CN104662343A - 具有气体密封件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有气体密封件(GS)、定子(S)和沿着轴线(X)延伸的转子(R)的用于密封定子(R)和转子(S)之间的密封间隙(SGP)的装置，所述装置包括：旋转的转子密封环(RSR)；和静止的定子密封环(SSR)；旋转的固定元件(FE)，所述固定元件将转子密封环(RSR)轴向固定在转子(R)上，其中固定元件(FE)沿环周方向(CD)至少在环周的一部分之上延伸，其中固定元件(FE)至少部分地在轴向地并且沿环周方向(CD)延伸的具有径向的间隙高度(GH)的间隙(GP)中设置在转子(R)和旋转的转子密封环(RSR)之间，其中间隙(GP)在旋转的转子密封环(RSR)一侧由密封环表面(SRS)并且在转子(R)一侧由转子表面(RS)限定，其中密封环表面(SRS)具有第一凹部(SRD)并且转子表面(RS)具有第二凹部(RSD)，其中固定元件(FE)部分地在第一凹部(SRD)中并且部分地在第二凹部(RSD)中设置，使得在旋转的转子密封环(RSR)和转子(R)之间的超过理论位置范围的轴向相对运动仅能经由固定元件(FE)的径向变形实现。

Description

具有气体密封件的装置
技术领域
本发明涉及一种具有气体密封件、定子和沿着轴线延伸的转子的用于密封转子和定子之间的密封间隙的装置，所述装置包括旋转的转子密封环和静止的定子密封环，还包括旋转的固定元件，所述固定元件将转子密封环轴向地固定在转子上。
背景技术
气体密封件对于流体机械、尤其是构成为涡轮机的压缩机而言，是在由于相对较小的泄漏而造成的较高的压力下的优选的密封方式。例如与传统的迷宫密封件相比，干式气体密封件的低一个数量级的泄漏能够实现相应的涡轮机的明显的效率增长。
与相对简单构造的迷宫密封件相比，新型的干式气体密封件关于运行条件是要求相对高的。可靠的运行要求相应准备和清洁的密封气体。此外，用于可靠的运行的干式气体密封件规定特定的最小转速。
在开始提到的气体密封件中，通常旋转的转子密封环和静止的定子密封环在径向延伸的密封平面上分别以密封环上的密封面相对置。为了能够成功地实施密封原理，需要的是，将两个密封环的密封面精确地加工并且相互定向成，使得在可复现的运行条件下，密封气体的滑动膜在密封面之间构建并且与此相应地密封件能够无接触地工作。在全部可考虑的运行条件下的高的精确度要求通常仅借助特殊的材料选择来实现。旋转的和静止的定子密封环因此通常没有一件式地与定子或转子连接，其中通常静止的定子密封环也弹性地相对于旋转的转子密封环预紧。旋转的转子密封环固定在转子上，因此不会造成尤其在轴向方向上的不可控的相对运动。在传统的密封装置中，通常在转子的旋转的转子密封环和相应的轴向接触凸肩之间的轴向接触部上会造成微动磨损，因为传统的装置能够实现轴向的相对运动。
德国专利商标局对优先权的首次申请DE 10 2012 215887的审查意见通知书引用下述文献：DE 69 04 740 U、DE 41 19 768 A1、DE102010041208 A1。DE 10 2012 215887示出滑动环在转子上的同时的轴向的固定和密封。DE 41 19 768 A1示出具有两个反向的螺旋槽的气体密封件，其中滑动环以弹性地弹回的方式随轴转动并且相应的配合环构成为是静止的。DE 102010041 208 A1致力于静态的密封元件。因此，防止微动磨损的解决方案迄今既不是已知的、也没有被实现。
发明内容
因此，本发明具有下述目的：将开始提及的气体密封件的旋转的转子密封环轴向地固定在转子上以防止激发运动，使得不能够出现微动磨损。
为了实现根据本发明的目的，提出一种开始提及的这种装置，所述装置借助权利要求1的表征部分的特征改进。
所有方向说明、例如轴向、径向、环周方向或切向参照(当没有另作说明时)在权利要求1中详述的转子轴线。
根据本发明的固定元件用于将旋转的转子密封环可靠地轴向固定在转子上。在此，不仅用转子只表示实心的一件式的轴，而且也表示例如密封模块的旋转的组成部分，所述组成部分能够优选地套筒状地推到转子上并且在那里轴向地固定。
本发明的一个特殊的优点是旋转的转子密封环在转子上借助于固定元件的弹性的径向变形的根据本发明的非常简单的安装，使得安装甚至能够在没有工具的情况下实现。同样地，旋转的转子密封环在转子上的安装是可逆的。旋转的转子密封环在转子上的永久的径向的和轴向的预紧同时用于旋转的转子密封环相对于转子的径向定向。此外，从转子到转子密封环的可能的激发运动通过固定元件弹性地衰减。
