WO2015193269A1 - Fluidenergiemaschine mit tandem-trockengasdichtung - Google Patents

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WO2015193269A1
WO2015193269A1 PCT/EP2015/063399 EP2015063399W WO2015193269A1 WO 2015193269 A1 WO2015193269 A1 WO 2015193269A1 EP 2015063399 W EP2015063399 W EP 2015063399W WO 2015193269 A1 WO2015193269 A1 WO 2015193269A1
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    • F05D2270/301—Pressure

Definitions

  • the invention relates to a fluid energy machine, insbesonde ⁇ re turbo compressor comprising a passage extending along an axis of the rotor, comprising a housing, wherein the housing separates an interior from an exterior, comprising min ⁇ least a shaft seal for sealing a gap see between the rotor and the housing, wherein the shaft seal is formed as a tandem dry gas seal, wherein the tandem dry gas seal comprises an inner seal and an outer seal, wherein the outer seal has a first locking gas supply ⁇ axially between the outer seal and the inner seal opens into the gap, wherein the Wel ⁇ lendichtung has a primary discharge between the inner seal and the outer seal, which sucks primary dissipation fluid from the gap.
  • Fluid energy machines in particular turbocompressors, are frequently sealed at the shaft ends of a rotor with dry gas seals in tandem construction (Tandem Dry Gas Seals) in order to prevent the process gas to be compressed from entering the environment via the shaft gaps.
  • These dry gas seals must be supplied with dry and filtered purge gas to avoid contamination and humidities that affect the function of the seal.
  • pressure in the space between the inner seal and the outer seal is required, which can also be monitored. Only if a pressure gradient in the outer gas seal is established in this way is it possible to monitor the function on the outer gas seal. In particular, this pressure drop across the outer gas seal is also required to avoid overheating and instabilities in the gas film between a slip ring and a rotating ring of this seal.
  • turbocompressors are already known from the documents WO 2010/034601 Al, WO 2010/034605 Al, WO 2010/102940 Al, WO 2010/118977 Al and WO 2014/037149 AI.
  • the problem of monitoring the outer dry gas seal is already known, because it comes to low pressure drop over the outer dry gas seal due to the low leakage in particular ⁇ special in operating conditions that do not ent ⁇ the full load.
  • the leakage of the inner dry gas seal is sometimes so low that the pressure in the gap between the inner dry gas seal and the outer dry gas seal drops.
  • Another problem is the lack of supply of the outer dry gas seal with a cooling fluid, in particular under pressure from the inside of the outer dry gas seal adjacent process fluid or a mixture with the process fluid, so that the lubrication and cooling of this seal is guaranteed.
  • a cooling fluid in particular under pressure from the inside of the outer dry gas seal adjacent process fluid or a mixture with the process fluid, so that the lubrication and cooling of this seal is guaranteed.
  • blocking fluid in larger quantities in the intermediate space or in the seal itself, so that cooling and lubrication are ensured.
  • this has the additional disadvantage that a larger amount of barrier fluid is required, the processing or provision is very kostspie- lig and possibly even affects the efficiency of the Maschi ⁇ ne.
  • the invention has the object to ensure the function, in particular the outer seal of the tandem arrangement safer and better to monitor, without increasing the need for cooling and lubricating barrier fluids.
  • a fluid energy machine of the defi ned ⁇ type is proposed with the additional features of the characterizing portion of claim 1.
  • a method of operation of such a fluid energy machine overall proposed the independent method claim.
  • the respective dependent claims contain advantageous developments of the invention.
  • the invention also includes embodiments which result from combinations of subclaims which are not produced by explicit back references, provided that these combinations are technically possible.
  • the primary derivative described leads to a Dispose of ⁇ supply system. This is in most cases a torch system and has a slight overpressure to the environment.
  • Geometric information such as axial, radial, tangential and similarity ⁇ Liche refer to the defined in claim 1 axis of the rotor, unless deviating definition is introduced in the respective context.
  • inner (s) and outer (s) refer to the “inside” or “exterior” of the fluid energy machine or housing of the fluid energy machine introduced in claim 1. In this case, these attributes are also used for linguistic due-fulness in such a way that in relation to one another a component is referred to as an inner component, if it is located farther toward the interior than the relatively different component which is arranged comparatively farther to the outside.
