軸泵的渦動問題的轉(zhuǎn)子動態(tài)分析的實際應(yīng)用(practicaluseofrotordynamicanalysistocorrectaverticallongshaftpump’swhirlproblem)”中,具有幾何預(yù)載的“傾斜襯墊軸承”被用在泵的旋轉(zhuǎn)長豎直軸上,以解決高水平振動和“轉(zhuǎn)子動態(tài)不穩(wěn)定”的問題。根據(jù)“傾斜襯墊軸承”的已知操作,襯墊中的一個或更多個圍繞豎直軸線稍微旋轉(zhuǎn),且因此旋轉(zhuǎn)軸保持基本上豎直。
傾斜襯墊軸承并不真正解決因輕負(fù)荷且豎直的軸引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象的問題。
已知使用圍繞豎直軸偏心地安裝的軸承,以便生成徑向負(fù)荷以解決這種不穩(wěn)定問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
在“油氣”領(lǐng)域中,普遍需要旋轉(zhuǎn)豎直軸(具體而言長的豎直軸)的穩(wěn)定問題的改進(jìn)的解決辦法;典型地,這種軸遭受因輕負(fù)荷且豎直的軸導(dǎo)致的不穩(wěn)定。
重要的構(gòu)想是對機器的旋轉(zhuǎn)軸施加至少橫向的負(fù)荷或作用。具體而言,這是通過作用在旋轉(zhuǎn)軸上的拉或推壓力而獲得的。具體而言,這是通過機器中的處于壓力下的流體(具體而言,機器的工作流體)直接或間接地生成的。
在本文中公開的主題的第一實施例涉及用于旋轉(zhuǎn)軸的穩(wěn)定布置。
這種布置包括:軸,其大致豎直地布置在機器中,以便在機器操作期間旋轉(zhuǎn);第一壓力輸送系統(tǒng),其用于在機器的第一場所處輸送流體壓力,具體而言,在機器內(nèi)側(cè)循環(huán)的流體的流體壓力;所述第一場所靠近軸,且所述第一壓力輸送系統(tǒng)的部分被布置在所述第一場所處,以便在軸上施加橫向拉或推作用。
在本文中公開的主題的第二實施例涉及機器,該機器具有用于其旋轉(zhuǎn)軸中的至少一個的穩(wěn)定布置。
在本文中公開的主題的第三實施例涉及用于穩(wěn)定機器的旋轉(zhuǎn)軸的方法。
根據(jù)這種方法,機器的旋轉(zhuǎn)軸大致豎直地布置,且橫向拉或推作用至少在靠近軸的第一位置處被施加至旋轉(zhuǎn)軸。
附圖說明
并入本文中并構(gòu)成說明書一部分的附圖例示了本發(fā)明的示范實施例,且與詳細(xì)說明一起解釋這些實施例。在附圖中:
圖1示出包括穩(wěn)定布置的機器的實施例的縱向截面,
圖2示出圖1的實施例(具體而言,密封裝置)的細(xì)節(jié)的立體圖,
圖3示出處于工作位置的圖2的細(xì)節(jié)的前視圖和側(cè)視圖,
圖4示出根據(jù)圖2的細(xì)節(jié)的圖3中的a-a和b-b線的兩個截面圖。
具體實施方式
示范實施例的下列描述參照附圖。
下列描述不限制本發(fā)明。相反,本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
貫穿說明書對“一個實施例”、或“實施例”的引用指的是與實施例結(jié)合地描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在所公開的主題的至少一個實施例中。因此,短語“在一個實施例中”或“在實施例中”的在貫穿說明書的各種位置中的出現(xiàn)不一定指相同的實施例。而且,具體特征、結(jié)構(gòu)、或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個或更多個實施例中。
將在下面參照圖1、圖2、圖3和圖4描述包括穩(wěn)定布置的機器的一個實施例。
整體被指示為10的所示出的機器是離心泵,具體而言是用于處理油或天然氣或海水的海底泵。它包括用于旋轉(zhuǎn)軸12的穩(wěn)定布置,該穩(wěn)定布置包括:
-軸12,其被布置為在機器10的內(nèi)側(cè)豎直,以便在機器操作期間旋轉(zhuǎn),
-第一壓力輸送系統(tǒng),其用于在機器10的第一場所1處輸送在機器10內(nèi)側(cè)循環(huán)的流體的流體壓力,該第一場所1靠近軸12,
-第二壓力輸送系統(tǒng),其用于在機器10的第二場所2處輸送在機器10內(nèi)側(cè)循環(huán)的流體的流體壓力,該第二場所2靠近軸12。
借助于兩個軸頸軸承13將軸12布置在泵10的泵殼11內(nèi)側(cè),這兩個軸頸軸承13定位為緊鄰軸12的端部,較高的一個定位在聯(lián)接件14和機械密封件15之間,聯(lián)接件14被緊固至馬達(dá)單元,以用于使軸12旋轉(zhuǎn)。在密封件15下游,平衡室16和平衡鼓17沿軸12跟隨,正好在泵箱11中的泵主體18上游。泵箱11設(shè)有泵吸入凸緣19和泵排出凸緣20,在泵吸入凸緣19中,在泵操作期間存在吸入壓力,在泵排出凸緣20處,在泵操作期間存在排出壓力。在泵主體18下游,第二機械密封件15和第二軸頸軸承13設(shè)在軸12較低端部處。
第一壓力輸送系統(tǒng)包括:
-第一線路21(可被認(rèn)為是第一放出工具,與平衡線路對應(yīng)),其將吸入凸緣19連接于平衡室16,且其連接于第一壓力導(dǎo)管22,
-第一壓力輸送開口23,其設(shè)在第一壓力導(dǎo)管22的最終端部處,開口23定位在靠近軸12的第一場所1處;
-第一密封裝置30,靠近在第一場所1處的軸12,包圍輸送開口23且被布置成以便將流體第一壓力穿過第一區(qū)域31(見圖4)傳送至軸12,第一壓力被施加到該第一區(qū)域31上。
第二壓力輸送系統(tǒng)包括:
-第一線路26(可被認(rèn)為是第二放出工具),其將排出凸緣20連接于第二壓力導(dǎo)管24,
-第二壓力輸送開口25,其設(shè)在第二壓力導(dǎo)管24的最終端部處,開口24定位在靠近軸12的第二場所2處;
-第二密封裝置30,靠近在第二場所2處的軸12,包圍輸送開口25且被布置成以便將流體第二壓力穿過第一區(qū)域32傳送至軸12,第二壓力被施加到該第一區(qū)域32上。
從上文顯而易見的的是,第一和第二壓力輸送系統(tǒng)包括機器10的工作流體的放出系統(tǒng)21和26,放出系統(tǒng)流體連接于壓力輸送開口23、25。在它們之間,通過例如簡單地鉆機器10的主體11和18來實現(xiàn)壓力導(dǎo)管22、24。所以包括這種放出系統(tǒng)的穩(wěn)定布置布置和實現(xiàn)起來是簡單和便宜的。
下面是當(dāng)例如借助于被聯(lián)接至聯(lián)接件14的馬達(dá)軸來操作泵10時,上述穩(wěn)定布置的操作。
經(jīng)由作為放出工具(其是平衡線路21、導(dǎo)出第一壓力導(dǎo)管22和第一壓力輸送開口23)工作的上述第一壓力輸送系統(tǒng)將在泵10中操作的流體的第一壓力(其是吸入壓力)輸送至第一區(qū)域31,第一區(qū)域31面對在第一場所1處的軸12的橫向部分。通過限定由密封裝置30包圍的第一區(qū)域31的表面延伸范圍,有利地可能精確地確定在第一場所1處作用在軸12上的橫向拉負(fù)荷,以便穩(wěn)定同一軸12。
經(jīng)由作為放出工具(其是第二壓力導(dǎo)管24和第二壓力輸送開口25)工作的上述第二壓力輸送系統(tǒng)將操作流體的第二壓力(其是排出壓力)輸送至第二區(qū)域32,第二區(qū)域32面對在第二場所2處的軸12的橫向部分。借助于限定由密封裝置30包圍的第一區(qū)域32的表面延伸范圍,有利地可能精確地確定在第二場所2處作用在軸12上的橫向拉負(fù)荷,以便穩(wěn)定同一軸12。
由此得出結(jié)論,本文中公開的穩(wěn)定布置允許確定軸上某些場所處的精確的所需橫向負(fù)荷,以便允許完全地穩(wěn)定同一軸。
在圖2、圖3和圖4中,密封裝置30是迷宮類型的。它包括具有較低同心迷宮類型密封件的襯墊30,襯墊30構(gòu)造成具有空中心部分33,該空中心部分33具有例如借助于密封件的迷宮支撐面(labyrinthtread)的外部唇緣限定的較低區(qū)域31。當(dāng)流體壓力被穿過中心部分33傳送至區(qū)域31時,該類型的密封裝置允許在對該流體壓力的最佳密封下對軸12的理想附著。如前面所述,改變區(qū)域31的表面延伸范圍的可能性允許施加在軸12上的局部負(fù)荷的理想校準(zhǔn),因此完全地穩(wěn)定同一軸。
在其他實施例中,密封裝置可為蜂窩類型或耐磨類型。
而且,機器10內(nèi)側(cè)且靠近軸12的第一場所1和第二場所2遠(yuǎn)離彼此,具體而言,大致定位為緊鄰軸12的相反端部。該替換有利地允許將有效橫向負(fù)荷施加到軸上以便完全穩(wěn)定它的更好和廣泛的可能性。此外,通過部件的這種布置,構(gòu)造壓力輸送系統(tǒng)和所關(guān)心的放出工具(例如,一個或多個系統(tǒng))是更容易且更簡單的。
根據(jù)上面的描述,本文中公開的主題的實施例涉及用于穩(wěn)定機器旋轉(zhuǎn)軸12的方法,該軸大致布置成為豎直的。它提供至少在靠近軸12的第一場所1處被施加于旋轉(zhuǎn)軸12的橫向負(fù)荷。
而且,橫向負(fù)荷在第一位置1且在第二位置2處被施加于旋轉(zhuǎn)軸12,具體而言,所述第一位置1和第二位置2遠(yuǎn)離彼此。
工作流體被從一個或更多個點放出,第一和第二壓力輸送開口23、25處于機器10內(nèi)側(cè)的不同流體壓力下,更詳細(xì)而言,處于泵吸入和排出或輸送壓力下。
在另一實施例中,軸的各橫向負(fù)荷是因作用在旋轉(zhuǎn)軸上的工作流體的一個或更多個拉或推壓力引起的。
在一個實施例中,橫向負(fù)荷可由處于壓力下的一個或更多個工作流體生成,其中,流體可被從機器內(nèi)側(cè)或外側(cè)的工作流體輸送。
穩(wěn)定布置的另一實施例可包括一個或多個第一和/或第二壓力輸送系統(tǒng),壓力輸送系統(tǒng)被固定至機器的軸頸軸承或集成在其中,以便有利地以更實用的方式匹配機器的最終構(gòu)造。
在穩(wěn)定布置的另一實施例中,一個或多個第一和/或第二壓力輸送系統(tǒng)被固定至機器的平衡鼓或集成在其中,以便有利地簡化機器的最終構(gòu)造。