CN107109957A - 流体机械的轴密封结构和用于密封流体机械的轴的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴密封结构，其包括串联地配置在大气侧(16)与待被密封的产品侧(15)之间的第一密封部(1)、第二密封部(2)和第三密封部(3)，其中，所述第二密封部(2)配置在所述第一密封部(1)与所述第三密封部(3)之间，在朝向所述产品侧(15)的方向上与所述第二密封部(2)相邻的空间(6；61)中存在有第一压力(P1)，在朝向所述大气侧(16)的方向上与所述第二密封部(2)相邻的空间(7；71)中存在有第二压力(P2)，与所述大气侧(16)相邻的空间(7；71)连接至压力供给线路(25)，经由所述压力供给线路(25)，能够将压力介质供给到该空间中，并且所述第一压力(P1)与所述第二压力(P2)相等或大致相等，使得所述第二密封部(2)能够在所述第一压力(P1)与所述第二压力(P2)之间的压力差为零的情况下运行。

Description

流体机械的轴密封结构和用于密封流体机械的轴的方法
技术领域
本发明涉及诸如发电厂涡轮机或压缩机等的流体机械的轴密封结构、具有该轴密封结构的流体机械以及用于在流体机械的轴处提供密封的方法。
背景技术
用于密封诸如发电厂涡轮机或压缩机等的流体机械的是借助于含油的密封介质进行密封的液体润滑式机械密封部。此外，存在对透平膨胀机的应用情况，该透平膨胀机例如使用在有机朗肯循环(ORC(Organic Rankine Cycle))方法或地热应用中。在这些情况下，出于健康原因和环境或安全原因，介质不以泄漏的形式排入环境。然而，液体润滑式油密封部的使用使精密泄漏物再循环系统成为必须。此外，由于用作密封介质的油会与危险介质接触，所以必须设置油处理系统。结果，这种系统的成本是极高的。此外，在这种应用中轴会产生在40m/s至140m/s的范围中的高转速，其中油密封部仅能够用于高至80m/s的转速。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于在轴处提供密封的流体机械的轴密封结构，其利于轴处的无泄漏密封，同时其特征在于具有容易且有成本效益的结构以及使用气体润滑式机械密封部。此外，本发明的目的是提供具有该轴密封结构的流体机械以及该轴密封结构的运行方法。
通过具有方案1的特征的轴密封结构或具有方案15的特征的流体机械或具有方案16的特征的方法来实现该目的。从属方案分别示出了本发明的进一步优选发展。
根据本发明的具有方案1的特征的轴密封结构具有如下优点：在运行期间能够完全地避免产品介质的任何泄漏。同时，轴密封结构具有简单且有成本效益的设计。根据本发明，这是通过提供串联地配置在大气侧与待被密封的产品侧之间的第一密封部、第二密封部和第三密封部而实现的。第一密封部与第二密封部之间限定有具有第一压力的第一空间，第二密封部与第三密封部之间限定有具有第二压力的第二空间。这里，第一压力与第二压力相等或大致相等。根据本发明的“大致相等”在这里被理解为第一空间与第二空间之间的压力差等于或小于1％，特别地，等于或小于0.5％，特别地，等于或小于0.2％。
换言之，第一空间与第二空间之间的压力差应当趋向于零或为零。第一空间还与产品侧连接，以便向第一空间供给具有预定压力的产品介质。第二空间与压力供给线路连接，经由压力供给线路能够向第二空间供给压力介质(密封介质)。而且，第一空间内的压力与第二空间内的压力相等或大致相等，使得中间密封部、即第二密封部能够在压力差为零的情况下运行。以这种方式，能够避免存在于第一空间内的产品介质进入第二空间的任何泄漏。以这种方式，在运行期间能够实现零泄漏。可能产生从第一空间经由第一密封部返回产品侧，或从填装有环境友好的压力介质(密封介质)的第二空间向大气侧泄漏的少量泄漏。此外，通过使中间密封部在压力差为零的情况下运行，还能够避免第一空间内的产品介质被从第二空间经由中间密封部的泄漏物的任何污染。
优选地，第二密封部是具有旋转机械密封部和固定机械密封部的气体润滑式机械密封部。因而，气体润滑式机械密封部配置在存在有相同或大致相同压力的第一空间与第二空间之间。由此，能够借助于机械密封部确保第一空间与第二空间之间的有效密封。