  • the inner seal and the outer seal of the tandem dry gas seal are each a dry gas seal for sealing the gap between the rotor and the housing.
  • Dry gas seals are non-contacting, dry-running sealing ring pairs, each having a sealing end face aufwei ⁇ sen, wherein a sealing ring is rotated, and the other sealing ring is. During operation, recesses in at least one of the two end faces cause a dynamic force, which leads to a gap between the two rings.
  • the use of the so-called dry gas seals, especially in centrifugal compressors, has recently become increasingly common. because the leakage and thus the contamination of the surrounding components are extremely low and no lubricating oil is required for the use of these seals.
  • a decisive advantage of the invention is that the buffering of the primary discharge according to the invention by means of the second control element ensures the differential pressure across the outer seal, without requiring additional sealing gas.
  • An advantageous development of the invention provides that the outer seal facing the interior is associated with a first labyrinth seal for sealing the gap and is adjoined be ⁇ .
  • the first labyrinth seal ensures that the added sealing gas serves primarily for lubrication and cooling of the outer seal and does not readily flow away in Rich ⁇ tion of the inner seal.
  • a further advantageous development of the invention provides that the primary discharge line is inserted axially between the first labyrinth seal and the inner seal into the gap. empties.
  • the primary discharge line is inserted axially between the first labyrinth seal and the inner seal into the gap. empties.
  • a further advantageous development of the invention provides that the control unit giemaschine causes a shutdown of the Fluidener- when the first pressure to a second pressure threshold value decreases and thus the DAMAGE ⁇ free operation, in particular the outer seal is no longer guaranteed.
  • the control unit giemaschine causes a shutdown of the Fluidener- when the first pressure to a second pressure threshold value decreases and thus the DAMAGE ⁇ free operation, in particular the outer seal is no longer guaranteed.
  • it is expedient according to another advantageous embodiment of the invention when a second labyrinth seal of the inner seal facing the interior assigned to seal the gap and is adjacent.
  • the second labyrinth seal is particularly expedient if, according to an independent development of the invention, a second sealing gas supply is assigned to the inner seal, which opens axially into the gap next to the inner seal, in particular between the inner seal and the second labyrinth seal.
  • a second sealing gas supply is assigned to the inner seal, which opens axially into the gap next to the inner seal, in particular between the inner seal and the second labyrinth seal.
  • the first sealing gas supply is expediently connected directly to a barrier gas supply with the interposition of the first control element, so that the first pressure in the first barrier gas supply is controlled by means of the control unit.
  • the second sealing gas supply is usefully connected to the line of the first sealing gas supply.
  • Figure 1 is a schematic representation of the arrangement
  • Figure 1 shows a schematic representation of theroisswei ⁇ se a fluid energy machine FEM invention and a A method according to the invention for operating this fluid energy machine FEM.
  • FIG. 2 schematically shows the pressure curve via a shaft seal SLS of the fluid energy machine FEM.
  • the figure 2 shows the pressure curve in relation to the left shaft seal ⁇ SLS FIG. 1
  • the fluid energy machine FEM according to the invention of FIG. 1 is designed as a turbocompressor TC, the turbocompressor TC having a rotor R with an impeller IMP and a housing C. Between the rotor R and the housing C results in a region of a passage of the rotor R from a In ⁇ neren IN of the housing C in an exterior EX outside the housing C between the housing C and the rotor R on both sides in each case a gap GP , In order to seal this gap, the fluid energy machine FEM provides a shaft seal SLS, which is designed as a tandem dry gas seal TDGS.
  • the tandem dry gas seal TDGS includes the following modules: a second labyrinth seal LB2, an inner seal SLI, a first labyrinth seal LB1, and an outer seal SLO.
  • the inner seal SLI and the outer seal SLO are each formed as dry gas seals, each comprising a rotating ring RR and a stationary ring SR.
  • the rotating ring RR is part of the rotor R and the stationary ring SR is indirectly to the housing C - in the re ⁇ gel these shaft seals are components of a to be inserted into a housing recess in the shaft passages through the housing cartridge - attached.
