CN102308098A - 具有平衡活塞的涡轮机 - Google Patents

具有平衡活塞的涡轮机 Download PDF

Info

Publication number
CN102308098A
CN102308098A CN2010800068305A CN201080006830A CN102308098A CN 102308098 A CN102308098 A CN 102308098A CN 2010800068305 A CN2010800068305 A CN 2010800068305A CN 201080006830 A CN201080006830 A CN 201080006830A CN 102308098 A CN102308098 A CN 102308098A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavity
stator
sealing
pressure
turbo machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010800068305A
Other languages
English (en)
Inventor
帕特里克·万德施潘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN102308098A publication Critical patent/CN102308098A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing
    • F04D29/0516—Axial thrust balancing balancing pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing
    • F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons

Abstract

本发明涉及一种具有平衡活塞(BP)的涡轮机(T)，所述平衡活塞借助于密封件(SS)相对于定子(ST)密封。传统的平衡活塞消耗大量的过程流体，这能够导致明显的效率降低。本发明提供一种解决方案，在所述解决方案中，部分承载所述密封件(SS)的所述定子(ST)构成为可在壳体(CAS)中轴向运动，使得能够以这种方式改变所述密封件(SS)的渗漏。

Description

具有平衡活塞的涡轮机
技术领域
本发明涉及一种具有平衡活塞的涡轮机，所述平衡活塞具有：至少一个轴肩，所述轴肩位于沿着机器轴线延伸的转子上；以及密封件，所述密封件密封转子和定子之间的间隙，使得在工作时，邻接密封件的第一侧的空腔能够具有与在密封件的另一侧上不同的压力，并且相差了经过密封件的压差，其中轴肩邻接所述空腔。
背景技术
在例如蒸汽轮机、燃气轮机或压缩机，尤其是轴向压缩机和径向压缩机的涡轮机中，由于过程流体的膨胀和压缩，在叶轮上产生压差，所述压差作用在转子的邻接面上，引起转子的轴向推力。该轴向推力与涡轮机的工作条件有关，并且也能够依据工作条件沿不同的方向作用。根据转子的压差和面积比，轴向推力为相当大的力，所述相当大的力在通过推力轴承产生唯一的反作用力的情况下，导致推力轴承相当大的结构尺寸。因此，涡轮机通常具有用于推力补偿的所谓的平衡活塞。所述平衡活塞通常构成为，使得在所有工作条件下，更低的推力保持在确定的方向上，以致不发生负载变化反应，并且转子不在可能的轴向间隙中来回运动。
平衡活塞通常具有至少一个轴肩，其中所述平衡活塞通常构成为在转子上径向延伸的圆盘，并且邻接至少一个轴肩的轴密封件使转子相对于定子密封。所述圆盘形状是最常见的结构形式，使得在通过圆盘限定的两个侧面或轴肩上，不同的压差产生用于补偿所需的轴向推力。邻接轴肩或轴密封件以及定子，构成空腔，在所述空腔内充满过程流体的第一压力，所述第一压力不同于在空腔的另一侧上的第二压力，并且第二压力与第一压力相差了经过轴密封件的压差。作用在轴肩上的第一压力借助轴肩的面导致如下力，所述力以相应地确定尺寸的方式至少部分地补偿轴向推力，并且因此使轴的轴向轴承减轻一定量补偿力的任务。
为了持续保持经过平衡活塞的轴密封件的压差，必需的是，将过程流体穿过平衡管路供给空腔或者从该空腔中抽出，因为传统的轴密封件总是具有相当大的泄漏。流过平衡管路的过程流体的量能够具有相当大的值，并且显著地降低效率。当在平衡活塞上的轴密封件由于在定子上的侵蚀或摩擦而磨损并且因此渗漏增加时，该效果变得更差。
由欧洲专利EP 1 418 341 B1中已知一种用于平衡轴向推力的系统，其具有平衡活塞，所述平衡活塞仅在需要的情况下加载压力，以用于推力平衡，其中在正常工作中，借助于在穿透壳体的地方的合适的轴密封件进行推力平衡，使得在正常工作中不需要向平衡活塞供给过程流体。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是，减少在平衡活塞上产生的过程流体损失，并且因此改善机器的效率。
