CN102865107A - 轴向轴密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机，具有安装在轴壳体（1）内的转子轴（2）、至少一个在相应叶轮壳体（5）内设于转子轴（2）一端上的径向叶轮（4）并且具有位于叶轮壳体的流动区域（7）和在轴壳体（1）内部围绕该转子轴（2）的自由空间（8）之间的密封组件（9），该密封组件（9）具有多个相互间隔的密封件（10A，10B，10C），以将该流动区域（7）和该自由空间（8）分开。根据本发明，具有密封件（10A，10B，10C）的整个密封组件（9）设在径向延伸的间隙（11）内并且该转子轴（2）的轴向延伸部分没有密封件。

Description

轴向轴密封件
技术领域
本发明涉及一种涡轮机，其具有安装在轴壳体内的转子轴、至少一个在相应叶轮壳体内设于转子轴一端上的径向叶轮并且具有位于叶轮壳体的流动区域和在轴壳体内部围绕该转子轴的自由空间之间的密封组件，该密封组件具有多个相互间隔的密封件以便将该流动区域和该自由空间分开。该径向叶轮用来膨胀或压缩流体，以使该叶轮壳体内的流动区域，尤其是径向与叶轮相邻的流动区域，具有与位于包围轴壳体的自由空间内的转子轴不同的压力水平。
背景技术
为了避免不需要的流体流过轴壳体以及避免降低涡轮机效率的压力损失，位于该轴的轴向延伸部分上的密封组件通常设在一方面叶轮壳体的流动区域和另一方面轴壳体内部的自由空间之间。根据实际经验，还已知的是将刷式密封件、滑动环密封件或迷宫式密封件形式的密封件在该轴的轴向延伸部分上设于转子轴和轴壳体之间。为了使其可以实现，转子轴必须在轴壳体内部具有足够长度。此外，轴承和可选择地电动机或发电机形式的电机必须设在轴壳体内。
在径向叶轮的背部和用来膨胀或压缩气体或蒸气形式的流体的相应壳体表面之间的径向间隙内具有圆周刷式密封件的涡轮机公开于DE 10 2004 041 439中。根据具有导言部分描述的特征的实施例，密封组件具有多个相互间隔的密封件，在该实施例中，除了圆周刷式密封件之外，迷宫式密封件设在轴向延伸的轴部分上，以使侧向与径向叶轮相邻的流动区域通过位于径向间隙内的刷式密封件和位于该轴的轴向延伸部分上的迷宫式密封件与在该轴壳体内部包围转子轴的自由空间分隔。
设在具有流体腔的径向叶轮后面上的涡轮机公开于EP 1 281 836[US 6,616,423]和DE 10 2006 049 516[US 8,113,798]中，为了抵偿轴向推力可用压缩流体填充该流体腔。可通过输入和排出压缩流体改变源自作为缓冲的中间空间的支撑力。为了限定这个中间空间，位于一方面径向叶轮及壳体后部和另一方面转子轴的径向延伸部分之间的密封组件是必需的。
由于高转速，当操作必须考虑零件尤其是转子组件的固有频率的涡轮机时经常出现问题。当涡轮机的工作频率在临界固有频率范围内时，存在可导致磨损增加乃至涡轮机损坏的振动增加的风险。因此操作涡轮机时已知的是避开特定固有频率范围。
在这个背景下，本发明的目的是消除或至少减少所述缺陷。
发明内容
根据本发明，由具有引言中所述的特征的涡轮机开始，本发明的目的通过以下方式实现，具有用来保持径向流动区域和轴向空间之间的压差的密封件的整个密封组件设在径向延伸的间隙内，并且该转子轴的轴向延伸部分没有密封件。因此，当设计涡轮机时，轴向延伸部分不是必须设在转子轴上用于安装密封件，因此能使转子轴相应地较短。即使节省的材料和空间相对较小，转子的动态转动性能也得到明显改进。通过缩小转子轴的轴向安装空间，整个转子变得具有更大刚性，由此特定固有频率增加。因此，当运行该涡轮机时，仅在较高速时才达到特定的固有频率，即使当它们实际上不能变到最大速度以上时。
该涡轮机可在转子轴上仅仅具有一个径向叶轮或者在轴的每一端上具有径向叶轮。因而在本发明范围内的是，第一径向叶轮在第一叶轮壳体中位于第一轴端上并且第二径向叶轮在第二叶轮壳体中位于第二轴端上，具有先前所述特征的密封组件一方面位于第一叶轮壳体的流动区域和自由空间之间，另一方面位于第二叶轮壳体的流动区域和自由空间之间。该密封组件具有至少两个相互间隔设在径向间隙中的密封件。
在本发明范围内，径向间隙还可由相互之间轴向偏置的多个间隙部分组成，因此形成阶梯状。然而，各个密封件甚至在这种情况下也总是设在径向延伸的间隙部分内。
在本发明范围内，在一方面的轴壳体与另一方面的叶轮壳体之间区别开。这样一来，当轴壳体和叶轮壳体可以相互完全分开时也在本发明范围内。然而，轴壳体和叶轮壳体也可以是单个壳体的部分。为了接近涡轮机的各个组件，这样的单个壳体可沿其轴线分成两部分，例如上部和下部。
如果该涡轮机仅仅具有一个设在转子轴上的悬臂式径向叶轮，变速箱或电机通常设在轴壳体内，在用作压缩机时作为输入装置或者在用作膨胀机时作为输出装置。如果在一具有两个悬臂式径向叶轮的实施例中，该涡轮机打算用作两级压缩机或两级膨胀机，这里也需要变速箱或者电机，即电动机或发电机，作为输入装置或输出装置。在组合式压缩膨胀机中，也就是说当一个径向叶轮用来膨胀而另一个径向叶轮用来压缩时，压缩级可由膨胀级直接驱动。然而，在这里也可以设置变速箱或电机来利用过多能量或输入所需能量。
根据本发明的一个优选实施例，具有多个相互间隔的密封件的密封组件设在方向朝向轴壳体的径向叶轮的背面，而该径向叶轮的正面具有用来压缩或膨胀工作流体的叶片。
取决于工作流体，可能需要保护流体免受污染或者防止工作流体漏到轴壳体中造成的泄漏损失。为了冲洗（flush）密封组件的区域或者排出泄漏气体，用于输入阻隔气体或排出泄漏气体的连接口可设在至少一个形成在密封件之间的中间室内。该中间室也在径向方向上沿着间隙以至少几个部分延伸。该连接口可由轴壳体内的孔形成，例如输入管或排出管连接到的孔。
在本发明范围内，刷式密封件、滑动环密封件和形成迷宫的在间隙内交替设置的突出部都适于作为该密封组件的密封件。相同的密封件或不同类型的密封件可用来形成密封组件。在刷式密封件和滑动环密封件的情况下，彼此相关的密封面有利地垂直于转子轴的轴线对齐。
附图说明
接下来参考显示仅仅一个示例性示出的实施例的附图描述本发明。在附图中：
图1是涡轮机的剖视图，
图2是径向叶轮区域内涡轮机的一种替代设计方案的详图。
具体实施方式
图1显示出根据其基本结构具有安装在轴壳体1上的转子轴2的涡轮机。转子轴2的轴向和径向推力轴承3仅仅通过举例方式给出，可以是滚柱轴承、磁轴承、流体静力润滑轴承和/或流体润滑轴承。
在所示实施例中，悬臂式径向叶轮4在相应叶轮壳体5中被承载在转子轴2的每一端上。最后，将电机6设在轴壳体1内部和转子轴2上作为输入或输出装置。当两个径向叶轮4用作压缩机的阶段时，转子轴2由用作电动机的电机6驱动。另一方面，当径向叶轮4为膨胀机的阶段时，电机6用作发电机。
根据本发明，为使叶轮壳体5的径向流动区域7与在轴壳体1内部包围转子轴2的自由空间8实现流体分离，提供具有多个密封件10A，10B的密封组件9。根据本发明，利用密封件10A，10B来保持流动区域7和自由空间8之间的压差的整个密封组件9安装在径向延伸的间隙11中，因此该转子轴2的轴向延伸部分没有密封件。与现有技术的已知设计相比，转子轴2因而可以制得较短，因此整个转子是动态刚性的并且具有高的特定固有频率。
对于图1实施例中的密封件10A，10B，第一密封件10A是圆周滑动环密封件而第二密封件10B是多个在两个径向叶轮4的背面12上形成迷宫的突出部。
图2是根据本发明的涡轮机的一种替代设计方案的详图，其中径向间隙11被分成阶梯11A、11B和11C。例如在图示实施例中为刷式密封件的密封件10C设在各个径向间隙部分11A、11B、11C中。为了能够将阻隔气体输到密封组件9或者能够从该密封组件9排出泄漏气体，孔13设在轴壳体1内，该孔13径向向外通向位于相互间隔的两个密封件10C之间的中间室14内。