  • a process fluid pressure PFEM is provided in operation, which is usually higher than the pressure PEX in the exterior EX.
  • PFEM process fluid pressure
  • a third labyrinth LBEX may be provided, which in particular sealingly protects the outer seal SLO from the environment.
  • axial between the second labyrinth LB2 and the inner seal FLI are on both sides of a second sealing gas supply SGS2 with the pressure PSGS2, which opens into the gap GP.
  • Axially between the first labyrinth LB1 and the inner seal SLI is provided a primary discharge PV, by means of which the pressure in the gap between the first labyrinth LB1 and the inner seal SLI is adjusted to a first pressure PI or a first setpoint pressure P1SET ,
  • a first barrier gas supply SGS1 is provided axially, which feeds barrier gas with a pressure PSGS1 into the gap GP if necessary.
  • the pressure PSGS2 of the second purge gas supply SGS2 is determined by the supply pressure PSGS of a purge gas system SGS.
  • This barrier gas system SGS delivers dry and clean barrier gas of desired chemical composition with the pressure PSGS into the second barrier gas supply SGS2.
  • the first Sperrgaszu ⁇ drove SGS1 is connected to the second barrier gas supply SGS2 means of a controllable control element VI, so that a pressure PSGS1 can be set in the seal gas supply by means of the control unit VI.
  • the control element VI is here a controllable valve with appropriate control and drive.
  • the barrier gas Before the barrier gas enters the gap GP between the first labyrinth LB1 and the outer seal SLO by means of the first barrier gas supply SGS1, it first passes a manual valve VM and a first throttle element TH1.
  • the manual valve VM is used during commissioning to interrupt the purge gas flow and isolate the area.
  • the first throttle element TH1 prevents überhöh ⁇ te sealing gas supply in the event of a malfunction of the first re gelorgans. This way, it is between the first
  • Labyrinth LB1 and outer seal SLO a first gap pressure PGPS1.
  • the pressure PSGS is in the second barrier gas supply SGS2 by means of a second throttle element TH2 just ⁇ if lowered before the barrier gas enters the gap GP between the second labyrinth LB2 and the inner seal SLI.
  • the primary outlet PV which opens into the gap GP between the first labyrinth LB1 and the inner seal SLI, leads to the discharge of a primary discharge fluid PVF by means of an adjustable second control element V2 at a pressure PPV
  • the second control member can in this case be ⁇ det in Wesentli ⁇ chen as the first control member as a controllable valve difficultbil.
  • a third throttle element TH3 is in the line of this primary discharge PV, so that due to the dissipating flow direction upstream of the third throttle element TH3 results in the gap GP, a pressure PI.
  • a control unit CU communicates with the first re ⁇ gelorgan VI, the second regulating member V2 and a pressure measuring point PIT, which measures the pressure PI in the gap GP indirectly by the primary derivative PV.
  • the control unit CU sets the open positions of the first control member VI and the second valve V2 such that in the gap GP axially between the inner seal SLI and the first labyrinth LB1 results in the pressure PI to the first target pressure P1SET.
  • control unit CU is formed such that the ERS ⁇ te pressure PI to the first pressure P1SET is controlled by first opening position of the second valve V2 is controlled in a first step and the first valve VI ge ⁇ closed and in a second step with the first valve closed and a first pressure PI is less than the first target pressure P1SET the second valve V2 is opened and in a third step with the second valve closed V2, the open position is controlled by the second valve V2 until the first pressure PI corresponds to the first setpoint pressure P1SET and the first step is initiated again when the first valve is closed.
  • FIG. 2 shows how, based on a process fluid pressure PFEM in the interior IN, the pressure in the second labyrinth LB2 rises due to a second nip pressure PGPS2 of the second purge gas supply SGS2, in order to progressively move closer to the exterior EX.
  • PGPS2 second nip pressure of the second purge gas supply SGS2
  • strong decrease of the inner seal rich SLI to the first pressure PI as a result of the high differential pressure across the seal ⁇ nere in SLI and the primary derivative PV.
  • About the inner seal is after an advantageous development of the invention in operation always the higher differential pressure - compared with the outer seal SLO.
  • a further slight pressure drop results at a first labyrinth LB1 to a first nip pressure PGPS1, which drops to the ambient pressure PEX with further approach to the exterior EX in the outer seal SLO.
