NO172510B - Sperrevaeske-tetningsanordning for akseltetning i en turbokompressor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en sperrevæske-tetningsanordning for akseltetning i en turbokompressor, særlig i en høytrykks-turbokompressor, med en aksialt tettende glidering på gass-siden, en aksialt tettende glidering på atmosfæresiden, idet begge disse er fast anordnet i et hus, samt en rotorring som er fast forbundet med akselen og har overfor hverandre liggende tetteflater, hvilke er tilordnet glideringene med deres tetteflater, idet begge glideringene er tilordnet et sperrevæskerom, hvilke sperrevæskerom på utsiden av rotorringen står i forbindelse med hverandre gjennom en ringkanal, idet glideringen på atmosfæresiden avtetter det tilordnede sperrevæskerom mot atmosfæren og glideringen på gass-siden avtetter det tilordnede sperrevæskerom mot gassrommet, og de to sperrevæskerommene tilhører en lukket sperrevæskekrets med pumpe og kjøler, og idet sperrevæskemengden i sperrevæskekretsen kan etterfylles ved hjelp av en tilførselspumpe og en trykkomvandler.

En slik tetningsanordning er kjent fra CH-patent nr. 340106. I den kjente anordning etterfylles sperrevæsken ved hjelp av en pumpe. Trykket i sperrevæsken i området for tetningsanordningen økes ved hjelp av en høytliggende beholder med overløp. Denne trykkøkning er uavhengig av gasstrykket og av trykkforskj ellen.

Formålet med oppfinnelsen er å komme frem til en sperrevæske-tetningsanordning som på en enkel måte muliggjør regulering av trykkforskjellen.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at trykkomvandleren på den ene side påvirkes av gassen som det skal tettes for og av en regulerbar fjærkraft og på den annen side av sperrevæsken i sperrevæskekretsen, og innstiller en trykkforskjell mellom sperrevæsken og gassen uavhengig av trykknivået samt bestemmer trykket i sperrevæskekretsen, og at trykkomvandleren samtidig er utformet som sperrevæskebeholder.

Innen rammen av oppfinnelsen kan det benyttes forskjellige anordninger av glideringene. En utførelsesform som særpreges ved enkelhet og funksjonssikkerhet omfatter at glideringen på gass-siden holdes aksialt og radialt bevegelig av en foldebelg som omgir akselen og at glideringen på atmosfæresiden holdes aksialt og radialt bevegelig av hjelpeelementer, f.eks. i form av fjærer og i det minste en 0-ring. Anleggskreftene til glideringen på gass-siden bestemmes av foldebelgen og den opptredende, hydrauliske trykkforskjell mellom sperrevæske og gass. Anleggskreftene til glideringen på atmosfæresiden bestemmes av fjærene og det opptredende, hydrauliske trykk i sperrevæsken. Det vil forstås at foldebelgen kan erstattes av andre tetningssys-temer, særlig av en 0-ring og fjærelementer. Tetningen på gass-siden er en glideringtetning med lave lekkasjeverdier, som fortrinnsvis arbeider i området med blandet friksjon. Tetningen på atmosfæresiden er en aksialspaltetetning, med tetteflater som i dynamisk tilstand er adskilt av en hydrodynamisk dannet væskefilm. Blandet friksjon foreligger når det befinner seg en bærende smørefilm i tettespalten og som er avbrutt på enkelte steder. Foruten egenskapene til smøremidlet begynner også glideegenskapene til material-kombinasjonen å påvirke friksjonsforholdene, henholdsvis friksjonskoeffisienten. Ved væskefriksjon med en hydrodynamisk dannet væskefilm bestemmes friksjonskoeffisienten utelukkende av den dynamiske viskositet til smøremidlet.

Den lekkasjemengden som renner ut kan benyttes for funksjons-kontroll av hele systemet. Den kan hele tiden holdes så liten at de øvrige reguleringsinnretninger som befinner seg i systemet aldri overskrider de reguleringsområder som sikrer driften. Sperrevæskekretsen er lukket. Dette betyr at sperrevæsken i sperrevæske-tetningsanordningen i henhold til oppfinnelsen holder seg på tettetrykknivået. Den pumpes av en sirkulasjonspumpe som må overvinne strømningsmotstanden i det lukkede kretsløp. Tapsytelsen til tetningen føres til kjøleren. Den meget lille, regulerbare lekkasjemengden som trenger ut av sperrevæskekretsen gjennom aksialspalten til glideringene erstattes av og til ved hjelp av en liten tilførselspumpe.

De fordeler som oppnås ligger hovedsakelig i at i sperrevæske-tetningsanordningen i henhold til oppfinnelsen er lekkasjemengden mye mindre enn i den innledningsvis angitte utførelse med flytende ringtetninger. Derfor er driften med en lukket sperrevæskekrets mulig, og også trykkforskjell-reguleringen kan gjennomføres på en enkel måte. Systemet som helhet er enkelt, fordi det ikke trengs en høytliggende beholder og sperrevæskepumper med høy ytelse samt de vanlige trykkforskjell-reguleringsventiler. Resultatet er at det oppnås en betydelig energibesparelse. Kjølingen av tetningen er uavhengig av trykknivået. En særlig fordel er den lille indre lekkasjemengden og tetningen under stillstand. Glideringene og rotorringen kan fremstilles av materialer med lang brukstid. Generelt benyttes kombinasjoner av harde materialer, og glideringene og rotorringen er praktisk talt uslitelige.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel vist på den vedføyde tegningen. Fig. 1 viser skjematisk en turbokompressor med en sperrevæske-tetningsanordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser i vesentlig større målestokk enn fig. 1 et aksialsnitt gjennom den venstre sperrevæske-tetningsanordningen til turbokompressoren i fig. 1.

