CN102348915B - 用于涡轮机的轴密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的轴密封件，所述涡轮机的过程侧(3)可通过所述轴密封件(7、13、17)相对于大气(4)密封，所述轴密封件具有：过程气体密封件(7、13)，其可由过程气体(10)加载且可在过程侧(3)阻塞；大气密封件(17)，其可由空气(20)加载且可在大气侧(4)阻塞；以及围绕所述涡轮机的轴(1)延伸的排气室(22)，所述排气室设置在所述过程气体密封件(7、13)和所述大气密封件(17)之间，以用于积聚和排出穿过所述过程气体密封件(7、13)的过程气体泄漏和穿过所述大气密封件(17)的空气泄漏，其中，所述排气室(22)在它的径向内部的侧面上具有泄漏入口(23)，并且在它的径向外部的侧面上具有泄漏出口(24)，以及在所述泄漏入口(23)和所述泄漏出口(24)之间具有内装部件(26、27)，其中，所述内装部件(26、27)的尺寸确定为，使得所述排气室(22)具有关于所述泄漏在泄漏入口(23)处的点燃的阻火功能，和/或在所述排气室(22)中的所述泄漏是不可燃的。

Description

用于涡轮机的轴密封件
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的轴密封件。
背景技术
涡轮机例如可理解为涡轮压缩机、膨胀器或容积式压缩机。涡轮压缩机具有壳体和安装在壳体内的转子。转子具有轴，所述轴通过其在壳体外部的纵向端部支撑。因此，所述轴的纵向端部穿过所述壳体，其中，在那里所述轴借助于轴密封件相对于壳体密封。因此，涡轮压缩机的内侧与大气隔开。轴密封件的结构是常规的，使得从涡轮压缩机的内侧观察，首先设置气体分离装置，并且然后设置油分离装置。涡轮压缩机的内侧，即过程侧，借助于轴密封件与大气隔开，并且借助于油分离装置与轴承区隔开。轴密封件例如构成为气体润滑的滑环密封件，所述滑环密封件构成为串联式密封件。串联式密封件由两个气体润滑的滑环密封件构成，所述滑环密封件分别具有一个固定在壳体上的滑环和一个固定在轴上的密封静环。每个滑环在构成轴向间隙的情况下轴向紧邻于其相关联的密封静环设置。这些环在串联式密封件中设置为，使得借助主密封件使过程侧相对于火炬压力密封。借助副密封件可实现相对于大气的分隔，其中，副密封件附加地设定为在主密封件故障时用于主密封件的冗余。在两个密封静环之间引入用于阻塞轴向间隙的阻塞气体。为了隔开轴承区，例如将第三级密封件设定为油分离装置，所述第三级密封件可构成为迷宫式密封件或碳环密封件。第三级密封件由阻塞气体加载，从而实现第三级密封件的阻塞。
可使用空气作为阻塞气体。在涡轮压缩机工作时，来自阻塞气体的空气与过程气体混合，因此，当过程气体可燃时，能够形成易燃的混合气。由于安全原因总是阻止可燃性的混合气体的形成，这例如已在防爆安全守则中规定。使用惰性气体，例如氮气，作为阻塞气体提供了补救方法。但是，在涡轮压缩机在石化设备中工作时，作为阻塞气体的氮气的消耗高，以至于提供氮气的耗费和与此相关的费用是相当高。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于涡轮机的轴密封件，其中，涡轮机可在低成本的情况下以节约资源的方式工作。
