CN105121793A - 用于轴向分离式涡轮机的密封装置 - Google Patents

Abstract

轴向分离式涡轮机包括壳，其由第一壳部分(5)和第二壳部分(7)组成，从而形成了用于转子的壳体，转子设置成在其中旋转。转子(15)包括轴(17)和至少一个安装在轴上的叶轮(19)。壳包括至少一个轴通道(23)，其中轴通过该通道从壳的内部朝着壳的外部延伸。密封装置包括线性密封部件(35)，其在第一壳部分和第二壳部分之间延伸。密封装置还包括至少一个密封环部分(39)，其包围所述至少一个轴通道(23)。密封环部分和线性密封部件形成连续的密封体。

Description

用于轴向分离式涡轮机的密封装置

技术领域

本公开涉及涡轮机，更具体地说，涉及轴向分离式涡轮机。本公开的实施例特别参照用于轴向分离式涡轮机，例如多级离心泵的密封装置。

背景技术

涡轮机通常包括外部壳，其形成了壳体，其中转子设置在壳体中。转子包括轴和一个或多个通过键接合在轴上以便随之旋转的叶轮。依赖于涡轮机的设计，壳可被竖直分离或水平分离。水平分离的涡轮机也被称为轴向分离式涡轮机，其是其中壳沿着包含转子旋转轴线的平面被划分成两个壳部分的涡轮机。这两个壳部分具有相互面向的接触表面。在相对的接触表面之间提供了密封装置。这两个壳部分通过螺栓-螺帽装置而连接在一起。闭合力在接触表面和密封装置之间产生了接触压力。

普遍地用于水平分离或轴向分离机械壳中的密封装置包括例如塑料制成的片材，其定位在这两个壳部分的接触表面之间。连接这两个壳部分的螺栓对片材预加负载，从而在片材的表面和相反的壳部分的两个接触表面的每个接触表面之间建立接触压力。接触压力必须足够高，以避免壳部分之间的泄漏。需要大量的螺栓，其必须经过设计并定位，从而在相对较广的接触表面之间产生足够高的接触压力。

密封片材会由于涡轮机所处理的高压流体而遭遇变形。塑料片材的内边缘，即面向转子壳体的边缘会在片材所在平面中遭遇压缩应力。此外，接触压力的分布是不确定的，并依赖于许多因素。密封装置的效率是不可预测的，并且设计过程是极端复杂的，因为压力区域依赖于螺栓的应变和塑料片材的松弛度。

因此需要一种更有效的用于轴向分离式涡轮机的密封装置。

发明内容

根据本公开，提供了一种密封装置，其完全地包围涡轮机的旋转构件，从而形成了具有基本线性发展的连续的密封。密封装置将涡轮机的内部与完全包围涡轮机的压力区域的环境分开。连接涡轮机的轴向分离式壳体的螺栓或系杆定位在被密封装置包围的区域之外，并因而不被归类为“被润湿部件”。

在某些实施例中，提供了一种轴向分离式涡轮机，其包括壳，该壳由通过例如螺栓或系杆而彼此连接在一起的第一壳部分和第二壳部分组成。第一壳部分和第二壳部分分别包括第一接触表面和第二接触表面，在其之间设置了密封装置。第一壳部分和第二壳部分封闭了壳体，其中转子旋转地设置在壳体中。转子通常包括轴和至少一个叶轮，叶轮安装在所述轴上，并与之整体旋转。通过壳进一步提供了至少一个轴通道。轴穿过该通道，用于连接到原动机，例如电动机或涡轮发动机上。密封装置包括线性密封部件，其在相反的第一壳部分和第二壳部分的第一接触表面和第二接触表面之间延伸。有利的是，密封装置还包括至少一个包围轴通道的密封环部分。密封环部分和线性密封部件形成了连续的密封体。例如密封环部分和线性密封部件可成形为单片部件，例如在单个模具中以单个元件形式模制的构件。在其它实施例中，密封环部分和线性密封部件可由若干部分制成，其分开制造，并且后续通过例如焊接、胶接或以任何其它合适的方式而连接在一起。

密封装置完全包围涡轮机的内部，即其压力区域。如果涡轮机例如是泵，那么密封装置围绕通道包围轴，轴通过该通道离开壳以及蜗壳和叶轮梁拱，其中泵的一个或多个叶轮设置在叶轮梁拱中。

按照已知的方式，这两个壳部分可通过多个螺栓而彼此拧紧。线性密封部件有利地设置在转子和螺栓之间，使得螺栓完全处于润湿区域之外。

如同已知的涡轮机中通常提供的那样，机械密封套筒可设置在所述至少一个轴通道中。轴穿过机械密封套筒。有利的是，在这种情况下，密封环部分围绕机械密封套筒而设置，位于机械密封套筒和两个壳部分之间。机械密封套筒可包括外部环形槽，其部分地容纳密封环部分。