根据本发明的优选的可选实施方式，第二密封部是径向间隙密封部，特别地，第二密封部是迷宫密封部或碳环密封部。这里，碳环密封部由含碳材料制成，并且优选地，在朝向旋转结构组成部件的那侧具有环形的周向凹部。而且，径向间隙密封部直接在例如轴等的旋转结构组成部件处提供密封。特别地，径向间隙密封部具有在轴向上的结构非常紧凑的优点，使得轴密封结构的共用轴向长度能够非常小。
此外，优选地，第一密封部是径向间隙密封部，特别地，第一密封部是迷宫密封部或碳环密封部。通过使用径向间隙密封部作为第一密封部，能够进一步减小轴密封结构的轴向安装长度。
此外，优选地，轴密封结构还包括控制单元和配置在用于向第二空间供给压力介质的压力供给线路内的第一节流装置。第一节流装置与控制单元连接，其中控制单元被构造成用于根据第一空间中的压力控制第一节流装置，即以使第二空间中的压力与第一空间中的压力相等或大致相等的方式控制第一节流装置。这里，通过使第一节流装置打开或关闭来执行控制。因而，根据本发明，能够对在运行期间第一空间中可能发生的压力改变迅速做出反应，以便将第二空间中的压力调整成第一空间中的压力。
此外，优选地，被具体化为气体润滑式机械密封部的第二密封部至少在机械密封部中的一者、优选在两个机械密封部处具有金刚石涂层。以这种方式，能够获得第二密封部的特别可靠的密封。另外，能够以这种方式维持第二密封部的长使用寿命。
优选地，经由压力供给线路供给进入第二空间的压力介质是空气或氮气。以这种方式，从环境的观点出发，经由位于大气侧的第三密封部的泄漏不会造成任何问题。
此外，优选地，轴密封结构还包括从第二密封部分出的压力排出线路。以这种方式，特别地，能够使经由第三密封部向大气侧的泄漏物保持地尽可能地少。特别优选地，压力排出线路内配置有第二节流装置，第二节流装置与控制单元连接。而且，控制单元被构造成用于根据第一空间中的压力控制第二节流装置，以便将第二空间中的压力调整成第一空间中的压力，使得两个空间之间的压力差趋近于零或为零。
根据本发明的特别优选的实施方式，轴密封结构还包括配置在第一密封部与第二密封部之间的第四密封部。这里，第四密封部将位于第一密封部与第二密封部之间第一空间分成位于第一密封部与第四密封部之间的第一子空间和位于第四密封部与第二密封部之间的第二子空间。而且，第一子空间与产品侧连接，第二子空间具有向产品侧返回的产品返回线路，经由产品返回线路，产品介质能够从第二子空间流回产品侧。这里，第一子空间中存在有高于第二子空间中的压力的压力。根据本发明，第二子空间中的压力与位于第二密封部与第三密封部之间的第二空间中的压力相等或大致相等，使得分别被至少一个另一密封部朝向两侧封隔的第二密封部能够在压力差为零的情况下运行。
通过串联地设置四个密封部，用于使产品介质朝向产品侧返回的附加产品返回路线能够一体化在轴密封结构中。在四个密封部之间限定三个空间，即第一子空间、第二子空间和第二空间。在所有这三个空间中，设置有高于大气压力的压力。这里，中间空间与位于大气侧的空间(第二空间)之间的压力相等或大致相等，使得第二密封部能够在无任何压力差的情况下运行。以这种方式，成功地避免了产品介质进入第二空间的任何泄漏。
根据本发明的进一步优选的实施方式，轴密封结构还具有第五密封部。第五密封部配置在第二密封部与第三密封部之间。而且，第五密封部将第二空间分成位于第二密封部与第五密封部之间的第三子空间和位于第五密封部与第三密封部之间的第四子空间。这里，第四子空间与压力供给线路连接。从第三子空间分出压力排出线路。以这种方式，在压力差为零的情况下运行的第二密封部配置在第二子空间与第三子空间之间。第二子空间中的压力与第三子空间中的压力相等或大致相等，从而能够避免经由第二密封部的任何泄漏。因而，在该示例性实施方式中，串联地配置了五个密封部，由此在这五个密封部之间限定出四个空间(第一子空间、第二子空间、第三子空间和第四子空间)。根据本发明，再次地，中间密封部、即第二密封部能够在产品侧与大气侧之间的压力差为零的情况下运行，其中与中间密封部相邻的两个空间被维持在高于大气压力的相同或大致相同的压力级。归功于该方法，确保了产品介质朝向大气侧的泄漏是不可能的。以这种方式，能够以可靠且有成本效益的方式封隔危险的产品介质。此外，第四子空间中的压力高于第三子空间中的压力。以这种方式，从第四子空间进入第三子空间的一定的泄漏物是可能的，其中该泄漏物随后能够经由从第三子空间分出的压力排出线路排出。