Claims (8)

1.一种涡轮机，具有安装在轴壳体（1）中的转子轴（2）、至少一个在相应叶轮壳体（5）内设于该转子轴（2）一端上的径向叶轮（4）并且具有位于该叶轮壳体的流动区域（7）和在该轴壳体（1）内部围绕该转子轴（2）的自由空间（8）之间的密封组件（9），该密封组件（9）具有多个相互间隔的密封件（10A，10B，10C）以将该流动区域（7）和该自由空间（8）分开，其特征在于，具有密封件（10A，10B，10C）的整个密封组件（9）设在径向延伸的间隙（11）内并且该转子轴（2）的轴向延伸部分没有密封件。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，第一径向叶轮（4）在第一叶轮壳体（5）中位于第一轴端上，并且第二径向叶轮（4）在第二叶轮壳体（5）中位于第二轴端上，其中径向间隙（11）中的密封组件（9）中的相应件位于第一叶轮壳体（5）的流动区域（7）和自由空间（8）之间以及第二叶轮壳体（5）的流动区域（7）和自由空间（8）之间。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，电机（6）设在轴壳体（1）内。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的涡轮机，其特征在于，该径向叶轮（4）具有方向朝向轴壳体（1）的承载密封组件（9）的背面（12）。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮机，其特征在于，用来输入阻隔气体或排出泄漏气体的连接口能设在形成在密封件（10C）之间的至少一个中间室（14）内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的涡轮机，其特征在于，该密封组件（9）包括至少一个刷式密封件（10C），该刷式密封件的相面对的密封面垂直于该转子轴（2）的轴线延伸。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的涡轮机，其特征在于，该密封组件（9）具有至少一个滑动环密封件（10A），该滑动环密封件的相面对的密封面垂直于该转子轴（2）的轴线延伸。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的涡轮机，其特征在于，该密封组件（9）具有至少一个在限定出径向间隙（11）的相面对的表面上具有交替部分的迷宫式密封件（10B）。
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