  • control unit initiates a switch-off of the fluid energy machine.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine (FEM) und ein Verfahren zum Betrieb dieser Maschine, wobei eine Tandemtrockengasdichtung (TDGS) eine innere Dichtung (SLI) und eine äußere Dichtung (SLO) umfasst, wobei die äußere Dichtung (SLO) eine erste Sperrgaszufuhr (SGS1) aufweist, wobei die Wellendichtung (SLS) eine primäre Ableitung (PV) aufweist. Damit die Maschine zuverlässig und mit wenig Sperrgas arbeitet, ist vorgesehen, dass die erste Sperrgaszufuhr (SGS1) ein erstes Regelorgan (V1) aufweist zur Steuerung des Sperrgases, wobei die primäre Ableitung (PV) ein zweites Regelorgan (V2) aufweist zur Steuerung eines primären Ableitefluids (PVF), wobei das erste Regelorgan (V1) und das zweite erstes Regelorgan (V2) aufeinander abgestimmt sind, dass in einem ersten Schritt zunächst die Öffnungsstellung des zweiten Regelorgans (V2) zur Regelung des ersten Drucks (P1) gesteuert wird und das erste Regelorgan (V1) geschlossen ist und in einem zweiten Schritt, wenn bei geschlossenem zweiten Regelorgan (V2) der erste Druck (P1) kleiner bleibt als der erste Solldruck (P1SET) das erste Regelorgan (V1) bei geschlossenem zweiten Regelorgan (V2) geöffnet wird und die Öffnungsstellung von dem ersten Regelorgan (V1) zur Regelung des ersten Drucks (P1) gesteuert wird, bis der erste Druck (P1) an den ersten Solldruck (P1SET) eingeregelt ist und in einem dritten Schritt, wenn bei geschlossenem ersten Regelorgan (V1) der der erste Druck (P1) größer bleibt als der erste Solldruck (P1SET) wieder der erste Schritt eingeleitet wird.

Description

Beschreibung
FLUIDENERGIEMASCHINE MIT TANDEM-TROCKENGASDICHTUNG Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine, insbesonde¬ re einen Turboverdichter, umfassend einen sich entlang einer Achse erstreckenden Rotor, umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse ein Inneres von einem Äußeren trennt, umfassend min¬ destens eine Wellendichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwi- sehen dem Rotor und dem Gehäuse, wobei die Wellendichtung als Tandemtrockengasdichtung ausgebildet ist, wobei die Tandemtrockengasdichtung eine innere Dichtung und eine äußere Dichtung umfasst, wobei die äußere Dichtung eine erste Sperrgas¬ zufuhr aufweist, die axial zwischen der äußeren Dichtung und der inneren Dichtung in den Spalt einmündet, wobei die Wel¬ lendichtung eine primäre Ableitung zwischen der inneren Dichtung und der äußeren Dichtung aufweist, die aus dem Spalt primäres Ableitefluid absaugt. Fluidenergiemaschinen, insbesondere Turboverdichter, werden an den Wellenenden eines Rotors häufig mit Trockengasdichtungen in Tandembauweise abgedichtet (Tandem Dry Gas Seals) , um zu verhindern, dass das zu verdichtende Prozessgas über die Wellenspalte in die Umwelt gelangt. Diese Trockengasdichtun- gen müssen mit trockenem und gefiltertem Sperrgas versorgt werden, um Verschmutzungen und Befeuchtungen, die die Funktion der Dichtung beeinträchtigen, zu vermeiden. Zum sicheren und stabilen Betrieb ist ein Druck in dem Zwischenraum zwischen der inneren Dichtung und der äußeren Dichtung erforder- lieh, der sich auch überwachen lässt. Nur wenn sich auf diese Weise ein Druckgefälle in der äußeren Gasdichtung einstellt, ist eine Überwachung der Funktion auf der äußeren Gasdichtung möglich. Insbesondere ist dieses Druckgefälle über die äußere Gasdichtung auch erforderlich, um Überhitzung und Instabili- täten im Gasfilm zwischen