此外，优选地，具有第三节流装置的轴密封结构配置在产品返回线路内并与控制单元连接，其中控制单元被构造成用于借助于使第三节流装置打开和关闭来控制第一压力。
当设置有五个密封部时为了利于更加紧凑的实施方式，第三密封部和第五密封部一体化在共用机械密封部内，其中压力介质的压力供给线路被从固定共用机械密封部的背侧引导穿过该固定机械密封部并引导到滑动面。而且，位于第三密封部与第五密封部之间的第四子空间配置在共用机械密封部的密封间隙处。从第四子空间处开始，朝向大气侧的一侧和朝向第三子空间的另一侧的泄漏是可能的。
优选地，当将所有密封部具体化为气体润滑式机械密封部时，特别紧凑且特别是在轴向上具有紧凑结构的结构是可能的。可选地，朝向产品侧提供密封的第一密封部还能够为碳密封部或迷宫密封部。
此外，本发明还涉及流体机械，该流体机械包括根据本发明的轴密封结构。特别优选地，流体机械是涡轮机，特别地，流体机械是发电厂涡轮机或压缩机。此外，优选地，流体机械具有能够以40m/s至200m/s的转速、特别是以90m/s至140m/s的转速运行的轴。
此外，本发明涉及轴密封结构的运行方法，该轴密封结构包括串联地配置于轴的第一密封部、第二密封部和第三密封部。这里，第二密封部被配置成位于第一密封部与第三密封部之间的中间密封部。这里，串联配置的这三个密封部限定第一空间和第二空间，其中向第一空间供给待被密封的产品介质。第二空间具有加压的压力介质，其中第一空间中的压力与第二空间中的压力相等或大致相等。以这种方式，第二密封部(中间密封部)能够在没有压力梯度或仅有最小压力梯度的情况下运行。
特别优选地，根据第一空间中的压力借助于节流装置来控制第二空间中的压力介质的压力级。特别优选地，在向第一空间供给的产品介质已经从产品侧引出之后也借助于节流装置控制该产品介质的压力。
附图说明
在下文中，通过参照附图详细描述优选的示例性实施方式。在图中，用同一的附图标记表示相同或在功能上相同的部件。其中：
图1示出了根据本发明第一示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，
图2示出了根据本发明第二示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，
图3示出了根据本发明第三示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，
图4示出了根据本发明第四示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，
图5示出了根据本发明第五示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，
图6示出了使用在根据本发明的轴密封结构中的可选径向间隙密封部的示意性截面图，
图7示出了根据本发明第六示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，
图8示出了根据本发明第七示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图，和
图9示出了根据本发明第八示例性实施方式的轴密封结构的示意性截面图。
具体实施方式
在下文中，通过参照图1详细描述根据本发明第一示例性实施方式的轴密封结构1。
如能够从图1看到的，轴密封结构100包括第一密封部1、第二密封部2和第三密封部3。这里，这三个密封部沿轴向X-X从产品侧15向大气侧16串联地配置于轴8。因而，轴密封结构100使产品侧15与大气侧16封隔。在产品侧15，设置有输送产品介质的涡轮机9，涡轮机9对于外界可能例如是危险的。这里，在产品侧15存在产品压力PP，而在大气侧16存在大气压力PA。
