CN102459820B

CN102459820B - 涡轮机

Info

Publication number: CN102459820B
Application number: CN201080025701.0A
Authority: CN
Inventors: 迪尔克·格里斯哈伯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: EP2440747A1; WO2010142584A1; CN102459820A; JP2012529588A; EP2261464A1; US9175576B2; US20120082546A1; EP2440747B1; JP5512806B2; PL2440747T3; ES2441344T3

Abstract

本发明涉及一种尤其是蒸汽轮机的涡轮机(10)，其包括机器壳体(12)和轴(14)，该轴被引导穿过所述机器壳体并且至少从所述机器壳体的一侧伸出，其中至少一个存在于轴(14)和机器壳体(12)之间的环形缝隙通过轴密封装置(40)密封，其中轴密封装置(40)包括具有两个基本上径向彼此间隔的密封面对(48、50)的至少一个径向双密封件(44)，在所述密封面对之间构成环形的、可通过密封流体输入管道(52)用密封流体供给的密封流体腔(54)，其中每个密封面对(48、50)具有环形的转动的密封面(56、58)和环形的不转动的密封面(60、62)，所述转动的和不转动的密封面基本上轴向相对地设置并且相对彼此预加应力。

Description

涡轮机

技术领域

本发明涉及一种尤其是蒸汽轮机的涡轮机，其包括机器壳体和引导穿过所述机器壳体的并且至少从所述机器壳体的一侧伸出的轴，其中至少一个存在于轴和机器壳体之间的环形缝隙通过轴密封装置密封。

背景技术

在现有技术中已知这种涡轮机的完全不同的实施方式。在机器壳体的内部根据涡轮机的种类充满压力，所述压力低于或高于涡轮机环境的大气压力。在涡轮机中的基本的问题在于，存在于轴和机器壳体之间的环形缝隙由于在轴表面和邻接的机器壳体面之间的相对运动而不能够完全地密封。这导致，例如在具有低于大气压力的废蒸汽压力的蒸汽轮机中，环境流体能够浸入到机器壳体的内部中，这导致不利地影响蒸汽轮机的效率和运行。相反地，在压缩机或燃气轮机中，——其中机器壳体内部压力大于机器壳体环境压力——，过程流体能够从机器壳体的内部溢出到机器壳体周围环境，这对于涡轮机的热效率起到负作用。

下面参考图1、2和3说明具有传统的轴密封装置的蒸汽轮机的形式的涡轮机，其中图1示出蒸汽轮机的示意图，图2示出在图1中示出的蒸汽轮机的机器壳体的背面的密封壳的示意图，所述蒸汽轮机具有传统的轴密封装置，并且图3以图表的方式示出在图2中示出的轴密封装置中充满的压力。

蒸汽轮机100包括机器壳体102，轴104延伸穿过所述机器壳体，所述轴从机器壳体102的两侧伸出。机器壳体102设有正面的密封壳106和背面的密封壳108，其中背面的密封壳108当前承担的任务是，相对于机器壳体周围环境密封在机器壳体102之内限定的压力腔110。通过输入管道112将新鲜蒸汽输送给蒸汽轮机100的压力腔110，所述输入管道112在穿流方向上依次设有快速关闭阀114和控制阀116。在蒸汽轮机100中的蒸汽膨胀之后，废蒸汽通过输出管道118供给设有冷却装置120的且与抽真空装置122有效连接的冷凝设备124，并且在那里冷凝。

所形成的冷凝物通过管道126从冷凝设备124中导出。

如在图2中所示，为了密封存在于轴104和背面的密封壳108之间的环形缝隙125，背面的密封壳108设有轴密封装置128，所述密封壳固定地并且密封地安装到机器壳体102中或与机器壳体102形成结构化的单元。轴密封装置128从压力腔110开始包括至少三个一个接一个的密封模块，即内部的迷宫式密封件130、中间的迷宫式密封件132和外部的迷宫式密封件134，所述密封件密封环形缝隙125。