einem Gleitring und einem rotierenden Ring dieser Dichtung zu vermeiden. Entsprechende Anordnungen mit Trockengasdichtungen an Fluid- energiemaschinen, insbesondere Turboverdichtern sind bereits aus den Druckschriften WO 2010/034601 AI, WO 2010/034605 AI, WO 2010/102940 AI, WO 2010/118977 AI und WO 2014/037149 AI bekannt. Insbesondere aus der WO 2010/034601 AI ist bereits die Problematik der Überwachung der äußeren Trockengasdichtung bekannt, weil es aufgrund der niedrigen Leckage insbe¬ sondere bei Betriebszuständen, die nicht der Volllast ent¬ sprechen, zu einem zu niedrigen Druckgefälle über die äußere Trockengasdichtung kommen. Hierbei ist die Leckage der inneren Trockengasdichtung bisweilen derartig niedrig, dass der Druck in dem Zwischenraum zwischen der inneren Trockengasdichtung und der äußeren Trockengasdichtung abfällt. Ein weiteres Problem ist die fehlende Versorgung der äußeren Tro- ckengasdichtung mit einem kühlenden Fluid, insbesondere einem unter Druck von innen an der äußeren Trockengasdichtung anliegenden Prozessfluid oder einem Gemisch mit dem Prozessfluid, so dass die Schmierung und Kühlung dieser Dichtung gewährleistet ist. Um diesem Problem zu begegnen, ist es mög- lieh, in dem Zwischenraum oder in die Dichtung selber Sperr- fluid in größeren Mengen zuzuspeisen, so dass Kühlung und Schmierung gewährleistet sind. Dies hat jedoch den zusätzlichen Nachteil, dass eine größere Menge Sperrfluid benötigt wird, dessen Aufbereitung bzw. Bereitstellung sehr kostspie- lig ist und gegebenenfalls sogar den Wirkungsgrad der Maschi¬ ne beeinträchtigt.
Ausgehend von dem Problem und Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, die Funktion insbesondere der äußeren Dichtung der Tandemanordnung sicherer zu gewährleisten und besser zu überwachen, ohne den Bedarf an kühlenden und schmierenden Sperrfluiden zu erhöhen . Zur Lösung wird eine Fluidenergiemaschine der eingangs defi¬ nierten Art vorgeschlagen mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Daneben wird ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Fluidenergiemaschine ge- maß dem unabhängigen Verfahrensanspruch vorgeschlagen. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung umfasst auch Ausgestaltungen, die sich aus Kombinationen der Unteransprü- che ergeben, die nicht durch explizite Rückbezüge hergestellt werden, sofern diese Kombinationen technisch möglich sind.
Die beschriebene primäre Ableitung führt zu einem Entsor¬ gungssystem. Dies ist in den meisten Fällen ein Fackelsystem und hat einen geringen Überdruck zur Umgebung.
Geometrische Angaben, wie axial, radial, tangential und ähn¬ liche beziehen sich auf die in Anspruch 1 definierte Achse des Rotors, sofern keine davon abweichende Definition in dem jeweiligen Zusammenhang eingeführt wird.
Die Angaben „innere (s) " und „äußere (s)" beziehen sich auf das in Anspruch 1 eingeführte „Innere" beziehungsweise „Äußere" der Fluidenergiemaschine bzw. des Gehäuses der Fluidenergie- maschine. Hierbei werden diese Attribute der Sprachlichen Ge- fälligkeit wegen auch derart verwendet, dass im Verhältnis zueinander ein Bauteil als inneres Bauteil bezeichnet wird, wenn es weiter zum Inneren hin gelegenen ist als das in Verhältnis gesetzte andere Bauteil, dass vergleichsweise weiter zu Äußeren angeordnet ist.
Bei der inneren Dichtung und bei der äußeren Dichtung der Tandemtrockengasdichtung handelt es sich jeweils um eine Trockengasdichtung zur Abdichtung des Spaltes zwischen Rotor und Gehäuse .