为了实现该目的，根据本发明提出，定子构成为以引导的方式运动，使得间隙能够变大和变小。基于定子构成为以引导的方式移动，能够调节与涡轮机的当前的工作条件相匹配的间隙宽度，所述间隙宽度小于在其他工作条件下所需的间隙宽度，使得节省了流过平衡活塞的过程流体量的差量，以有利于效率的改善。
本发明的有利的改进形式提出，定子的一面邻接空腔并且定子构成为，使得定子根据在空腔中的压力移动，以致间隙变大或变小。该结构形式提供的可能性是，在没有使定子运动的另外的致动器或没有复杂的调节装置的情况下，实现在平衡活塞上的密封件的与空腔中的压力自动地匹配的间隙宽度。
有利的是，定子能够具有弹性元件，所述弹性元件根据在被引导的、优选轴向的可移动性范围内的位置产生克服空腔内的压力的复位力。根据在空腔内的和在平衡活塞的相对侧上的压力比，来自弹性元件的力沿来自空腔内的作用在定子上的力的相同的或相反的方向作用在定子上。
适宜的是，该弹性元件能够构成为，使得对在空腔中的每个压力设置与同压力相关的工作状态相适应的间隙。尤其能够简单地如下产生间隙扩宽或间隙变小，即通过间隙的沿圆周方向围绕机器轴线延伸的环状空间沿轴向方向不平行于机器轴线延伸，而是倾斜于机器轴线延伸，并且沿轴向方向引导定子的可移动性。该构造具有的优点是，间隙能够变化，而相关的构件在它们的圆周尺寸方面没有变化。在这种情况下，转子的和定子的限定间隙的表面分别构成为锥形。转子的和定子的锥形能够具有相互不同的锥角，这在确定的工作范围内能够具有在转子稳定性上的积极的影响。
用于供给或排出过程流体的通向空腔的平衡管路证明是尤其适宜的，以便调节在空腔内的有利于工作状态的压力。在空腔的另一侧，该平衡管路能够通入过程流体的蓄压器内或通入压降或抽吸管路内，并且特别有利的是，在平衡管路内设有调节阀，借助于所述调节阀可是使用经过调节阀的所限定的压差。调节阀允许通过控制流入或流出的过程流体量来调节空腔内的压力。
借助根据本发明的装置能够有利地提高涡轮机，尤其是压缩机的效率，即通过在涡轮机的启动过程后，在定态的工作中，借助于调节阀流过平衡管路的过程流体量减少到以致允许密封件在平衡活塞上留有空隙。适宜的是，弹性元件、定子和密封件的倾斜位置相互调整，使得借助于调节阀减少流过平衡管路和密封件的过程流体量导致密封件的间隙宽度的减小。相反，有意义的是，在流过平衡管路的过程流体量增加的情况下，在平衡活塞上密封件内的间隙宽度也变大。
附图说明
下面借助于参考附图的特殊的实施例阐述本发明。该实施例仅用于更好地理解本发明，其中本领域技术人员可从本说明书中且尤其是从在权利要求中所述的特征的任意的组合中得到本发明的其他实施方式可能性。附图示出：
图1示出根据本发明的具有平衡活塞的涡轮机的示意的纵剖视图。
具体实施方式
图1示出压缩机或涡轮机T，其具有壳体CAS和沿着机器轴线X延伸的转子R。转子R具有叶轮IMP——在这里为离心式压缩机的动叶轮——，借助于所述叶轮，在转子R以转速n旋转的情况下，将过程流体PF从第一压力p1压缩到较高的第二压力p2。为此，过程流体PF通过入流IN进入壳体CAS内，并且通过出流EX离开壳体。在过程流体PF通过出流EX离开壳体CAS前，过程流体部分地聚积在压力腔PCH内。邻接压力腔，转子R设置有平衡活塞BP。平衡活塞BP基本上具有圆盘形状，所述圆盘形状的平面延伸部分垂直于机器轴线延伸，与此相应地也具有在这里邻接压力腔PCH的第一轴肩RS1和邻接空腔CH的第二轴肩RS2。
在平衡活塞BP和可在壳体CAS内轴向运动的定子ST之间的间隙借助于构成为轴密封件——在这里构成为迷宫式密封件——的密封件SS密封，使得在压力腔PCH内的压力p2和空腔CH内的压力p3之间产生压差，所述压力腔和空腔相对彼此密封。为了尽管存在密封件SS的渗漏，但仍保持该压差ΔPBD，设有平衡管路BPL。为了排出从压力腔PCH经由密封件SS流向空腔CH的溢出的过程流体PF，平衡管路BPL与压降部连接，所述压降部在这里为进入壳体CAS的入口IN。
如果经过平衡活塞BP的压差ΔPBD反向定向(例如在叶轮具有另一个定向的情况下)，那么也能够提供如下情况，即平衡管路与蓄压器连接。
平衡管路BPL设置有调节阀CF，经由所述调节阀依据调节阀CF的位置产生压差ΔPCV。
密封件SS的一部分安装在定子ST上，所述定子构成为能够以引导的方式轴向运动，其中待密封的间隙GP倾斜于机器轴线X延伸。以这种方式，由间隙GP限定的空间几何形状形成沿圆周方向围绕机器轴线X同心地延伸的锥形。因为该实施例的涡轮机T为离心式压缩机或压缩机，并且平衡活塞BP设置在叶轮的IMP较高的压力侧上，使得压力腔PCH相对于空腔CH具有较高的压力，所以适宜的是，定子ST朝具有较低压力的腔室方向的移动(在这里空腔CH或p3)引起间隙GP或间隙宽度H变大，并且因此导致密封件SS的较高的渗漏。定子ST借助于弹性元件EE预张紧，使得弹性元件EE的复位力朝着减小间隙宽度H的方向作用。如果在定态工作中，在首先恒定的间隙宽度H的情况下，调节阀CV节流，那么压力p3增加，并且出现构造的新平衡状态，使得间隙宽度H由于朝压力腔PCH的方向作用在定子ST上的较大的推力而变小。根据本发明，借助于调节阀位置CV能够调节来自平衡活塞的轴向推力，并且降低通过平衡管路的过程流体PF的消耗。