在蒸汽轮机100运行时，在机器壳体102的背面的废蒸汽区域138中存在低于废蒸汽压力p_AD的废蒸汽。在机器壳体102之外存在低于环境压力p_u的空气，所述环境压力高于废蒸汽压力P_AD。从废蒸汽区域138开始，在内部的迷宫式密封件130和中间的迷宫式密封件132之间，低于密封蒸汽压力p_SD的密封蒸汽通过密封蒸汽输入管道140导入到环形缝隙125中，其中密封蒸汽压力p_SD略微高于环境压力p_U。在此，必须精确地控制或者调节密封蒸汽压力p_SD以及密封蒸汽的温度，以便避免由于在背面的密封壳108和在轴104上的过热或冷凝而导致的泄漏和损害。密封蒸汽的压力降沿废蒸汽区域138的方向通过内部的迷宫式密封件130降低到废蒸汽压力p_AD的压力水平，并且沿环境方向通过中间的迷宫式密封件132降低到在中间的迷宫式密封件132和外部的迷宫式密封件134之间的充满的汽封蒸汽压力p_WD，其中汽封蒸汽压力p_WD由于在汽封蒸汽输出管道142中的烟囱抽力略低于机器壳体环境压力p_U。根据通过密封蒸汽输入管道140供给的密封蒸汽压力p_SD的水平也可设想，密封蒸汽压力p_SD由于设计原因没有完全通过中间的迷宫式密封件132降低到环境压力p_U的水平，并且蒸汽通过外部的迷宫式密封件134向外逸出。为了避免上述情况，能够可选地在下游连接其他的迷宫式密封件，所述迷宫式密封件具有位于其中的汽封蒸汽输出管道，然而这在图2中没有示出。可代替的是，在汽封蒸汽输出管道142的下游连接（没有示出的）冷凝设备，以用于辅助抽吸效果。根据积聚的冷凝物量，能够在各个迷宫式密封件130、132、134之间设置冷凝水排放装置144，其中在图2中仅示出在中间的迷宫式密封件132和外部的迷宫式密封件134之间的冷凝水排放装置144。

在图2中示出的装置存在下述问题，即作为密封流体的密封蒸汽的使用导致极其耗费的并且昂贵的构造，这尤其归因于耗费的密封蒸汽调节和设有汽封蒸汽输出管道。

在DE-A-3612327中公开了另一种涡轮机。

发明内容

因此基于该现有技术，本发明的目的为，提供一种涡轮机，尤其是在开头部分所述类型的蒸汽轮机，在所述涡轮机中能够完全弃用作为密封流体的密封蒸汽，而没有导致在轴密封装置的密封性以及运行安全性方面的损失。

为了实现这个目的，本发明提供一种尤其是蒸汽轮机的涡轮机，其包括机器壳体和轴，该轴被引导穿过所述机器壳体并且至少从所述机器壳体的一侧伸出，其中至少一个存在于轴和机器壳体之间的环形缝隙通过轴密封装置密封，其中轴密封装置包括具有两个基本上径向彼此间隔的密封面对的至少一个径向双密封件，在所述密封面对之间构成环形的密封流体腔，所述密封流体腔能够通过密封流体输入管道加载处于一定压力下的气态的密封流体，使得径向双密封件在每个工作点上在两侧具有正的压力差，其中每个密封面对具有环形的转动的密封面和环形的不转动的密封面，所述转动的和不转动的密封面基本上轴向相对地设置并且相对彼此预加应力。

根据本发明的涡轮机的主要优点为，能够完全弃用作为密封蒸汽流体的密封蒸汽供给，因为相对于在图2中示出的传统的轴密封装置，经由径向双密封件的压力差降低。相应地，取消整个密封蒸汽供给以及汽封蒸汽输出管道，这导致根据本发明的涡轮机的低成本的结构。此外，根据本发明的涡轮机由于不存在密封蒸汽供给而具有极其高的效率。径向双密封件在两侧产生进入的密封流体的压力降，因此在机器壳体的废蒸汽区域中的压力能够下降到低于机器壳体环境压力，所述密封流体例如能够以空气或氮气的形式来提供。由于通过径向双密封件限定的极其小的密封间隙，相比较于空气泄漏量，导入的密封流体的向内定向的泄漏极其小，为此设计冷凝设备124的在图1中示出的具有传统的轴密封装置128的抽真空装置122。此外，能够直接地通过密封流体的输送来监控径向双密封件。

优选的是，不转动的密封面设置在共同的不转动的密封面载体上，并且/或者转动的密封面设置在共同的转动的密封面载体上。以这种方式能够极其简化了根据本发明的涡轮机的构造。

有利的是，不转动的密封面通过弹力朝转动的密封面的方向预加应力。以这种方式能够不太复杂地构成转子的受到离心力的构造。例如能够通过一个或多个弹性元件提供弹力。

密封面对有利地同轴于轴设置，由此获得简单的并且节约空间的结构。

径向双密封件的借助密封流体的加载选择为，使得径向双密封件在每个工作点上在两侧具有正的压力差，使得持续地获得在密封面对的相对置的密封面之间的稳定的流体膜。

相对于径向双密封件向外设有至少一个外部的附加轴密封件，并且/或者相对于径向双密封件向内设有至少一个内部的附加轴密封件，其中附加轴密封件例如能够以迷宫式密封件的形式构成。以这种方式确保，在径向双密封件损坏时，将空气侵入限制在冷凝器中并且因此涡轮机的应急运行或者至少一个受控的停机是可能的。