I sperrevæske-tetningsanordningen vist på figurene inngår en aksialt tettende glidering 1 på gass-siden og en aksialt tettende glidering 2 på atmosfæresiden, idet begge disse er fast anordnet i et hus 3. Dessuten inngår en rotorring 5 som er forbundet med akselen 4 og har overfor hverandre liggende tetteflater, som er tilordnet glideringene 1, 2 med deres tetteflater. Glideringene 1, 2 er tilordnet hvert sitt sperrevæskerom 6, 7. De to sperrevæskerom 6, 7 står på utsiden av rotorringen 5 i forbindelse med hverandre gjennom ringkanalen 8. Glideringen 2 på atmosfæresiden avtetter sperrevæskerommet 6 mot atmosfæren. Glideringen 1 på gass-siden avtetter sperrevæskerommet 7 mot gassrommet. De to sperrevæskerommene 6, 7 tilhører en lukket sperrevæskekrets 9 med pumpe 10 og kjøler 11. Pumpen 10 kan også arbeide som pumperotor sammen med rotorringen 5, og vil i så fall inngå i tetningsanordningen. Av fig. 2 fremgår at glideringen 1 på gass-siden holdes av en foldebelg 12 som omgir akselen 4. Glideringen 2 på atmosfæresiden holdes aksialt og radialt bevegelig av hjelpeelementer i form av fjærer 13 og O-ringer 14. De indre lekkasjemengder av sperrevæsken føres gjennom en ledning 23 til en utskiller 24. Etter eventuell behand-ling føres denne lekkasjemengden til tanken 16. De ytre lekkasjemengder av sperrevæsken føres gjennom en ledning 15 til tanken 16. Sperrevæskemengden i sperrevæskekretsen etterfylles ved hjelp av en tilførselspumpe 17 og en trykkomvandler 18. Trykkomvandleren 18 påvirkes på den ene side av gassen som det skal tettes mot og av en ikke vist, regulerbar fjær, og på den annen side av sperrevæsken i sperrevæskekretsen. Ved regulering av fjæren kan trykket i sperrevæskekretsen og dermed trykkforskjellen mellom sperrevæsken og gassen som det skal tettes mot bestemmes. Trykkomvandleren 18 er samtidig utformet som sperrevæskebeholder. Trykkforskjellen mellom gassen som det skal tettes mot og sperrevæsken dannes i trykkomvandleren 18. Trykkomvandleren 18 består av en trykksylinder 19, i hvilken et stempel 20 kan beveges aksialt. Den ene siden av stemplet 20 påvirkes av sperrevæsken og den andre siden av gassen som det skal tettes mot. På gass-siden virker dessuten en fjærkraft i tillegg til gasstrykket. Dette bevirker en trykkforskjell mellom sperrevæsken og gassen. Trykkforskjellen holdes i et forut bestemt område og er uavhengig av trykknivået. Etter som trykkomvandleren 18 samtidig er sperrevæskebeholder, muliggjøres også ved bortfall av energitilførselen til tilførselspumpene en regulert nedkjøring av turbokompressoren og lengere stillstand under trykk.

Claims (1)

1. Sperrevæske-tetningsanordning for akseltetning i en turbokompressor, særlig i en høytrykks-turbokompressor, med en aksialt tettende glidering (1) på gass-siden, en aksialt tettende glidering (2) på atmosfæresiden, idet begge disse er fast anordnet i et hus (3), samt en rotorring (5) som er fast forbundet med akselen (4) og har overfor hverandre liggende tetteflater, hvilke er tilordnet glideringene (1, 2) med deres tetteflater, idet begge glideringene (1, 2) er tilordnet et sperrevæskerom (6, 7), hvilke sperrevæskerom (6, 7) på utsiden av rotorringen (5) står i forbindelse med hverandre gjennom en ringkanal (8), idet glideringen (2) på atmosfæresiden avtetter det tilordnede sperrevæskerom (6) mot atmosfæren og glideringen (1) på gass-siden avtetter det tilordnede sperrevæskerom (7) mot gassrommet, og de to sperrevæskerommene (6, 7) tilhører en lukket sperrevæskekrets (9) med pumpe (10) og kjøler (11), og idet sperrevæskemengden i sperrevæskekretsen (9) kan etterfylles ved hjelp av en tilførselspumpe (17) og en trykkomvandler (18),karakterisert ved at trykkomvandleren (18) på den ene side påvirkes av gassen som det skal tettes for og av en regulerbar fjærkraft og på den annen side av sperrevæsken i sperrevæskekretsen, og innstiller en trykkforskjell mellom sperrevæsken og gassen uavhengig av trykknivået samt bestemmer trykket i sperrevæskekretsen (9), og at trykkomvandleren (18) samtidig er utformet som sperrevæskebeholder.