CN107567544A - 涡轮机垫圈和设有所述垫圈的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机垫圈(20)包括：至少第一弯曲伸长元件，其具有联接部分(22)，联接部分(22)构造成与管状组件(30)协作以便使垫圈(20)在管状组件(30)上保持就位，以及外表面，其构造成相对于设置成容纳管状组件(30)的外壳密封，第一弯曲伸长元件包括第一和第二自由端，第一自由端提供第一突出唇缘，并且第二自由端提供第二突出唇缘，第一突出唇缘构造成与第一弯曲伸长元件的第二突出唇缘交叠，或者与第二伸长元件的功能上等同于第一伸长元件的第二突出唇缘交叠，使得当垫圈在使用中时，在垫圈的具有所述突出唇缘的那个部分中准许密封。

Description

涡轮机垫圈和设有所述垫圈的涡轮机
技术领域
本文公开的主题的实施例对应于涡轮机垫圈和涡轮机，特别是包括所述垫圈的压缩机。
背景技术
在涡轮机领域中，使用垫圈来分开在不同压力下操作的区。垫圈可位于管状组件和外壳之间，管状组件可为通过一个或多个隔板和转子形成的压缩机束。
在现有技术中，至少在管状组件外表面上设有环形凹槽来容纳闭环垫圈，闭环垫圈通常由基于特氟纶(PTFE)的材料实现。为了使垫圈配合在环形凹槽中，第一步是加热闭环垫圈，以暂时增大其直径。垫圈直径的增大使得可能将其配合到管状组件上且使垫圈一直滑动到凹槽。当垫圈温度降低时，其直径相应减小，并且垫圈保持配合在凹槽中且固定到管状组件上。
在可具有直径大大超过1.5米且达到2.8米、长度为2米至5米的管状组件的大型涡轮机中，注定会配合在其上的闭环垫圈必须具有相似的直径。闭环垫圈的巨大尺寸使得难以以均匀的方式增加其温度，而且一旦加热难以处理(必须注意的是，加热温度可接近100℃)。
现有过程允许操作者使用便携式加热器来加热垫圈，从而产生热气流，热气流可仅使垫圈的有限部分变暖。因此，需要3-4位操作者同时作用在垫圈上，以便以基本均匀的方式加热垫圈。在该过程期间，每个操作者都必须非常小心，以便避免过热，过热可使垫圈的一些部分永久地变形，从而损害密封。
一旦垫圈加热到正确温度，操作者就必须将它定位在管状组件上，并且使其在管状组件表面上一直滑动到凹槽上的正确位置。
在这个操作期间，整个管状组件通常定位在两个间隔开的支承件上。因此，为了定位垫圈，操作者必须至少从一个支承件提升管状组件，并且将垫圈配合在组件上。在那之后，他们必须使垫圈一直滑动到它不干涉支承件的位置，而且，一旦到达那个位置，他们可将管状组件下降到其原来的位置。该过程的最后一步允许垫圈继续滑动移动，直到垫圈到达最终位置为止。
已经很不容易的操作由于垫圈的温度为大约100℃而变得复杂。这要求操作者佩戴适当的保护，以便避免皮肤严重烧伤。此外，该操作必须尽可能快速地完成，以便避免垫圈冷却。
实际上，如果垫圈温度下降到低于某个极限，而它还不在正确位置上，则由于垫圈的直径减小，它可仍然挡在管状组件上，而且可能难以再次定位垫圈。
还要注意的是，在现有技术中，一旦垫圈定位在凹槽中，就很难将它加热到正确温度以便移除它。因此，大多数时候，需要破坏安装的垫圈，而且不能再次使用它。
发明内容
因此，大体上需要提供一种甚至可容易且快速地安装在大型涡轮机的管状组件上的涡轮机垫圈。
特别地，需要提供一种甚至可由单个操作者安装在管状组件上的涡轮机垫圈。
此外，需要提供一种可安装在管状组件上从而避免操作者严重烧伤的风险的涡轮机垫圈。
此外，需要提供一种涡轮机垫圈，如果需要的话，其可简单地从管状组件中移除且可再次使用或修理。
重要思想是使用拼合垫圈。
另一个重要思想是对垫圈提供交叠唇缘。
此外，另一个重要思想是以底切的方式将垫圈配合在管状组件上。
本文公开的主题的第一实施例对应于涡轮机垫圈。
本文公开的主题的第二实施例对应于包括垫圈的涡轮机，特别是旋转压缩机。
附图说明
附图结合在本文中且构成说明书的一部分，附图例示了本发明的示例性实施例，并且与详细描述一起解释这些实施例。在图中：