径向双密封件的通过至少一个外部的附加轴密封件的分隔是尤其有效的，因为能够借助分离流体加载位于径向双密封件和至少一个外部的附加轴密封件之间的空隙。这个分离流体能够为经过滤的环境介质，例如空气。当在整个轴密封装置外例如设有储油器时，从所述储油器中排出的油雾能够到达轴密封装置中并且可能产生危险的流体混合物，那么这种构造是尤其有利的。

此外有利的是，设有至少一个流体输出管道，其优选设置在至少一个内部的附加轴密封件和径向双密封件之间。

根据本发明的实施形式，涡轮机为蒸汽轮机，其中轴密封装置设置在机器壳体的背面的密封壳上，所述密封壳优选固定地并且密封地装入到机器壳体中或者与机器壳体形成结构化的单元。

根据本发明的实施形式，涡轮机具有蒸汽轮机的形式，其中轴密封装置设置在机器壳体的正面的密封壳上。

可代替或者可附加的是，也能够根据涡轮机的在结构上和在热力学上的要求在正面的密封壳106上设有轴密封装置。

附图说明

借助具有蒸汽轮机形式的根据本发明的涡轮机的实施形式的下述说明且参考附图详细阐明本发明的其他的特征和优点。其中，

图1示出蒸汽轮机的基本结构的示意图；

图2示出图1中示出的蒸汽轮机的机器壳体的背面的密封壳的示意的局部视图，其中背面的密封壳设有传统的轴密封装置；

图3示出在图2中示出的传统的轴密封装置内充满的压力的示意图；

图4示出具有蒸汽轮机形式的根据本发明的涡轮机的实施形式的示意图；

图5示出图4中示出的蒸汽轮机的机器壳体的背面的密封壳的示意的局部视图，其中背面的密封壳设有根据本发明的轴密封装置；

图6示出在图5中示出的轴密封装置中充满的压力的示意图；以及

图7示出图5中示出的轴密封装置的根据本发明的径向双密封件的实施形式的剖视图。

具体实施方式

图4示出具有蒸汽轮机10的形式的根据本发明的涡轮机。蒸汽轮机10包括机器壳体12，轴14延伸穿过所述机器壳体，所述轴从机器壳体12的两侧伸出。机器壳体12设有正面的密封壳16和背面的密封壳18，其中这两个密封壳承担的任务是，相对于机器壳体周围环境密封在机器壳体12之内限定的压力腔20。通过输入管道22将新鲜蒸汽输送给蒸汽轮机10的压力腔20，所述输入管道在穿流方向中依次地设有快速关闭阀24和控制阀26。在蒸汽轮机10中的蒸汽的膨胀之后，废蒸汽通过输出管道28供给设有冷却装置30的且与抽真空装置32有效连接的冷凝设备34，并且在那里冷凝。形成的冷凝物通过管道36从冷凝设备34中导出。

如尤其在图5中示出，为了密封存在于轴14和密封壳16或18之间的环形缝隙38，密封壳16或18设有轴密封装置40，所述密封壳固定地并且密封地装入到机器壳体12中或者与机器壳体12形成结构化的单元。轴密封装置40从压力腔20开始包括至少三个一个接一个的密封模块，即内部的迷宫式密封件42、径向双密封件44和外部的迷宫式密封件46，所述密封件共同地密封环形缝隙38。

在图7中详细地示出的径向双密封件44包括两个基本上径向彼此间隔的密封面对48和50，在所述密封面对之间构成环形的、可通过密封流体输入管道52加载的密封流体腔54。每个密封面对48、50具有环形的、转动的密封面56，58和环形的、不转动的密封面60、62，所述密封面基本上轴向相对地设置。转动的密封面56、58设置在转动的密封面载体66上，所述转动的密封面载体通过毂元件68固定地与轴14连接。不转动的密封面60和62设置在不转动的密封面载体70上，所述不转动的密封面载体保持在空心圆柱形的保持元件71上，所述保持元件固定地与密封壳体69连接，并且所述保持元件又固定地与密封壳16或18连接或者与密封壳形成结构化的单元。保持元件71在其指向转动的密封面56和58的端部上具有环形的容纳部72，不转动的密封面载体70轴向可移动地插入到所述容纳部中。在保持元件71的内腔中定位弹性元件73，其相对于转动的密封面载体66对不转动的密封面载体70施加预应力，使得不转动的密封面60和62同轴于轴14压靠相应的转动的密封面56和58。

