CN106460555A - 用于密封涡轮机内部环境的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于密封涡轮机内部环境的设备(1)，包括：第一腔(2)，其能够以流体连通的方式与涡轮机(100)的高压环境(HP)连接，以便工作流体可从高压环境(HP)流到第一腔(2)；第二腔(3)，其与润滑回路(106)流体地连通，以便润滑剂可从润滑回路(106)流到第二腔(3)；第一腔(2)和第二腔(3)与彼此流体连通地布置，以便工作流体可从第一腔(2)流到第二腔(3)；返回管线(4)，其用于工作流体，与第一腔(2)流体地连通，且能够以流体连通的方式与涡轮机(100)的低压环境(LP)连接，以便工作流体可从所述第一腔(2)流到所述低压环境(LP)；低压调节装置(5)，其沿着返回管线(4)，构造成提供预定压降。

Description

用于密封涡轮机内部环境的设备
技术领域
本发明涉及用于密封涡轮机内部环境的设备。具体而言，根据本发明的设备涉及在涡轮机旋转轴上的密封件。更详细地说，该密封件的目的是防止工作流体从涡轮机逸出到外部环境中。虽然根据本发明的设备可适用于任何种类的涡轮机，但其对于涡轮，尤其是对于ORC(有机兰金循环)涡轮而言是特别有用的。
背景技术
具体而言，涡轮机包括转子、用于工作流体的入口和出口。工作流体可处于不同的相，例如在入口中可为蒸汽，且在出口中可完全地或是部分地冷凝。转子置于入口与出口之间，且附接于轴。因此需要相对于外部环境适当地密封涡轮机的内部环境，尤其是如果工作流体对外部环境而言是有毒的、污染的、或以其他方式破坏性的。
因此在本领域中已知一种用于密封涡轮机内部环境的设备。在本公开的背景下，用语“内部环境”应理解为涡轮机的其中在正常运行期间存在工作流体的每个部分。
设备自身包括与涡轮机的入口流体地连通的第一腔。在正常运行期间，第一腔被保持在比涡轮入口低的压力下，以便工作流体可从入口流到第一腔。通常，第一腔布置成邻近于轴，在转子后方。
第二腔布置成与润滑回路流体地连通。因此，来自润滑回路的润滑剂填充第二腔。第二腔也邻近于轴，紧接第一腔。密封件介于第一和第二腔之间，例如迷宫式密封件。如在非接触式密封件的情况下典型的那样，将存在一定量的泄漏。由于第二腔内侧的润滑剂被保持在比第一腔中的工作流体低的压力下，故工作流体将从第一腔泄漏到第二腔中。
因此将必须从第二腔取出润滑剂和工作流体的混合物，且将其排放到储蓄器(reservoir)中。该储蓄器被保持在周围压力下。通常具有比润滑剂低得多的蒸发温度的工作流体因此蒸发。蒸汽聚集在储蓄器的较高区中，从该较高区提取该蒸汽且将其重新压缩，以便其可被重新引入涡轮机的内部环境中，通常在出口中或出口附近。
已知的设备的一个缺点是，允许工作流体减压直到大气压力，从而浪费其内能中的一部分。此种能量必须再次由压缩机重新供应，从而降低整个涡轮机的效率。
发明内容
本发明的一个方面因此是一种用于密封涡轮机内部环境的设备。此种设备包括第一腔，该第一腔能够以流体连通的方式与涡轮机的高压环境连接，以便工作流体可从高压环境流到第一腔。该设备还包括第二腔，该第二腔与润滑回路流体地连通，以便润滑剂可从润滑回路流到第二腔。第一腔和第二腔与彼此流体连通地布置，以便该工作流体可从第一腔流到第二腔。该设备包括与第一腔流体地连通的返回管线。返回管线能够以流体连通的方式与涡轮机的低压环境连接。因此，工作流体可从第一腔流至低压环境。该设备还包括压力调节装置，该压力调节装置构造成提供沿返回管线的预定压降。
有利地，沿着返回管线的压力调节装置允许控制第二腔内侧的压力。实际上，通过适当地限制工作流体在返回管线内侧的流动，压力调节装置可选择为以便在第二腔中提供更高的压力。因此，整个系统可被保持在比其他情况下原本可能的压力高的压力下，以便在分离之后不再需要重新压缩该工作流体。
该分离装置还可包括储蓄器，该储蓄器构造成在预定操作压力下被加压，该预定操作压力比涡轮内侧的低压环境的压力高。这确保工作流体可直接从储蓄器流到涡轮。
分离装置还包括加热装置，该加热装置与储蓄器相关且构造成加热润滑剂和工作流体的混合物。因此，可在更高的压力下执行工作流体和润滑剂的分离，只要工作流体具有比润滑剂低的沸腾温度。
压力调节装置可为孔口，该孔口构造成限制工作流体在返回管线内侧的流动。这允许，如果第二腔中和储蓄器中的压力值是事先已知的，且不认为在涡轮的正常运行期间是可变的，则选择构造上简单的解决方案。