在某些实施例中，涡轮机可包括两个轴通道，其穿过机械壳并且设置在所述壳的相反的末端处。轴的两个相反的末端部分穿过两个轴通道。在优选的实施例中，相应的机械密封套筒可设置在各个轴通道中，位于壳和轴之间。密封装置优选包括两个密封环部分，其均围绕两个机械密封套筒中的相应一个而设置。两个密封环部分连接在线性密封部件上，从而与其形成连续的密封装置，所述连续的密封装置包围转子和两个机械密封套筒。两个密封环部分和线性密封部件可制成单片构件，或通过将两个或多个部分装配在一起，例如通过胶合或焊接而成形。线性密封部件由两部分组成，在其之间定位了两个密封环部分。形成线性密封部件的这两个部分与两个密封环部分有利地连接在T形接头上，因而导致连续的密封部件。

这里公开了特征和实施例，并且在所附权利要求中进行进一步的陈述，所附权利要求形成了本说明书的组成部分。上面的概述阐述了本发明各种实施例的特征，以便更好地理解以下的详细说明，并可更好地领会其对本领域的贡献。当然，后文中将描述本发明的其它特征，并且其将在附属权利要求中进行陈述。在这方面，在详细解释本发明的若干实施例之前，应该懂得本发明的各种实施例在其应用方面并不局限于以下说明书中所陈述或图中所示的结构细节和构件布局。本发明能够具有其它实施例，并能够以各种方式来实践和实现。另外，应该懂得这里采用的用语和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制目的。

因此，本领域中的技术人员应该懂得基于本发明公开的概念，其可易于被用作设计其它用于实现本发明的若干目的的结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是只要其不脱离本发明的精髓和范围，就应认为权利要求包括这种等效结构。

附图说明

所公开的本发明实施例的更完整的理解和其许多伴随的优势将很容易获得，因为其通过在结合附图时参照以下详细说明将变得更好理解，其中：

图1显示了离心泵的示意性的正视图；

图2显示了根据图1的II-II的截面图，其中部分已被除去；

图3显示了设于图1和图2的泵中的一个轴通道的放大图；

图4显示了除去了机械密封套筒的情况下的轴通道的放大的透视图；

图5显示了根据本公开的一个实施例的密封装置的一部分的透视图；

图6显示了线性密封部件的放大的示意性的横截面，其设置在壳部分的两个接触表面之间。

具体实施方式

以下参照附图描述典型的实施例。不同图纸中的相同的标号标识相同或相似的元件。另外，图纸并不需要按比例绘制。同样，以下详细说明书并不限制本发明。相反，本发明的范围由附属权利要求来限定。

整个说明书中对“某一实施例”或“一个实施例”或“某些实施例”的表述意味着结合实施例所述的特殊的特性、结构或特征包含在至少一个本公开主题的实施例中。因而，出现在整个说明书的各个地方的短语“在某一实施例中”或“在一个实施例中”或“在某些实施例中”并不一定都是参照所有相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中可将特定的特性、结构或特征以任何合适的方式组合起来。

从以下本公开参照的主题的实施例的详细说明中将懂得，提供了一种轴向分离式涡轮机，其包括壳，壳由第一壳部分和第二壳部分组成，形成了用于转子的壳体，转子设置成在其中旋转。转子包括轴和至少一个安装在轴上的叶轮。壳包括至少一个轴通道，其中轴通过该通道从壳的内部朝着壳的外部延伸。密封装置包括线性密封部件，其在第一壳部分和第二壳部分之间延伸。密封装置还包括至少一个密封环部分，其包围所述至少一个轴通道。密封环部分和线性密封部件形成了连续的密封体。

图1显示了离心泵1的示意性的正视图。离心泵包括壳3，其具有第一壳部分5和第二壳部分7。这两个壳部分5和7沿着轴向平面P-P相匹配，轴向平面P-P包含泵1的转子的旋转轴线A-A。

各个壳部分5,7包括相应的接触表面。标号5A表示第一壳部分5的接触表面，并且标号7A表示第二壳部分7的接触表面。

这两个壳部分5和7通过多个螺栓9和螺母而彼此连接在一起。螺栓9是预加载的，并在这两个接触表面5A，7A和密封装置之间产生接触压力，密封装置设于这两个接触表面之间。密封装置将在后面进行更详细地描述。

螺栓9穿过孔11(见图2)，孔11设于两个壳部分5和7中。螺栓9和相应的孔11分布在由两个壳部分5,7形成的转子壳体13的两个侧部。转子壳体13容纳转子15。在某些实施例中，转子15包括轴17和多个叶轮19，叶轮19通过键接合在轴17上并与之旋转。