本发明的一个有利的改进方案提出，固定元件的变形并非塑形地、而是优选弹性地进行。在此优选的是，弹性元件的变形仅在固定元件的材料的弹性的变形范围中进行。
尤其有意义地，固定元件在转子的或旋转的密封元件的整个环周之上延伸，使得能够避免可能的不对称和还有不平衡。
在另一个优选的实施方式中，固定元件构成为螺旋环。经验已经示出，螺旋状成形的弹簧最好地满足对径向的可变形性的要求。固定元件的螺旋件优选由扁平型材构成并且尤其优选由钢、尤其由不锈钢构成。对于侵蚀性气体、尤其是硫化氢起作用的应用中适当的是，固定元件的材料是耐酸性气体的。
原则上，适当的是，转子和旋转的转子密封环上的凹部在整个环周之上延伸，如固定元件那样，所述固定元件部分地设置在所述凹部中并且将旋转的转子密封环以组合的形状配合和夹紧座的方式与转子预紧。优选地，装置构成为，使得包括静止的辅助密封元件，所述辅助密封元件将旋转的转子密封环相对于转子密封在转子凸肩上，其中辅助密封元件将轴向的预应力施加到旋转的转子密封环上。在此，有意义的是，辅助密封元件的所述轴向的预应力防止来自固定元件的弹性变形的复位力，其中固定元件的防止离开旋转的转子密封环的理论位置的轴向的相对移动的复位力大于辅助密封元件的预应力。
尤其优选地，固定元件设计成，使得来自固定元件的弹性变形的复位力超过辅助密封元件的轴向的预应力和由激发转子密封环离开转子在运行中(即在额定转速下)可承受的轴向的离心率产生的惯性力的总和。
一个有利的改进方案提出，第一凹部和/或第二凹部轴向地在两侧分别通过径向的突出部在环周的至少一部分之上限界。由此，固定元件将转子密封环在预设的轴向位置上保持在转子上。
附加地或尤其替选地，有意义的是，固定元件在旋转的转子密封环的理论位置范围和转子中相对彼此弹性预紧或变形并且弹性产生的复位力将转子密封环相对于轴或转子或轴套上的轴凸肩或各个接触凸肩按压，使得转子密封环位于轴向地通过所述接触部明确限定的位置中。
优选地，固定元件是固定装置的唯一的元件，所述元件借助轴向力固定转子密封环。
为了避免微动磨损，优选的是，当旋转的转子密封环和转子相对彼此处于理论位置范围中时，固定元件径向地弹性变形，使得由弹性变形引起的作用到凹部的表面上的法向力引起在表面和固定元件之间产生的摩擦力，所述摩擦力将在运行中得到的转矩从转子密封环传递到转子上。
尤其优选的是本发明的一个设计方案，在所述设计方案中，固定元件部分地在第一凹部中并且部分地在第二凹部中设置，使得超过理论位置范围的在旋转的转子密封环和转子之间的轴向的相对运动仅能够经由固定元件的径向变形实现，并且使得能够借助于所述径向变形从转子拆卸转子密封环。
附图说明
下面，根据用于说明的特殊的实施例参照附图详细描述本发明。
图1示出贯穿根据本发明的具有气体密封件的装置的纵剖面的示意图，
图2示出根据本发明的固定元件的环周部段的示意图。
具体实施方式
图1示出贯穿根据本发明的具有气体密封件GS的装置的纵剖面的示意图。气体密封件GS包括定子S和转子R。定子S的关键的元件是静止的定子密封环SSR、弹性元件EEL和壳体构件CAS。转子R的重要的元件是轴SH、承载套筒CS、轴螺母SN和旋转的转子密封环RSR。承载套筒CS沿着轴线X与轴SH同轴地延伸并且借助于轴螺母SN轴向地在轴SH上相对于没有示出的轴凸肩固定。密封件SO密封在轴SH和承载套筒CS之间的留下的间隙。承载套筒CS具有径向伸出的凸肩SD，所述凸肩具有轴向的接触面CSF。轴向的接触面CSF具有凹陷部SSD，所述凹陷部用于容纳静态的次级密封元件SSE。静态的次级密封元件SSE贴靠在旋转的转子密封环RSR的接触面SSF上。次级密封元件SSE通过旋转的转子密封环RSR的接触面SFS由弹性元件EEL和固定元件FE的预应力轴向压紧在承载套筒CS和旋转的密封元件RSR之间。在此，在静止状态下，也造成旋转的转子密封环RSR和静态的定子密封环SSR在密封平面SP中的轴向的接触，在所述密封平面上，旋转的转子密封环RSR和静态的定子密封环SSR的密封面SSF相对置。
固定元件FE设置在转子R的承载套筒CS和旋转的转子密封环RSR之间的间隙GP的区域中。间隙GP具有径向的间隙高度GH。旋转的转子密封环RSR在径向向内指向转子R的密封环表面SRS上设有第一凹部SRD，并且在对置侧上，转子R或承载套筒CS设有第二凹部RSD，在所述凹部SRD、RSG中分别径向部分地设置有固定元件FE。凹部RSD、SRD同固定元件FE那样沿环周方向延伸。在运行中，旋转的转子密封环RSR处于轴向的理论位置中并且仅能够在旋转的转子密封环RSR和转子R的承载套筒CS或其他部分之间进行轴向相对运动的情况下在固定元件FE由于分别部分地径向设置在凹部RSD或SRD中而径向变形的情况下运动离开所述理论位置范围。固定元件FE的所述变形仅弹性地在产生相应地反向于所述相对运动定向的复位力BF的条件下进行，其中运动元件FE的变形力的径向分量通过旋转的转子密封环RSR的环形形状由旋转的转子密封环RSR吸收。凹部与固定元件FE共同调整，使得来自固定元件FE的轴向的预应力抵抗来自静态的次级密封元件SSE的轴向的预应力地持久预紧静态的次级密封件SSE。