Claims (7)

1.一种具有平衡活塞(BP)的涡轮机(T)，所述平衡活塞具有：至少一个轴肩(RS)，所述轴肩位于沿着机器轴线(X)延伸的转子上；以及密封件(SS)，所述密封件(SS)密封所述转子(R)和定子(ST)之间的间隙(GP)，使得在工作时，邻接所述密封件(SS)的第一侧的空腔(CH)能够具有与在所述密封件(SS)的另一侧上不同的压力，并且相差了经过所述密封件(SS)的压差(ΔBP)，其中所述空腔(CH)用过程流体(PF)填充，其中所述轴肩邻接所述空腔(CH)，
其特征在于，所述定子(ST)构成为以引导的方式运动，使得所述间隙(GP)能够变大和变小。
2.如权利要求1所述的涡轮机(T)，其中所述定子(ST)的一面(F)邻接所述空腔(CH)并且所述定子(ST)构成为，使得所述定子根据在所述空腔(CH)中的压力(p3)移动，以致所述间隙(GP)变大或变小。
3.如前述权利要求1、2中至少一项所述的涡轮机(T)，其中所述定子(ST)包括弹性元件(EE)，所述弹性元件根据位置产生复位力。
4.如前述权利要求1、2或3中至少一项所述的涡轮机(T)，其中所述间隙(GP)不平行于所述机器轴线(X)延伸。
5.如前述权利要求1至4中至少一项所述的涡轮机(T)，其中平衡管路(BPL)通入所述空腔(CH)内，借助于所述平衡管路能够将过程流体(PF)供给所述空腔(CH)或从所述空腔(CH)内排出。
6.如至少前一项述权利要求5所述的涡轮机(T)，其中调节阀(CV)位于所述平衡管路(BPL)内，借助于所述调节阀能够调节过程流体(PV)的供给或过程流体(PV)的排出。
7.如至少前述权利要求3和6所述的涡轮机(T)，其中所述定子(ST)在轴向可运动性上的位置能够在工作时借助于所述调节阀(CV)调节。
CN2010800068305A 2009-02-05 2010-01-20 具有平衡活塞的涡轮机 Pending CN102308098A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009007713 2009-02-05
DE102009007713.8 2009-02-05
PCT/EP2010/050643 WO2010089198A2 (de) 2009-02-05 2010-01-20 Turbomaschine mit einem ausgleichskolben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102308098A true CN102308098A (zh) 2012-01-04

Family

ID=42542444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800068305A Pending CN102308098A (zh) 2009-02-05 2010-01-20 具有平衡活塞的涡轮机