此外，轴密封装置40包括冷凝物输出管道74和分离流体输入管道76，所述冷凝物输出管道将冷凝物从存在于内部的迷宫式密封件42和径向双密封件44之间的环形腔中排出，所述分离流体输入管道通入存在于径向双密封件44和外部的迷宫式密封件46之间的环形腔内，以便将分离流体供给该环形腔。

在运行期间，在压力腔20的废蒸汽区域78中的过程流体处于废蒸汽压力p_AD下，所述废蒸汽压力低于机器壳体环境压力p_U。在内部的迷宫式密封件42和径向双密封件44之间，聚集的冷凝物通过冷凝物输出管道74排出。如果要使废蒸汽足够地过热，那么需要时能够弃用内部的迷宫式密封件42。将例如为空气或氮气形式的具有过压p_SF1的密封流体通过密封流体输入管道52供入径向双密封件44中，使得向内和向外产生穿过径向双密封件44的两个密封面对48和50的出流。在径向双密封件44和外部的迷宫式密封件46之间，通过分离流体输入管道46导入具有压力p_SF2的分离流体，所述分离流体沿机器壳体周围环境的方向逸出，并且阻止可能的杂质从外部在入口处进入到轴密封装置40中。分离流体例如能够为环境的经净化的介质或者惰性流体，例如氮气或类似的流体。

如借助图6示意地示出，轴密封装置40确保，所使用的密封流体的压力p_SF1高于其他的压力，并且相应地在运行状态下总是确保可靠的密封作用。

Claims

1.涡轮机（10），

包括机器壳体（12）和轴（14），所述轴被引导穿过所述机器壳体并且至少从所述机器壳体的一侧伸出，

其中至少一个存在于所述轴（14）和所述机器壳体（12）之间的环形缝隙通过轴密封装置（40）密封，

其中所述轴密封装置（40）包括具有两个基本上径向彼此间隔的密封面对（48、50）的至少一个径向双密封件（44），在所述密封面对之间构成环形的密封流体腔（54），所述密封流体腔能够通过密封流体输入管道（52）施加处于一定压力（p_SF1）下的气态的密封流体，使得所述径向双密封件（44）在每个工作点上在两侧具有正的压力差，

其中每个密封面对（48、50）具有环形的转动的密封面（56、58）和环形的不转动的密封面（60、62），所述转动的和不转动的密封面基本上轴向相对地设置并且相对彼此预加应力，

其特征在于，

相对于所述径向双密封件（44）向外设有至少一个在所述机器壳体（12）中的外部的附加轴密封件（46），并且能够借助分离流体加载位于所述径向双密封件（44）和所述至少一个外部的附加轴密封件（46）之间的空隙，所述分离流体的压力（p_SF2）小于所述密封流体的所述压力（p_SF1）并且大于环境压力（p_u）。

2.根据权利要求1所述的涡轮机（10），其特征在于，

所述不转动的密封面（60、62）设置在共同的不转动的密封面载体（70）上，并且/或者所述转动的密封面（56、58）设置在共同的转动的密封面载体（66）上。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机（10），其特征在于，

所述不转动的密封面（60、62）通过弹力朝所述转动的密封面（56、58）的方向预加应力。

4.根据权利要求1或2所述的涡轮机（10），其特征在于，所述密封面对（48、50）同轴于所述轴（14）设置。

5.根据权利要求1或2所述的涡轮机（10），其特征在于，

相对于所述径向双密封件（44）向内设有至少一个内部的附加轴密封件（42）。

6.根据权利要求5所述的涡轮机（10），其特征在于，

设有至少一个流体输出管道（74），其设置在所述至少一个内部的附加轴密封件（42）和径向双密封件（44）之间。

7.根据权利要求1或2所述的涡轮机（10），具有蒸汽轮机的形式，其中所述轴密封装置（40）设置在所述机器壳体（12）的背面的密封壳（18）上。

8.根据权利要求1或2所述的涡轮机（10），

具有蒸汽轮机的形式，其中所述轴密封装置（40）设置在所述机器壳体（12）的正面的密封壳（16）上。

9.根据权利要求1或2所述的涡轮机（10），其特征在于，所述涡轮机（10）是蒸汽轮机。