压力调节设备可备选地为调节阀。这允许，如果预期压力条件是可变的，则改变返回管线内侧的流动。
附图说明
更多的细节和具体实施例将参照附图1，附图1是根据本发明实施例的设备的示意表示。
具体实施方式
示范实施例的下列描述参照附图。不同附图中的相同参考标号标识相同或相似的元件。下列详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。
遍及说明书对一个“实施例”、或“实施例”的引用指的是与实施例结合地描述的具体特征、结构、或特性被包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，短语“一个实施例中”或“在实施例中”的在贯穿说明书的各种位置中的出现不一定指相同的实施例。而且，具体特征、结构、或特性可以以任何适当的方式组合在一个或更多个实施例中。
参照附图，其中数字1指示根据本发明实施例的用于密封涡轮机100内部环境的设备。
将仅为了容易说明设备1来详细说明涡轮机100，因为其不是本发明的自身部分。例如，涡轮机100可为适于根据有机兰金循环(ORC)来操作的涡轮系统。
涡轮机100包括涡轮腔101。涡轮转子102具有置于腔101内侧的多个叶片(图中未示出)。轴103同轴地附接于转子102，以便通过转子102从工作流体提取功。轴103由轴承107支撑。
涡轮机100还包括轴103的润滑回路106。具体而言，此种润滑回路106在上面提及的轴承107上起作用，以便润滑剂可用于润滑且冷却轴承107。润滑回路106自身可具有已知的类型和构造，且因此不会详细说明。
设备1包括第一腔2。第一腔2能够以流体连通的方式与涡轮机100的高压环境“HP”连接。以此方式，工作流体可从高压环境100流至第一腔2。
第二腔3布置成优选地通过轴130的轴承107而与润滑回路106流体地连通。以此方式，润滑剂可从润滑回路106流至第二腔3。
参照图1，腔2、3可围绕轴103布置。具体而言，第一腔2布置成紧接转子102，而第二腔3布置成紧接轴承。
第一腔2和第二腔3与彼此流体连通地布置。实际上，工作流体可从第一腔2流至第二腔3。换言之，在操作条件下，第一腔2包含处于比第二腔3内侧的润滑剂高的压力下的工作流体。因此，在第二腔3的内侧形成工作流体和润滑剂的混合物。此种混合物通过排泄管线8而从第二腔3排泄。设备1的置于排泄管线8下游的构件将在本公开的后续部分中得到说明。
更详细地说，装置1包括在第一腔2与第二腔3之间的密封件14。实际上，第一腔2和第二腔3通过工作流体穿过密封件14的泄漏而流体地连接。密封件14的存在确保对工作流体流动的充分阻碍，以确保在第一腔2和第二腔3之间保持压差。
此外，另一密封件15置于第一腔2与涡轮机100的高压环境(HP)之间。类似地，第一腔2与高压环境“HP”之间的流体连通是穿过该另一密封件15而发生的。
设备1包括用于工作流体的返回管线4。此种返回管线布置成与第一腔2流体地连通。返回管线还能够以流体连通的方式与涡轮机100的低压环境“LP”连接。以此方式，工作流体可从第一腔2流至低压环境101。换言之，工作流体可从高压环境“HP”流到第一腔2再穿过返回管线4到低压环境“LP”。
设备压力调节装置5沿着返回管线4。压力调节装置5具有提供预定压降的功能。
根据本发明的实施例，压力调节装置5是孔口6。此种孔口6构造成限制工作流体在返回管线4内侧的流动，以便获得期望的预定压降。
在本发明的备选实施例中，压力调节装置5是调节阀(未示出)。在该情况下，调节阀能够在打开构造与关闭构造之间连续地调节。在打开构造中，工作流体在返回管线4内侧的流动不受限制。在调节阀的关闭构造中，返回管线4被完全阻碍。以此方式，可能在涡轮机100工作时调节该预定压降。
设备1还包括与第二腔3流体地连通的分离装置7。此种分离装置7可以以流体连通的方式与涡轮机100的低压环境“LP”连接。实际上，分离装置7构造成从第二腔3抽吸润滑剂和工作流体的混合物。实际上，上面提到的排泄管线8与第二腔3且与分离装置7流体地连通。分离装置7具有从润滑剂分离工作流体的功能。
详细地说，分离装置7具有用于工作流体的第一出口9。此种第一出口9布置成与返回管线4流体地连通。具体而言，出口9在压力调节装置5的下游连接于返回管线4。更详细地说，另一返回管线10附接于分离装置7，且在压力调节装置5的下游连结返回管线4。