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110286835A1 (zh)
EP (1) EP2394029A2 (zh)
CN (1) CN102308098A (zh)
WO (1) WO2010089198A2 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014222057A1 (de) * 2014-10-29 2016-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Turbine mit Axialdruckausgleich
US10247029B2 (en) 2016-02-04 2019-04-02 United Technologies Corporation Method for clearance control in a gas turbine engine
US11353036B2 (en) 2017-12-01 2022-06-07 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Balancing system and method for turbomachine
WO2020055688A1 (en) 2018-09-14 2020-03-19 Carrier Corporation Compressor configured to control pressure against magnetic motor thrust bearings

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1528719A1 (de) * 1965-07-24 1971-11-04 Halbergerhuette Gmbh Entlastungseinrichtung fuer mehrstufige Kreiselpumpen
US5713720A (en) * 1995-01-18 1998-02-03 Sihi Industry Consult Gmbh Turbo-machine with a balance piston
US6309174B1 (en) * 1997-02-28 2001-10-30 Fluid Equipment Development Company, Llc Thrust bearing for multistage centrifugal pumps

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH686525A5 (de) * 1992-07-02 1996-04-15 Escher Wyss Ag Turbomaschine .
ITMI20011348A1 (it) * 2001-06-27 2002-12-27 Nuovo Pignone Spa Pistone di bilanciamento per compressori centrifughi con tenuta a cellette a gioco divergente
GB2393766A (en) * 2002-10-03 2004-04-07 Alstom A sealing arrangement for a turbine
ITMI20022337A1 (it) 2002-11-05 2004-05-06 Nuovo Pignone Spa Assieme di bilanciamento di spinta assiale per un
US6957945B2 (en) * 2002-11-27 2005-10-25 General Electric Company System to control axial thrust loads for steam turbines

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1528719A1 (de) * 1965-07-24 1971-11-04 Halbergerhuette Gmbh Entlastungseinrichtung fuer mehrstufige Kreiselpumpen
US5713720A (en) * 1995-01-18 1998-02-03 Sihi Industry Consult Gmbh Turbo-machine with a balance piston
US6309174B1 (en) * 1997-02-28 2001-10-30 Fluid Equipment Development Company, Llc Thrust bearing for multistage centrifugal pumps

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010089198A3 (de) 2010-10-21
US20110286835A1 (en) 2011-11-24
EP2394029A2 (de) 2011-12-14
WO2010089198A2 (de) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100999015B1 (ko) 터보 기계
CN104126088B (zh) 轴密封装置
JP5021365B2 (ja) 間隔可変のパッキンリング片組立体及びタービンダイヤフラム
CN101579841B (zh) 一种磨床砂轮主轴用的动静压轴承
MX2014012987A (es) Sello laberintico de alta humidificacion con conformacion helicoidal o mixta helicoidal-cilindrica.
CN102308098A (zh) 具有平衡活塞的涡轮机
WO2014038080A1 (ja) スラスト軸受装置及びそれを用いた回転機械
CN108350754A (zh) 旋转机械以及旋转机械的控制方法
CN102840142B (zh) 一种电机上置的多级屏蔽泵
CZ297939B6 (cs) Zarízení pro kompenzaci axiálního posunu u turbostroju
CN103696991A (zh) 高压泵转子轴向力平衡装置
CA2668482A1 (en) Arrangement for sealing between two parts of a hydraulic turbomachine moveable relative to one another
CN202468703U (zh) 上瓦瓦背安装弹簧的可倾瓦轴承
CN112664273B (zh) 一种有机工质膨胀机转子
CN201687754U (zh) 一种分段式多级离心泵的轴向力平衡机构
CN104747723A (zh) 螺杆压缩机的高效轴封结构
CN201351633Y (zh) 一种新型机械密封辅助循环泵
CN209704901U (zh) 一种带无泄漏平衡鼓装置的多级泵
JP2000266046A (ja) 軸受予圧用油圧回路及び主軸装置並びにころがり軸受の予圧方法
CN112879339A (zh) 一种发动机轴向力平衡调节结构
CN105402130B (zh) 压缩机滑片背压结构及压缩机、空调器
CN205154636U (zh) 压缩机滑片背压结构及压缩机、空调器
CN212671862U (zh) 一种双螺杆膨胀机用双端面机械密封
CN104179678A (zh) 一种螺杆式潜水泵
CN214036230U (zh) 一种矿用多级离心泵平衡盘保护结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120104