第一密封部1、第二密封部2和第三密封部3均被具体化为气体润滑式机械密封部，其中第一密封部1包括旋转机械密封部11和固定机械密封部12，旋转机械密封部11与固定机械密封部12之间限定有密封间隙13。第二密封部2包括旋转机械密封部21和固定机械密封部22，旋转机械密封部21与固定机械密封部22之间限定有密封间隙23。第三密封部3包括旋转机械密封部31和固定机械密封部32，旋转机械密封部31与固定机械密封部32之间限定有密封间隙33。
优选地，第二密封部2的两机械密封部21、22均具有金刚石涂层。
如能够从图1看到的，第一密封部1与第二密封部2之间形成有第一空间6。第一空间6具有第一压力P1。第二密封部2与第三密封部3之间形成有第二空间7。第二空间7中存在第二压力P2。
第一空间6经由产品供给线路17与产品侧15连接。以这种方式，能够从产品侧15向第一空间6供给产品介质。根据第一空间6中的期望压力级，在产品侧15的相应位置处引出产品介质。
经由压力供给线路25向第二空间7供给压力介质。就像产品介质那样，压力介质也是气态的。借助于压缩机90输送产品介质。压力供给线路25内配置有第一节流装置27。
此外，从第二空间7分出有压力返回线路26。压力返回线路26内配置有第二节流装置28。
轴密封结构100还包括控制单元10。控制单元10与第一节流装置27和第二节流装置28连接。此外，第一空间6处配置有用于检测第一压力的传感器29。传感器29向控制单元10传递存在于第一空间6中的对应压力级。
控制单元10现在被以如下方式构造：通过控制第一节流装置27和第二节流装置28，以使第一空间中的第一压力P1与第二空间中的第一压力P2相等或大致相等的方式控制第二空间7中的压力级。根据本发明的“大致相等”的含义是第一压力P1与第二压力P2之间的压力差小于1％，特别地，小于0.5％。以这种方式，实现了第二密封部2能够以压力补偿的方式运行。换言之，第二密封部2能够在压力差ΔP为零的情况下运行。以这种方式，防止了存在于第一空间6中的产品介质经由第二密封部泄漏到第二空间7中。根据本发明，通过设置利用气体润滑式机械密封部(第二密封部2)而彼此分隔的且存在有相同压力的两个空间，因而能够实现零泄漏。
如图1所示，仅存在从第一空间6向产品侧15的少的第一泄漏物L1。类似地，存在从第二空间7向大气侧16的少的第二泄漏物L2。不存在经由压力补偿的中间密封部(第二密封部)的泄漏。
还应当注意，控制单元10仅通过选择两个节流装置27、28中的一者来控制第二空间7中的压力当然也是可能的。也就是，还能够通过仅控制第一节流装置27或通过仅控制第二节流装置28实现第一空间中的压力控制。然而，优选控制节流装置27、28两者，这是因为以这种方式，在第一空间6中存在如在涡轮机9运行期间可能发生的压力波动的情况下利于较快的控制干预。
因而，根据本发明，多个密封部中的中间密封部在压力差为零的情况下运行。这里，与中间密封部相邻的空间内的压力被维持在相同的等级。因而，能够可靠地防止经由中间密封部的任何泄漏。通过至少一个产品侧密封部(第一密封部)和大气侧密封部(第三密封部)封隔了与中间密封部相邻的两个空间。因而，例如在应用在发电站中的情况下，能够省略以前使用的具有复杂的泄漏物再循环系统的精密油密封部和用于使产品介质与密封介质分离的分离装置。根据本发明，不在用于密封用的产品介质的第一空间6中设置泄漏物再循环系统。尽管经由第一密封部1产生了第一泄漏物L1，但是第一泄漏物L1非常少，使得根据本发明的轴密封结构的运行呈现高的经济性。对于第二空间7，也仅产生从第二空间7向大气侧16产生的极少的第二泄漏物L2，由此也支持了本发明的高经济效益。
这里，第一泄漏物L1被引导返回产品侧15进入具有较低压力的空间。以这种方式，第一空间6与产品侧15的压力之间的压力差不会过高。
此外，根据本发明，通过使用轴密封结构100，而不必对轴密封结构100的设计作出任何改变，还能够利于在涡轮机的高转速、特别是在40m/s至140m/s的高转速条件下的密封。这里，油密封部仅能够提供高至大约80m/s的转速下的密封。
为了以高度可靠的方式防止产品介质经由第二密封部2的任何泄漏，使第一压力P1比第二压力P2略高，例如在压力差小于0.1％的范围内。
图2示出了根据本发明第二实施方式的轴密封结构100。