图1示出了涡轮机、特别是旋转压缩机的局部示意性且简化的视图；
图2A是图1的由参考标号20A、20B指示的部分的放大局部且简化的视图，其示出了涡轮机垫圈的截面，其中省略了截面线；
图2B是图1的由参考标号21指示的部分的放大局部且简化的视图，其示出了涡轮机垫圈的截面，其中省略了截面线；
图3A和3B示意性地示出了图2A的涡轮机垫圈的安装步骤。
图4是在图1的线IV-IV上得到的示意图；
图5是沿着图4的线V-V得到的截面图；
图6是沿着图4的线VI-VI得到的截面图；
图7是沿着图5的VII-VII得到的截面图；以及
图8是当涡轮机操作时沿着线V-V得到的截面图。
具体实施方式
示例性实施例的以下描述引用了附图。
以下描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。
贯穿说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用指的是关于实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因而，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿说明书在各处的出现不一定引用相同的实施例。另外，特定特征、结构或特性可按任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
图1例示了根据本公开的涡轮机(特别是多级离心压缩机1)的简化截面图(其中省略了截面线)。多级离心压缩机1包括壳3，其中转子4被旋转地支承。
转子4可包括由轴承7和9支承的转子轴5。可提供密封件10和11，以将压缩机1的内部与环境隔离。
在一些实施例中，一个或多个叶轮可安装在轴5上。在图1的示例性实施例中，压缩机1是多级离心压缩机，多级离心压缩机包括两个压缩机单元，其各自包括相应的叶轮。第一压缩机单元叶轮由13A、13B、13C、13D指示，而第二压缩机单元叶轮由13E和13F指示。叶轮还将统称为叶轮13。
在一些实施例中，叶轮13可键合在转子轴上。然而其它结构也是可能的。
第一压缩机单元的各个叶轮13A-13D与形成于第一隔板19A中的定子通道14A、14B、14C结合。第二隔板19B分开两个压缩单元，并且为两个压缩机单元限定出口通道O1、O2。第三隔板19C为第二压缩机单元限定定子通道14D。隔板可统称为19。
在一些实施例中，第一、第二和第三隔板19可如本文描述的那样是整体的。在其它实施例中，它们可由独立且堆叠的构件形成。隔板19和转子4形成管状组件30(或束)的部分，管状组件30容纳在压缩机壳3中。气体通过气体入口I1、I2进入各个压缩机，并且按顺序输送通过各个压缩机的叶轮，离开各个压缩机的最后的叶轮13D、13E，并且通过气体出口O1、O2排出。
根据本文公开的主题的一方面，在管状组件30和外壳3之间设有涡轮机垫圈20、21，以便密封地分开压缩机的经受不同压力的区域。
在本示例中，第一垫圈20A分开管状组件30的经受出口O1压力的部分与管状组件的经受入口I1压力的部分。第二垫圈20B分开管状组件的经受出口O1压力的部分与管状组件30的经受出口O2压力的部分。在出口O2处存在的压力大于入口O2压力和出口O1压力两者。第三垫圈21分开管状组件的经受出口O2压力的部分和经受入口I2压力的部分。第三垫圈21通常等同于垫圈20B，除了其在管状组件30上的安装定向之外。
更详细地说，第一垫圈20A和第二垫圈20B可密封沿图2A的箭头A的方向推垫圈20的压力。第三垫圈21可密封沿图2B的箭头B的方向推垫圈21的压力。
根据一个实施例，在单个弯曲伸长元件50中实现垫圈20A。将在后面描述其它实施例，其中在功能上彼此等同的两个或更多个伸长元件50、50’中实现垫圈，当组装好时，该两个或更多个伸长元件形成密封环。
垫圈具有外表面51，外表面51可为圆柱形的，而且构造成相对于设置成容纳管状组件30的外壳3密封。