根据某些实施例，轴17的两个相反的终端部分或末端部分穿过成形于壳中的相应的第一通道和第二通道21,23。

机械密封套筒25和27设置在两个通道21和23中。终端轴部分穿过相应的机械密封套筒，并且受到相应的轴承29,31的有利支撑，轴承设置在壳3的相反的末端部分中。

作为整体标示为33的密封装置设置在这两个壳部分7和5的两个相反的接触表面7A，5A之间。密封装置33可包括第一线性密封部件35和两个密封环部分37,39。

在某些实施例中，线性密封部件35具有圆形的横截面。在其它实施例中，线性密封部件可具有椭圆形的横截面。在更进一步的实施例中，线性密封部件可具有多边形的横截面。

环形密封部分37,39可具有与线性密封部件35的横截面相似或相同的横截面。

线性密封部件35可包括两个线性密封部分，其设于转子壳体13的相反的侧部。各个线性密封部分在转子壳体13和螺栓9以及相应的孔11之间延伸。这两个密封环部分设置在线性密封部件的两个线性密封部分之间，并且形成连续的密封装置。

线性密封部件35将转子壳体13与螺栓9在流体方面分开，以防止从泵内部朝向螺栓的泄漏。

在某些实施例中，这两个接触表面5A，7A可为平坦的，并且线性密封部件35可简单地放置在两个相向的平坦表面5A，7A之间。在其它实施例中，两个相反的接触表面5A，7A的至少其中一个可设有线性槽，其至少部分地容纳线性密封部件35。如图4中特别所示，在这个实施例中，由第二壳部分7形成的接触表面7A设有槽41，其在转子壳体13和孔11之间延伸，其中螺栓9穿过孔11。线性密封部件35部分地容纳在槽41中。

在相反的接触表面5A上可提供相似的槽。

图6的放大图显示了根据与平坦的接触表面5A，7A正交的平面的局部横截面。图6显示了设于接触表面7A中的槽41和设于接触表面5A中的相反的槽43。从图6中可看出，在这个实施例中，线性密封部件35具有基本圆形的横截面。线性密封部件35的直径和两个槽41,43的深度经过定制尺寸，使得当壳部分中的一个放置在另一个的顶部上时，螺栓9被拧紧，两个壳部分5,7沿着接触表面5A，7A而彼此接触，并且/或者线性密封部件35被压缩其之间。通过拧紧螺栓，线性密封部件35将被压缩，并在槽41,43所形成的底座中发生弹性变形。高的接触压力将建立在线性密封部件35和槽41,43的表面之间。因为在密封部件35和壳部分5,7之间的接触表面较小，所以在密封部件35和壳部分之间可在沿着螺栓9的小的拉伸应力下获得高的接触压力。

在其它实施例中，槽可能仅仅设于两个相反的接触表面5A，7A的其中一个接触表面中，这两个表面的另一个是平坦的。在更进一步的实施例中，这两个接触表面5A，7A可为平坦的，并且线性密封部件35可定位在其之间。利用槽41或43或这两者使得密封装置的定位和涡轮机壳的组装更为容易。

可从图2中最佳地看出，线性密封部件35形成了单个物体，其具有包围机械密封套筒25和27的两个密封环部分37,39。

图5的放大图显示了两个密封环部分37,39的其中一个密封环部分以及其与线性密封部件35的相邻部分的连接。构件35,37/39连接在以标号47所示的相应的T形接头上。

各个密封环部分37,39包围相应的机械密封套筒25和27，并设置在相应的机械密封套筒和相应的通道21,23的内表面之间，通道由两个壳部分5和7形成。

在某些实施例中，机械密封套筒25,27的外表面可设有环形槽49(见图3)。密封环部分37/39部分地容纳在相对应的机械密封套筒25,27的相应的环形槽49中。

在某些实施例中，可省略槽49。在这种情况下，密封环部分37,39将简单地安装在相应的机械密封套筒的圆柱形外表面上。

在某些实施例中，形成了相应的通道21和23的这两个壳部分5和7的内表面可设有相应的半环形槽51(见图4)。密封环部分37,39在这种情况下部分地容纳在环形槽中，其在将两个壳部分5和7中的一个安装在另一个的顶部上时由两个半环形槽51形成。在其它实施例中，通道21,23的内表面可为平滑的，即缺少半环形槽51。在这种情况下，密封环部分37,39将简单地安装而与通道的圆柱形表面相接触。