如能够从图2看到的，第二示例性实施方式的轴密封结构100确切地包括四个密封部。更具体地，轴密封结构100包括第一密封部1、第二密封部2、第三密封部3和第四密封部4。
第四密封部4配置在第一密封部1与第二密封部2之间。第四密封部4包括旋转机械密封部41、固定机械密封部42和配置在机械密封部之间的密封间隙43。第四密封部4将第一示例性实施方式的第一空间分成第一子空间61和第二子空间62。因而，第二示例性实施方式的轴密封结构100确切地包括四个密封部并确切地包括设置在串联配置于轴8的密封部之间的三个空间。
而且，产品供给线路17向第一子空间61供给产品介质。产品返回线路18从第二子空间62返回产品侧15，优选地，返回流程(process)中的具有低静态压力的位置，该静态压力低于子空间62中的压力P1。这里，第一子空间61中的第三压力P3略高于第二子空间62中的第一压力P1。就像第一示例性实施方式中那样，第二子空间62中的第一压力P1与第二空间7中的压力P2相等或大致相等。第一子空间61中的第三压力P3还略高于产品压力PP，使得产生从第一子空间61向产品侧15的少的第一泄漏物L1。
与第一示例性实施方式中一样，存在有第一压力P1的第二子空间62与存在有第二压力P2的第二空间7之间的压力差为零或趋近于零。这借助于第一控制单元10进行控制。另外，产品返回线路18从第二子空间62分出。这里，产品返回线路18具有相对小的截面。产品返回线路18的该截面以及长度使再循环的介质被节流。应当理解，像在压力供给线路25或压力返回线路26中那样，在产品返回线路18内安装额外的可控节流装置也是可能的。如能够在图2中看到的，为了检测第二子空间62中的第一压力P1，在第二子空间62处进一步配置有传感器29。
在第二示例性实施方式中，所有四个密封部均被具体化为气体润滑式机械密封部。另外在该示例性实施方式中，避免了产品介质以不期望的方式到达第二空间7然后从第二空间7排出进入大气，这是通过使第二密封部2在压力差ΔP为零的情况下运行且使第二子空间62中的压力P1与第二空间7中的压力P2相等，或者使这两空间之间的压力差趋近于零而实现的。压力P1和P2进而高于大气压力PA。于是，第三泄漏物L3经由产品返回线路18从第一子空间61向第二子空间62再循环。
另外，该示例性实施方式与第一示例性实施方式对应，因此该示例性实施方式可以参考与第一示例性实施方式相关的说明。
图3示出了根据本发明第三示例性实施方式的轴密封结构100。
如能够从图3看到的，第三示例性实施方式的轴密封结构100包括第一密封部1、第二密封部2、第三密封部3、第四密封部4和第五密封部5。再次地，这五个密封部串联地配置于轴8。
第五密封部5配置在第二密封部2与第三密封部3之间。第五密封部5将第二空间7分成第三子空间71和第四子空间72。因而，第三示例性实施方式的轴密封结构100总共具有五个密封部和配置在这五个密封部之间的四个空间。这里，第四子空间72中的第四压力P4高于第三子空间71中的第二压力P2。因而产生的是经由第五密封部5从第四子空间72向第三子空间71的少的第四泄漏物L4。
再次地，该示例性实施方式中的所有五个密封部均被具体化为气体润滑式机械密封部。第五密封部5包括旋转机械密封部51、固定机械密封部52和配置在该旋转机械密封部与该固定机械密封部之间的密封间隙53。
特别地，能够通过借助于控制单元10控制压力返回线路26内的第二节流装置28来控制第三子空间71中的第二压力P2。这里，就像在前述示例性实施方式中已经描述的那样，第二子空间62与第三子空间71之间的压力差为零或趋向于零。因而，再次地，第二密封部2能够在压力差为零的情况下运行，从而不产生经由第二密封部2从第二子空间62向第三子空间71的泄漏物。
图4示出了根据本发明第四示例性实施方式的轴密封结构100。这里，第四示例性实施方式与第一示例性实施方式大致对应，其中相比于第一示例性实施方式，第五密封部5和第三密封部3一体化在共用密封部110内。
如能够从图4看到的，共用密封部110包括共用旋转机械密封部111和共用固定机械密封部112。固定机械密封部112中设置有从固定机械密封部112的背侧115引到机械密封部的滑动面的进给线路114。这里，第四子空间72形成在滑动面的区域中(参见图4)。