根据本发明的用于涡轮机的轴密封件，所述涡轮机的过程侧可通过所述轴密封件相对于大气密封，所述轴密封件具有：过程气体密封件，其由过程气体加载且可在过程侧阻塞；大气密封件，其可由空气加载且可在大气侧阻塞；以及围绕涡轮机的轴延伸的排气室，所述排气室设置在过程气体密封件和大气密封件之间，以用于积聚和排出穿过过程气体密封件的过程气体泄漏和穿过大气密封件的空气泄漏，其中，排气室在它的径向内部的侧面上具有泄漏入口，在它的径向外部的侧面上具有泄漏出口，以及在泄漏入口和泄漏出口之间具有内装部件，其中，所述内装部件的尺寸确定为，使得排气室具有有关泄漏在泄漏入口处的点燃的阻火功能，和/或在排气室中的泄漏是不可燃的，其中，所述内装部件具有径向延伸的肋，借助所述肋在所述排气室中构成排气通道，所述泄漏能够通过所述排气通道从所述泄漏入口流动到所述泄漏出口。
在根据防爆安全守则对包含在排气室中的易爆的混合气体进行风险评估时，所包含的容积和为了冷却而存在的表面具有决定性的意义。通过在排气室中设有内装部件，所述排气室的尺寸根据本发明确定为，使得在排气室中所述混合气体具有小的容积，因此存在于排气室中的混合气体根据防爆安全守则归入为是不可点燃的。此外，由内装部件在排气室中提供变大的表面，通过所述表面，混合气体在排气室中附加地冷却。如果仍然要发生在排气室中的点火，那么在此散发的热量由变大的表面立即冷却，以至于使点火再次立即熄灭。
优选的是，内装部件具有径向延伸的肋，借助所述肋在排气室中构成排气通道，泄漏可通过所述排气通道从泄漏入口流动到泄漏出口。优选的是，排气室构成为围绕轴的圆柱形腔，在所述圆柱形腔中，所述肋围绕所述轴放射状地延伸。所述肋中的至少几个肋的圆周延伸尺寸优选随着半径增加，其中，所述肋的尺寸优选确定为，使得排气通道的横截面在半径上是恒定的。可替代地，优选的是，所述肋中的至少几个肋的圆周延伸尺寸在半径上是恒定的。
在泄漏入口处有效通流的横截面优选与在泄漏出口处有效通流的横截面大致一样大。此外，优选的是，在泄漏出口处有效通流的横截面等于或大于连接在泄漏出口上的泄漏排出管线的有效通流的横截面。
所述肋在它们的径向内部的侧面上优选构成为倒圆，以至于泄漏通过排气室的通流损失少。因此，防止了由于所述肋和与此随之而来的不希望的压力增高而导致的附加的流动阻力。所述肋的数量和形状优选选择为，使得所述肋适于冷却在排气室中的泄漏。
优选的是，过程气体密封件是气体润滑的滑环密封件，和/或大气密封件是迷宫式密封件或碳环密封件。气体润滑的滑环密封件优选构成串联式结构，其中，气体润滑的滑环密封件具有主密封件和副密封件，其中所述主密封件可由过程气体加载且在过程侧阻塞，所述副密封件朝大气的方向设置在主密封件下游的且保护所述主密封件，其中，排气室位于副密封件和大气密封件之间。此外优选的是，内装部件具有金属丝网。
附图说明
下面借助于所附示意图阐述根据本发明的轴密封件的一个优选的实施形式。附图中示出：
图1示出通过轴密封件的实施形式的纵剖视图；以及
图2示出通过图1中的轴密封件的实施形式的排气室的横截面视图。
具体实施方式
如从图1和图2中可见，涡轮压缩机具有涡轮压缩机轴1和涡轮压缩机壳体2，其中，所述涡轮压缩机轴1的所示出的纵向端部穿过所述涡轮压缩机壳体2。