当提供环形和半环形槽49,51的其中一个、另一个或这两者时，槽的深度和密封环部分37,39的横截面尺寸经过选择，使得在锁定螺栓9时，密封环部分37,39受到挤压和压缩，因而在机械密封套筒25,27周围提供了密封效果。在两个密封环部分37,39和与之接触的机械构件之间的有限的接触表面(即机械密封套筒25,27的外表面和通道21,23的内表面)上产生了集中的接触压力，。

可从图4中最佳地看出，半环形槽41(如果存在)与分别设于接触表面7A，5A上的相对应的槽41和43对准。为了防止密封装置在线性密封部件35连接到相应的密封环部分35,37上的连接区域发生损坏，槽41,43和通道的半环形槽51彼此沿着圆形边缘55连接起来，因而避免了在壳装配期间密封部件的损坏和破碎。

在某些实施例中，两个密封部分37,39可由线性密封部件35的两个部分分开制造而成。这四个构件，即线性密封部件35的两个部分和两个密封环部分37,39可在后续制造步骤中通过例如胶合、焊接或任何其它合适的方式而彼此连接在一起。这极大地简化了制造工艺，并防止对于将要求密封装置35,37,39制造为单片元件的复杂模具的需求。然而，这种选择是不包括在内的。

密封装置35,37,39围绕着离心泵的整个内壳13提供了连续的密封。线性密封部件35在螺栓9和设置转子15的内壳13之间提供了径向密封，在供螺栓9穿过的孔11和成形于壳3中的蜗壳之间形成了线性密封部件35。这两个密封部分37,39在轴17的相反末端上提供了围绕机械密封套筒25,27的轴向密封效应。

在密封装置和涡轮机的机械部分之间小的接触表面导致所需的有限的预负载，以取得充分且可靠的密封。

虽然在图中显示并在上面结合若干个典型实施例具体且详细地完整描述了本文所述主题的公开实施例，但是本领域中的普通技术人员应该明白，在本质上没有脱离这里所陈述的新颖的教义、原理和概念以及附属权利要求中所阐述的主题的优势下，许多修改、变化和删节都是可行的。因此，所公开的创新的恰当范围应仅仅由附属权利要求的广泛诠释意义来确定，从而包含所有这种修改、变化和删节。另外，任何过程或方法步骤的顺序或次序可据备选实施例而变化或重新排序。

Claims (12)

1.一种轴向分离式涡轮机，包括：

壳，其包括具有第一接触表面的第一壳部分和具有第二接触表面的第二壳部分；

在所述第一壳部分和所述第二壳部分之间的密封装置；

设置成在所述壳中旋转的转子，所述转子包括轴和至少一个安装在所述轴上的叶轮；

至少一个穿过所述壳的轴通道，所述轴穿过所述通道；

其中所述密封装置包括在所述第一接触表面和所述第二接触表面之间延伸的线性密封部件以及包围所述至少一个轴通道的至少一个密封环部分；所述至少一个密封环部分和所述线性密封部件形成连续的密封体。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，还包括多个螺栓，其将所述第一壳部分和所述第二壳部分彼此连接起来，其中所述线性密封部件设置在所述转子和所述螺栓之间。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，还包括至少一个机械密封套筒，其设置在所述至少一个轴通道中，所述轴穿过所述机械密封套筒；其中所述密封环部分围绕所述机械密封套筒而设置。

4.根据权利要求3所述的涡轮机，其特征在于，所述机械密封套筒包括外部环形槽，其部分地容纳所述密封环部分。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于：

所述壳包括两个轴通道，其设置在所述壳的相反的末端处，所述轴的两个末端部分穿过所述两个轴通道；

机械密封套筒，其设置在各个轴通道中，位于所述壳和所述轴之间；

所述密封装置包括两个密封环部分，其各自围绕所述机械密封套筒中的相应的一个而设置；且

所述密封环部分连接在所述线性密封部件上，从而与其形成连续的密封装置，所述连续的密封装置包围了所述转子和所述两个机械密封套筒。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述线性密封部件包括通过所述密封环部分而彼此连接的两个线性密封部分。

7.根据权利要求5或6所述的涡轮机，其特征在于，各个密封环部分通过相应的T形接头而连接在所述线性密封部件上。

8.根据权利要求5,6或7所述的涡轮机，其特征在于，各个机械密封套筒包括外部环形槽，其部分地容纳相应的密封环部分。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于：所述第一接触表面和所述第二接触表面中的至少一个包括槽；并且所述线性密封部件部分地容纳在所述槽中。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一接触表面和所述第二接触表面两者设有相应的槽，并且所述线性密封部件至少部分地容纳在所述槽中。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述至少一个通道包括环形槽，所述至少一个密封环部分至少部分地容纳在所述环形槽中。

12.根据权利要求5至8中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，各通道包括相对应的环形槽，并且其中所述密封环部分至少部分地容纳在所述相应的环形槽中。