经由供给线路25供给的压力介质被引导穿过固定机械密封部112内的进给线路114、引到第四子空间72。于是，产生了从第四子空间72向大气侧16的第二泄漏物L2和进入第三子空间71的第四泄漏物L4。
该结构具有如下特定特征：由于第三密封部和第五密封部能够一体化在共用密封部110中，所以较小的轴向安装长度是可能的。另外，该示例性实施方式与第三示例性实施方式对应，因此该示例性实施方式可以参考与第三示例性实施方式相关的说明。
如还能够从图4看到的，为了控制第二子空间62中的压力级并进而还控制第一子空间61中的压力级，在产品返回线路18内设置有第三节流装置24。
图5示出了根据本发明第五示例性实施方式的轴密封结构100。在第五示例性实施方式中，代替机械密封部，将径向间隙密封部101设置为第一密封部1。径向间隙密封部101是利用面向轴8的迷宫(labyrinth)的迷宫密封部。再次地，经由径向间隙密封部101产生的第一泄漏物L1被引向产品侧15的具有较低压力的区域中。
代替图5的迷宫密封部，如图6所示，能够可选地使用具有圆周凹口81的碳环密封部80。碳环密封部80也是径向间隙密封部，其中特别地能够以有成本效益的方式设置碳环密封部80。如能够从图6看到的，圆周凹口指向轴8的侧表面并优选形成在碳环密封部80的中央。
图7示出了根据本发明第六示例性实施方式的轴密封结构100。在第六示例性实施方式中，第二密封部2被形成为径向间隙密封部102。由于与第二密封部2相邻的两个空间6和7被维持在相同的压力级，所以不产生经由第二密封部2的泄漏。使用在第二密封部2中的径向间隙密封部102也被具体化为迷宫密封部。可选地，还能够使用图6所示的碳环密封部80。
图8示出了根据本发明第七示例性实施方式的轴密封结构100。在与图4所示的第四示例性实施方式大致对应的第七示例性实施方式中，第一密封部1和第二密封部2被径向间隙密封部101和102替换。在图8所示的第七示例性实施方式中，两径向间隙密封部101和102均被设置为迷宫密封部。可选地，还能够将两个径向间隙密封部101和102具体化为如图6所示的碳环密封部。
图9示出了根据本发明第八示例性实施方式的轴密封结构100。第八示例性实施方式与图8所示的第七示例性实施方式大致对应，其中仅一个机械密封部被径向间隙密封部101替换。如能够从图9看到的，第一密封部1被设置为径向间隙密封部101。再次地，该示例性实施方式的径向间隙密封部101被设置为迷宫密封部，其中可选地，还能够使用图6所示的碳环密封部。
对于图5至图9所述的分别具有至少一个径向间隙密封部的轴密封结构100，应当注意，径向间隙密封部的主要优点是，与机械密封部相比，径向间隙密封部的在轴向上较短的设计。以这种方式，能够节约轴8的轴向X-X上的轴向安装空间。特别地，当应用在诸如发电厂中的涡轮机和压缩机等的大型机器和其它大型装备的领域时，在涡轮机的端或压缩机的端可用的轴向安装空间是非常有限的。因而，使用至少一个径向间隙密封部主要带来了成本优点。与机械密封部相比，径向间隙密封部的另一优点是其易于运行和高鲁棒性。另外，径向间隙密封部比机械密封部有相当大的成本效益。
总之，对于所有示例性实施方式能够阐明的是，根据本发明，还提供了用于轴密封结构100的运行方法，其中代表位于产品侧密封部(密封部1)与大气侧密封部(密封部3)之间的中间密封部的第二密封部2在压力梯度为零或近乎为零的情况下运行。而且，中间密封部优选是气体润滑式机械密封部(优选具有金刚石涂层)，或者可选为径向间隙密封部，其中这两者在与中间密封部相邻的空间处均被维持在相同的压力级(第一压力P1和第二压力P2)或维持在近似相同的压力级。特别地，借助于控制单元10始终确保了压力介质的第二压力P2最低程度地高于产品介质的第一压力P1，以便避免产品介质进入压力介质的任何泄漏并进而避免了产品介质的任何溢漏。
根据本发明的本轴密封结构的另一主要优点是，能够放弃对精密且昂贵的泄漏物再循环系统的使用。如果能够用径向间隙密封部部分地替换使用在第一至第四示例性实施方式中的机械密封部，则能够进一步降低成本。以这种方式，通过机械的较短的轴向结构，能够充分地减小轴密封结构的轴向安装空间，并且能够进一步实现相当大的成本节约。