涡轮压缩机的内部由过程侧3形成，相反，在涡轮压缩机的外部存在大气4。在过程侧，在工作时在涡轮压缩机中存在比大气气压更高的气压，以至于涡轮压缩机轴1可相对于涡轮压缩机壳体2从过程侧3朝向大气4密封。所述密封通过迷宫式密封件5和气体润滑的滑环密封件6来实现，其中所述迷宫式密封件5设置在过程侧，并且所述滑环密封件6安装在迷宫式密封件5和大气4之间。气体润滑的滑环密封件6具有直接设置在迷宫式密封件5下游的主密封件7，并且所述主密封件7设计成用于密封在那里存在的压力。主密封件7具有安装在涡轮压缩机轴1上的密封静环8和装入涡轮压缩机壳体2中的滑环9。密封静环8和滑环9是轴向并排地设置，其中，所述密封静环8设置在迷宫式密封件5和滑环9之间。在涡轮压缩机工作时，密封静环8借助涡轮压缩机轴1转动，以至于在密封静环8和滑环9之间存在相对运动。因此，在涡轮压缩机工作时，在密封静环8和滑环9之间产生轴向间隙，以至于密封静环8和滑环9不接触。所述轴向间隙由于主密封件7的由产品气的加载而产生，所述产品气径向通过设置在涡轮压缩机壳体2中的产品气冲洗管线10供给主密封件7。
但是，轴向间隙导致产品气作为泄漏穿过所述轴向间隙，并且积聚在主密封件7下游的泄漏腔11中。积聚在泄漏腔11中的泄漏气体例如通过火炬管线12排放给火炬，所述火炬管线相应地设置在涡轮机壳体2中。副密封件13密封在泄漏腔11或在火炬管线12中存在的压力，所述副密封件设置在主密封件7的与迷宫式密封件5相背离的侧面上。副密封件13与主密封件7类似地构成，其中，副密封件13具有与涡轮压缩机轴1连接的密封静环14和与涡轮压缩机壳体2连接的固定的滑环15。如主密封件7的密封静环8和滑环9一样，密封静环14和滑环15在构成轴向间隙的情况下并排地放置。在副密封件13的下游构成泄漏腔16，在所述泄漏腔中积聚流过副密封件13的泄漏。
为了将大气4与泄漏腔16隔开，在副密封件13和大气4之间设有第三级密封件17，所述第三级密封件由过程侧的迷宫式密封件18和大气侧的迷宫式密封件19组成。在所述迷宫式密封件18、19之间设有空气冲洗管线20，空气流过所述空气冲洗管线，以用于冲洗迷宫式密封件18、19。通过空气冲洗管线20输送的气流分布在涡轮机轴1上，以至于空气经过过程侧的迷宫式密封件18和大气侧的迷宫式密封件19。经过过程侧的迷宫式密封件18的空气部分流入泄漏腔21中，所述泄漏腔如副密封件13的泄漏腔16一样通入排气室22。排气室22设置为在副密封件13和第三级密封件17之间的环形腔，其中，在排气室22的径向内部的部分上设有泄漏入口22，通过所述泄漏入口，来自第三级密封件17的泄漏腔21的空气以及来自副密封件13的泄漏腔16的过程气体流入排气室23中。在排气室22的径向外侧上设有泄漏气体出口，在所述泄漏气体出口上连接有排气管线29。
排气室22在它的内腔中具有多个肋26、27，所述肋从泄漏气体入口23放射状地径向延伸至泄漏气体出口24。肋26、27同样沿轴向方向延伸，以至于由所述肋在排气室22中构成在肋26、27之间的多个排气通道25。
如在图2中所示，在排气室22中设有八个肋26、27，所述肋设置成均匀分布在圆周上。总共四个同样厚的肋26以水平和垂直延伸的方式构成，并且总共四个加宽的肋27以对角延伸的方式构成。肋26、27的径向的厚度分布选择为，使得在排气室22中的排气通道25的总容积小到使得根据防爆安全守则位于排气通道25中的混合气体，即由空气和过程气体组成的混合气体，被归入为是不可点燃的。在此要考虑的是，泄漏气体出口24的横截面适配于排气管线29的横截面，并且泄漏气体入口23的横截面与泄漏气体出口24的横截面一样大。因此防止了在排气室22中存在不均匀的并且因此过度耗损的流动情况。此外，在泄漏气体入口23处且在肋26、27上设有入口半径28，以便肋26、27的流体阻力尽可能地小。