弯曲伸长元件50包括第一自由端52和第二自由端53，其分别具有第一突出唇缘52A和第二突出唇缘53A。垫圈20的第一突出唇缘52A和第二突出唇缘53A构造成优选沿垫圈可包含的压力的方向(图2A的箭头A)彼此交叠以准许密封。
如可在图4和5中注意到的那样，各个突出唇缘52A、53A具有相对于在伸长元件50的包括于自由端52、53之间的那个部分中得到的截面的面积(参见图6)具有减小的面积的截面。
定位成带有相互接触的表面60的两个突出唇缘52A、53A的截面(图5)可对应于在伸长元件50的包括于其自由端之间的那个部分中得到的截面(图6)。
此外，突出唇缘可具有相互接触的表面60，该表面60在截面中(图5)相对于垫圈外表面51倾斜。
参照图2A，管状组件30提供容纳垫圈的环形凹槽31。环形凹槽31呈现具有倒L形边缘(参照图2A)的至少一个壁32。垫圈20A也呈现L形壁22，L形壁22可按底切的方式与凹槽壁的倒L形边缘32配合。应当注意，凹槽壁32和面向它的垫圈壁22的形状可具有与所描述的不同的形状。一个重要特征是垫圈提供联接部分22，联接部分22构造成与管状组件30协作，以便使垫圈在管状组件30上保持就位。那个部分22可构造成至少与管状组件30的对应部分32以底切的方式协作。
为了将垫圈固定在管状组件3上，可提供至少一个固持元件70。固持元件70通过螺钉71固定到管状组件30，并且可形成于两个或更多个部分中，其可具有圆形节段的构造，以便共同形成圆。
固持元件还可构造成以底切的方式固定垫圈20、21，如可从图5理解的那样。在本示例中，固持元件70具有完全像凹槽壁32一样构造的壁72。
从图5的区段清楚的是，当固持元件与凹槽协作以使涡轮机垫圈保持就位时，即，当固持元件拧到管状组件上时，在凹槽31和固持元件70之间限定了T形或L形空间(在截面中)。
在以上描述中，垫圈由单个伸长弯曲元件制成。
当安装垫圈22时，垫圈22可由弹性材料实现，特别是PTFE，可能使垫圈有弹性地变形而使其自由端相距一定距离。这样，通过使垫圈在管状元件本身上一直滑动到凹槽来将垫圈配合到管状元件上是非常简单的。
当垫圈置于凹槽(图3A)中时，使垫圈沿箭头C的方向推动，并且与凹槽壁32配合。最后，用专用螺钉71固定固持元件。
应当注意，当安装好垫圈22时，在唇缘的外部部分之间存在间隙F。当垫圈的温度在压缩机操作期间增加时，这个间隙对防止垫圈由于形成它的材料的膨胀而造成的变形很有用。
在涡轮机1的操作期间，垫圈22如图8中显示的那样在其中突出唇缘52A、53A叠置的那个部分中略微变形，以便准许密封。特别地，压力HP高于压力LP，压力HP将垫圈22推入图8的左侧部分。
垫圈的第一唇缘52A接触凹槽壁32，而由于倾斜表面60的存在，第二唇缘53A相对于壳3被推挤，从而形成密封。
为了允许上面描述的移动和变形，距离G必须小于距离H，距离N必须小于距离P，并且距离L应当小于距离M。
在本描述中，即使用语“密封”用来限定垫圈22的范围，仍然可容忍通过垫圈的可忽略的泄漏且不损害密封的性能。
在不同的实施例中，可在形状为环形扇区的两个或更多个弯曲伸长元件50、50’中实现垫圈22，当连结在一起时，环形扇区可形成完整的环。两个不同的伸长元件50、50’之间和相同元件50的两个自由端之间的连结部分是基本相同的，而且在图4和5中呈现。各个伸长扇区50、50’具有突出唇缘52A、53A’，它们在功能上等同于描述且构造成以与上面描述的相同的方式协作和工作的突出唇缘。
应当注意，在这种情况下，凹槽31可具有恒定横截面，如同上面描述的实施例中一样。

Claims (14)

1.一种涡轮机垫圈(20，21)，包括：至少第一弯曲伸长元件(50)，其具有联接部分(22)，所述联接部分(22)构造成与管状组件(30)协作以便使所述垫圈在所述管状组件上保持就位，以及外表面(51)，其构造成相对于设置成容纳所述管状组件的外壳密封，所述第一弯曲伸长元件包括第一自由端(52)和第二自由端(53)，所述第一自由端(52)提供第一突出唇缘(52A)，并且所述第二自由端(53)提供第二突出唇缘(53A)，所述第一突出唇缘(52A)构造成与所述第一弯曲伸长元件的所述第二突出唇缘(53A)交叠，或者与第二伸长元件的功能上等同于所述第一突出唇缘的第二突出唇缘(53A’)交叠，使得当所述垫圈在使用中时，在所述垫圈的具有所述突出唇缘(52A，53A，53A’)的那个部分中获得密封。