附图标记说明
1 第一密封部
2 第二密封部
3 第三密封部
4 第四密封部
5 第五密封部
6 第一空间
7 第二空间
8 轴
9 涡轮机、压缩机、流道(runner)
10 控制单元
11 旋转机械密封部
12 固定机械密封部
13 密封间隙
15 产品侧
16 大气侧
17 产品供给线路
18 产品返回线路
21 旋转机械密封部
22 固定机械密封部
23 密封间隙
24 第三节流装置
25 压力供给线路
26 压力返回线路
27 第一节流装置
28 第二节流装置
29 传感器
31 旋转机械密封部
32 固定机械密封部
33 密封间隙
41 旋转机械密封部
42 固定机械密封部
43 密封间隙
51 旋转机械密封部
52 固定机械密封部
53 密封间隙
61 第一子空间
62 第二子空间
71 第三子空间
72 第四子空间
80 碳环密封部
81 圆周凹口
90 压缩机
100 轴密封结构
101 径向间隙密封部
102 径向间隙密封部
110 共用密封部
111 共用旋转机械密封部
112 共用固定机械密封部
114 进给线路
115 共用固定机械密封部的背侧
PP 产品侧的压力
PA 大气侧的压力
Ll 朝向产品侧的第一泄漏物
L2 朝向大气侧的第二泄漏物
L3 第三泄漏物
L4 第四泄漏物
P1 第一压力
P2 第二压力
P3 第三压力
P4 第四压力
X-X 轴向

Claims (18)

1.一种轴密封结构，其包括：
-串联地配置在大气侧(16)与待被密封的产品侧(15)之间的第一密封部(1)、第二密封部(2)和第三密封部(3)，
-其中，所述第二密封部(2)配置在所述第一密封部(1)与所述第三密封部(3)之间，
-在朝向所述产品侧(15)的方向上与所述第二密封部(2)相邻的空间(6；61)中存在有第一压力(P1)，在朝向所述大气侧(16)的方向上与所述第二密封部(2)相邻的空间(7；71)中存在有第二压力(P2)，
-与所述大气侧(16)相邻的空间(7；71)连接至压力供给线路(25)，经由所述压力供给线路(25)，能够将压力介质供给到该空间中，并且
-所述第一压力(P1)与所述第二压力(P2)相等或大致相等，使得所述第二密封部(2)能够在所述第一压力(P1)与所述第二压力(P2)之间的压力差为零的情况下运行。
2.根据权利要求1所述的轴密封结构，其特征在于，所述第二密封部(2)是具有旋转机械密封部(21)和固定机械密封部(22)的气体润滑式机械密封部。
3.根据权利要求1所述的轴密封结构，其特征在于，所述第二密封部(2)是径向间隙密封部，特别地，所述第二密封部(2)是迷宫密封部或碳环密封部。
4.根据权利要求1或2所述的轴密封结构，其特征在于，所述第一密封部(1)是径向间隙密封部，特别地，所述第一密封部(1)是迷宫密封部或碳环密封部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，所述轴密封结构还包括控制单元(10)和配置在所述压力供给线路(25)内且与所述控制单元(10)连接的第一节流装置(27)，其中所述控制单元(10)被构造成用于根据所述第一压力(P1)借助于使所述第一节流装置(27)打开或关闭来控制所述第二压力(P2)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，所述第二密封部(2)至少在机械密封部中的一者处具有金刚石涂层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，经由所述压力供给线路(25)供给的压力介质是空气或氮气。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，所述轴密封结构还包括压力返回线路(26)，所述压力返回线路(26)从所述第二密封部(2)的面向所述大气侧(16)的空间(7；71)分出。