图2示出固定元件FE的环周部段的示意图。固定元件FE构成为沿环周方向延伸的扁材螺旋件。材料是耐酸性气体的。
在图2中示出的固定元件FE的螺旋结构具有附加的优点：不仅进行将旋转的转子密封环RSR轴向地固定在转子R上，而且固定也沿环周方向进行。在对旋转的转子密封环RSR加载转矩时，所述转矩适合于改变沿环周方向相对于转子R的位置，在固定元件FE上的沿径向方向的预应力用于：将扁平型材的棱边或缠绕成螺旋的扁平钢型材的棱边分别支撑在转子R或旋转的转子密封环RSR上并且以所述方式防止相对运动。

Claims (11)

1.一种具有气体密封件(GS)、定子(S)和沿着轴线(X)延伸的转子(R)的用于密封所述定子(R)和所述转子(S)之间的密封间隙(SGP)的装置，所述装置包括：旋转的转子密封环(RSR)；和静止的定子密封环(SSR)；旋转的固定元件(FE)，所述固定元件将所述转子密封环(RSR)轴向固定在所述转子(R)上，
其特征在于，
所述固定元件(FE)沿环周方向(CD)至少在环周的一部分之上延伸，其中所述固定元件(FE)至少部分地在轴向地并且沿环周方向(CD)延伸的具有径向的间隙高度(GH)的间隙(GP)中设置在所述转子(R)和旋转的所述转子密封环(RSR)之间，其中所述间隙(GP)在旋转的所述转子密封环(RSR)一侧由密封环表面(SRS)限定并且在所述转子(R)一侧由转子表面(RS)限定，其中所述密封环表面(SRS)具有第一凹部(SRD)并且所述转子表面(RS)具有第二凹部(RSD)，其中所述固定元件(FE)部分地在所述第一凹部(SRD)中并且部分地在所述第二凹部(RSD)中设置，使得在旋转的所述转子密封环(RSR)和所述转子(R)之间的超过理论位置范围的轴向相对运动仅能经由所述固定元件(FE)的径向变形实现。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中所述固定元件(FE)能径向弹性变形地实现，使得所述固定元件在超过所述理论位置范围的所述轴向相对运动时弹性变形。
3.根据权利要求2所述的装置，
其中所述固定元件(FE)在超过所述理论位置范围的轴向相对运动时仅弹性变形。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，
其中所述固定元件(FE)在整个环周之上延伸。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，
其中所述固定元件(FE)构成为扁材螺旋件。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，
其中所述装置包括静态的辅助密封元件(SSE)，所述辅助密封元件将旋转的所述转子密封环(RSR)相对于所述转子(R)密封在转子凸肩(RSD)上，其中静态的次级密封元件将轴向的预应力(ASF)施加到旋转的所述转子密封环(RSR)上。
7.根据权利要求6所述的装置，
其中所述固定元件(FE)弹性地实现，使得所述固定元件产生轴向的复位力(BF)以防止离开理论位置的轴向的相对移动，所述轴向的复位力大于静态的所述次级密封元件(SSE)的所述轴向的预应力(ASF)。
8.根据权利要求5所述的装置，
其中所述固定元件(FE)包括扁材螺旋件。
9.根据权利要求8所述的装置，
其中所述扁材螺旋件的材料是耐酸性气体的。
10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，
其中所述第一凹部(SRD)和/或所述第二凹部(RSD)轴向地在两侧分别通过径向的突出部在所述环周的至少一部分之上限界。
11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，
其中在旋转的所述转子密封环(RSR)和所述转子(R)相互间处于所述理论位置范围中时，所述固定元件(FE)径向地弹性变形，使得从所述弹性变形中得到的作用到所述凹部(SRD，RSD)的表面上的法向力引起在所述表面和所述固定元件(FE)之间产生的摩擦力，在运行中得到的转矩从所述转子密封环(RSR)传递到所述转子(R)上。
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