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机的轴密封件，所述涡轮机的过程侧(3)能够通过所述轴密封件(7、13、17)相对于大气(4)密封，所述轴密封件具有：过程气体密封件(7、13)，其能够由过程气体(10)加载且能够在过程侧(3)阻塞；大气密封件(17)，其能够由空气(20)加载且能够在大气侧(4)阻塞；以及围绕所述涡轮机的轴(1)延伸的排气室(22)，所述排气室设置在所述过程气体密封件(7、13)和所述大气密封件(17)之间，以用于积聚和排出穿过所述过程气体密封件(7、13)的过程气体泄漏和穿过所述大气密封件(17)的空气泄漏，其中，所述排气室(22)在它的径向内部的侧面上具有泄漏入口(23)，并且在它的径向外部的侧面上具有泄漏出口(24)，以及在所述泄漏入口(23)和所述泄漏出口(24)之间具有内装部件(26、27)，其中，所述内装部件(26、27)的尺寸确定为，使得所述排气室(22)具有有关所述泄漏在所述泄漏入口(23)处的点燃的阻火功能，和/或在所述排气室(22)中的所述泄漏是不可燃的，其中，所述内装部件具有径向延伸的肋(26、27)，借助所述肋在所述排气室(22)中构成排气通道(25)，所述泄漏能够通过所述排气通道从所述泄漏入口(23)流动到所述泄漏出口(24)。
2.根据权利要求1所述的轴密封件，其中，所述排气室(22)构成为围绕所述轴(1)的圆柱形环形腔，在所述圆柱形环形腔中，所述肋(26、27)围绕所述轴(1)放射状地延伸。
3.根据权利要求2所述的轴密封件，其中，所述肋中的至少几个肋(27)的圆周延伸尺寸随着半径增加。
4.根据权利要求3所述的轴密封件，其中，所述肋(27)的尺寸确定为，使得所述排气通道(25)的横截面在所述半径上是恒定的。
5.根据权利要求2到3中任一项所述的轴密封件，其中，所述肋中的至少几个肋(26)的圆周延伸尺寸在半径上是恒定的。
6.根据权利要求2到4中任一项所述的轴密封件，其中，在所述泄漏入口(23)处有效通流的横截面与在所述泄漏出口(24)处有效通流的横截面大致一样大。
7.根据权利要求6所述的轴密封件，其中，在所述泄漏出口(24)处有效通流的横截面等于或大于连接在所述泄漏出口(24)上的泄漏排出管线(29)的有效通流的横截面。
8.根据权利要求1到4中任一项所述的轴密封件，其中，所述肋(26、27)在它们的径向内部的侧面上构成为倒圆(28)，以至于所述泄漏通过所述排气室(22)的通流损失少。
9.根据权利要求1到4中任一项所述的轴密封件，其中，所述肋(26、27)的数量和形状选择为，使得所述肋(26、27)适于冷却在所述排气室(25)中的所述泄漏。
10.根据权利要求1到4中任一项所述的轴密封件，其中，所述气体密封件(7、13)是气体润滑的滑环密封件，和/或所述大气密封件(17)是迷宫式密封件或碳环密封件。
11.根据权利要求10所述的轴密封件，其中，所述气体润滑的滑环密封件构成串联式结构，其中，所述气体润滑的滑环密封件具有主密封件(7)和副密封件(13)，其中所述主密封件(7)能够由所述过程气体加载且能够在过程侧阻塞，所述副密封件(13)朝大气的方向设置在所述主密封件(7)下游并保护所述主密封件，其中，所述排气室(22)位于所述副密封件(13)和所述大气密封件(17)之间。
12.根据权利要求1到4中任一项所述的轴密封件，其中，所述内装部件具有金属丝网。
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