2.根据权利要求1所述的涡轮机垫圈(20，21)，其特征在于，所述涡轮机垫圈包括功能上彼此等同的多个弯曲伸长元件(50，50’)，当组装好时，所述多个弯曲伸长元件形成密封环。
3.根据权利要求1所述的涡轮机垫圈(20，21)，其特征在于，所述第一联接部分(22)构造成至少与所述管状组件的一部分(32)以底切的方式协作。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机垫圈(20，21)，其特征在于，所述伸长元件(50，50’)在包括于所述第一端(52)和所述第二端(53)之间的那个部分中具有恒定截面。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机垫圈(20，21)，其特征在于，所述伸长元件(50，50’)的所述截面的至少一部分是T形或L形的。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机垫圈，其特征在于，各个突出唇缘(52A，53A，53A’)具有相对于在所述伸长元件的包括于所述自由端(52，53)之间的那个部分中得到的截面的面积具有减小的面积的截面。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机垫圈，其特征在于，定位成带有相互接触的表面(60)的两个突出唇缘的截面可对应于在所述伸长元件(50)的包括于其自由端(52，53)之间的那个部分中得到的截面。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机垫圈，其特征在于，所述唇缘具有相互接触的表面(60)，所述表面(60)在截面中相对于所述外表面(51)倾斜。
9.一种涡轮机，所述涡轮机具有管状组件(30)，其包括具有一系列叶轮(13)的转子(4)和定子，所述叶轮(13)可在所述定子内旋转，所述管状组件(30)具有至少一个隔板(19)，从而限定定子通道(14)，以收集离开所述叶轮(13)的流体，至少一个根据权利要求1至8所述的涡轮机垫圈设置在所述外壳(3)和所述管状组件(30)之间，并且密封地分开所述涡轮机的具有不同压力的至少第一区域和第二区域。
10.根据前述权利要求所述的涡轮机，其特征在于，所述管状组件(30)包括容纳所述涡轮机垫圈(20，21)的凹槽(31)，并且所述垫圈的联接部分以底切的方式接合所述管状组件。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机，其特征在于，所述管状组件(30)包括与所述凹槽(31)协作的固持元件(70)以将所述涡轮机垫圈(20，21)保持就位。
12.根据前述权利要求所述的涡轮机，其特征在于，所述固持元件(70)包括可移除地固定到所述管状元件上的成组的固持扇区，所述固持扇区构造成共同形成圆。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机，其特征在于，当所述固持元件(70)与所述凹槽(31)协作以将所述涡轮机垫圈(20，21)保持就位时，T形或L形空间由所述凹槽(31)和所述固持元件(70)限定。
14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的涡轮机，其特征在于，所述伸长元件(50，50’)由塑料材料制成，特别是PTFE或基于PTFE的化合物，并且/或者所述固持元件(70)由金属材料制成。
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