分离装置7包括储蓄器11。此种储蓄器11构造成在预定操作压力下被加压。此种预定操作压力可为对于环境情况而言适当的但比低压环境“LP”的压力高的任何压力。优选地，储蓄器11内侧的压力在1和6bar之间。
分离装置7包括与储蓄器11相关的加热装置12。此种加热装置具有加热润滑剂和工作流体的混合物的功能。以此方式，具有比润滑剂低的沸点的工作流体蒸发。更详细地说，第一出口9布置在储蓄器11的较高侧，以便主要包含工作流体的蒸汽可从储蓄器11离开，而不与液体润滑剂再次混合。除雾器16附接于第一出口9，且与储蓄器11流体地连通。除雾器16也布置成与该另一返回管线10流体地连通。以此方式，可在该另一返回管线10的上游从蒸汽移除工作流体的微滴。此种除雾器16自身对本领域技术人员而言是已知的，且因此不会更详细地说明。
第二出口13布置在储蓄器11的较低侧上。以此方式，穿过第二出口13离开储蓄器11的流体主要包含油。第二出口13能够以流体连通的方式与油箱108连接，油箱108是润滑回路106的一部分。

Claims (11)

1.一种用于密封涡轮机内部环境的设备(1)，包括：第一腔(2)，其能够以流体连通的方式与涡轮机(100)的高压环境(HP)连接，以便工作流体可从所述高压环境(HP)流到所述第一腔(2)；第二腔(3)，其与润滑回路(106)流体地连通，以便润滑剂可从所述润滑回路(106)流到所述第二腔(3)；所述第一腔(2)和第二腔(3)与彼此流体连通地布置，以便所述工作流体可从所述第一腔(2)流到所述第二腔(3)；其中，所述设备(1)包括：返回管线(4)，其用于所述工作流体，与所述第一腔(2)流体地连通，且能够以流体连通的方式与所述涡轮机(100)的低压环境(LP)连接，以便所述工作流体可从所述第一腔(2)流到所述低压环境(LP)；低压调节装置(5)，其沿着所述返回管线(4)，构造成提供预定压降。
2.根据前一权利要求所述的设备(1)，还包括：分离装置(7)，其与所述第二腔(3)流体地连通，且能够以流体连通的方式与所述低压环境(LP)连接，所述分离装置(7)构造成从所述第二腔(3)抽吸润滑剂和工作流体的混合物，且从所述润滑剂分离所述工作流体；所述分离装置(7)具有用于所述工作流体的第一出口(9)；所述第一出口(9)与所述返回管线(4)流体地连通。
3.根据前一权利要求所述的设备(1)，其中，所述第一出口(9)在所述压力调节装置(5)的下游连接于所述返回管线(4)。
4.根据权利要求2或3所述的设备(1)，其中，所述分离设备(7)包括储蓄器(11)，所述储蓄器(11)构造成在比所述低压环境(LP)的压力高的预定操作压力下被加压。
5. 根据前一权利要求所述的设备(1)，其中，所述储蓄器的预定操作压力包括在1和6bar之间。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的设备(1)，其中，所述分离设备(7)包括加热装置(122)，所述加热装置(12)与所述储蓄器(11)相关且构造成加热所述润滑剂和工作流体的混合物。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(1)，其中，所述压力调节装置(5)是孔口(6)，所述孔口(6)构造成限制所述工作流体在所述返回管线(4)内侧的流动。
8.根据任一权利要求1至6所述的设备(1)，其中，所述压力调节装置(5)是调节阀。
9.根据前一权利要求所述的设备(1)，其中，所述调节阀能够在打开构造与关闭构造之间连续地调节，在所述打开构造中，所述工作流体在所述返回管线(4)内侧的流动不受限制，在所述关闭构造中，所述返回管线(4)被完全阻碍。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(1)，还包括在所述第一腔(2)与所述第二腔(3)之间的密封件(14)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(1)，还包括在所述第一腔(2)与所述高压环境(HP)之间的另一密封件(15)。
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