9.根据权利要求8所述的轴密封结构，其特征在于，所述压力返回线路内配置有第二节流装置(28)，所述第二节流装置(28)与所述控制单元(10)连接，其中所述控制单元(10)被构造成用于根据所述第一压力(P1)借助于使所述第二节流装置(28)打开或关闭来控制所述第二压力(P2)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，所述轴密封结构还包括配置在所述第一密封部(1)与所述第二密封部(2)之间的第四密封部(4)，其中所述第四密封部(4)限定位于所述第一密封部(1)与所述第四密封部(4)之间的第一子空间(61)，并且限定位于所述第四密封部(4)与所述第二密封部(4)之间的第二子空间(62)，所述第一子空间(61)与所述产品侧连接，产品返回线路(18)从所述第二子空间(62)引导返回流程中，所述第一子空间(61)中存在有高于所述第二子空间中的压力的第三压力(P3)，所述第二子空间中存在有所述第一压力(P1)，所述第二空间中的所述第二压力(P2)与所述第一压力(P1)相等或大致相等。
11.根据权利要求10所述的轴密封结构，其特征在于，所述轴密封结构还包括配置在所述第二密封部(2)与所述第三密封部(3)之间的第五密封部(5)，其中在所述第五密封部(5)与所述第二密封部(2)之间限定有第三子空间(71)，在所述第五密封部(5)与所述第三密封部(3)之间限定有第四子空间(72)，所述第三子空间(71)中存在有所述第二压力(P2)，所述第四子空间(72)与所述压力供给线路(25)连接，所述压力返回线路(26)从所述第三子空间(71)分出，所述第四子空间(72)中存在有高于所述第二压力(P2)的第四压力(P4)。
12.根据权利要求11所述的轴密封结构，其特征在于，所述第三密封部(3)和所述第五密封部(5)一体化在共用密封部(110)内，其中所述共用密封部(110)具有共用旋转机械密封部(111)和共用固定机械密封部(112)，进给线路(114)在所述固定机械密封部(112)内从所述固定机械密封部(112)的背侧(115)延伸到机械密封部的滑动面，所述进给线路(114)与所述压力供给线路(25)连接，所述第四子空间(72)配置在这两个机械密封部(111，112)的滑动面处、所述进给线路(114)的端处。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，所述产品返回线路(18)内配置有第三节流装置(24)，所述第三节流装置(24)与所述控制单元(10)连接，其中所述控制单元(10)被构造成借助于使所述第三节流装置(24)打开和关闭来控制所述第一压力(P1)。
14.根据权利要求5至13中任一项所述的轴密封结构，其特征在于，所有密封部均是气体润滑式机械密封部。
15.一种流体机械，特别地，所述流体机械为涡轮机或压缩机，所述流体机械包括待被密封的轴(8)和根据前述权利要求任一项所述的轴密封结构(100)。
16.一种轴密封结构(100)的运行方法，所述轴密封结构(100)包括串联地配置于轴(8)的第一密封部(1)、第二密封部(2)和第三密封部(3)，其中，所述第一密封部(1)与所述第二密封部(2)之间限定有第一空间(6)，所述第二密封部(2)与所述第三密封部(3)之间限定有第二空间(7)，向所述第一空间(6)供给待被密封的产品介质，向所述第二空间(7)供给加压的压力介质，以使所述第一空间(6)中的第一压力(P1)与所述第二空间(7)中的第二压力(P2)相等或使所述第一压力(P1)与所述第二压力(P2)大致相等的方式控制所述第一空间(6)中的压力和所述第二空间(7)中的压力，使得所述第二密封部(2)能够在所述第一压力(P1)与所述第二压力(P2)之间没有压力梯度或仅有最小压力梯度的情况下运行。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，根据所述第一压力(P1)借助于节流装置(27，28)来控制所述第二压力(P2)。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，在已经从产品侧(15)引出所述产品介质之后借助于节流装置(24)控制所述产品介质的所述第一压力(P1)。
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