Trockengasdichtungen sind kontaktfreie, trocken laufende Dichtringpaare, die jeweils eine dichtende Stirnseite aufwei¬ sen, wobei ein Dichtring rotiert und der andere Dichtring steht. Während des Betriebes verursachen Ausnehmungen in min- destens einer der beiden Stirnseiten eine dynamische Kraft, die zu einem Spalt zwischen den beiden Ringen führt. Der Einsatz der so genannten Trockengasdichtungen insbesondere bei zentrifugalen Verdichtern findet jüngst immer häufiger statt, weil die Leckage und damit die Kontamination der umgebenden Komponenten äußerst gering sind und kein Schmieröl für den Einsatz dieser Dichtungen erforderlich ist. Ein entscheidender Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäße Aufpufferung der primären Ableitung mittels des zweiten Regelorgans den Differenzdruck über die äußere Dichtung gewährleistet, ohne zusätzliches Sperrgas zu erfordern. Auf diese Weise ist der Sperrgasverbrauch stark reduziert und dennoch ist eine sichere Überwachung und Funk¬ tion der äußeren Dichtung gewährleistet. Gleichzeitig ermög¬ licht die Erfindung einen sicheren Betrieb der Fluidenergie- maschine auch bei vollständig geschlossener primärer Ablei¬ tung und einem Druckabfall unter einen ersten Sollwert zwi- sehen der äußeren Dichtung und der inneren Dichtung, so dass über die äußere Dichtung ein noch geringerer Druckabfall zu verzeichnen ist, indem koordiniert mit der Stellung des ersten Regelorgans ein zweites Regelorgan die Zuspeisung zusätzlichen Sperrgases mittels der ersten Sperrgaszufuhr veran- lasst bzw. erhöht. Bei einem Defekt der äußeren Dichtung und einem Ansteigen des Sperrgasverbrauchs bzw. einem Abfall des ersten Drucks zwischen der inneren Dichtung und der äußeren Dichtung ist zunächst ein Alarm vorgesehen und gegebenenfalls bei weiterem Abfall ein Abschalten der Fluidenergiemaschine, so dass weder die äußere Dichtung noch die Fluidenergiema¬ schine selbst oder umliegende Komponenten gefährdet sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die äußere Dichtung zum Inneren zugewendet eine erste Laby- rinthdichtung zur Abdichtung des Spaltes zugeordnet und be¬ nachbart ist. Die erste Labyrinthdichtung sorgt dafür, dass das zugespeiste Sperrgas primär zur Schmierung und Kühlung der äußeren Dichtung dient und nicht ohne Weiteres in Rich¬ tung der inneren Dichtung abfließt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die primäre Ableitung axial zwischen der ersten Labyrinthdichtung und der inneren Dichtung in den Spalt ein- mündet. Insbesondere in Kombination mit der Einmündung der ersten Sperrgaszufuhr auf der äußeren Seite der ersten Labyrinthdichtung ergibt sich aufgrund der ersten Labyrinthdichtung zwischen der Sperrgaszufuhr und der primären Ableitung eine Druckdifferenz, die der Schmierung und Kühlung der äußeren Dichtung bei gleichzeitig minimiertem Sperrgasverbrauch dient .
Als Hinweis auf die Annäherung an einen kritischen Zustand sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass bei einem Unterschreiten des ersten Drucks unter einen Druckalarmschwellwert die Regeleinheit einen Alarm mel¬ det. Auf diese Weise ist es dem Bedienpersonal möglich, die Annäherungen an einen kritischen Betriebszustand zu regist- rieren und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen im Betrieb vorbeu¬ gend zu ergreifen, damit es nicht zur Abschaltung der Maschine kommt .
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Regeleinheit eine Abschaltung der Fluidener- giemaschine veranlasst, wenn der erste Druck unter einen zweiten Druckschwellwert absinkt und damit der beschädigungs¬ freie Betrieb insbesondere der äußeren Dichtung nicht mehr gewährleistet ist. Zum Schutz der inneren Dichtung vor etwai- gern aggressiven Prozessgas oder Fremdkörpern ist es nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, wenn eine zweite Labyrinthdichtung der inneren Dichtung zum Inneren zugewendet zur Abdichtung des Spaltes zugeordnet und benachbart ist.
Insbesondere zweckmäßig ist die zweite Labyrinthdichtung dann, wenn nach einer eigenständigen Weiterbildung der Erfindung eine zweite Sperrgaszufuhr der inneren Dichtung zugeordnet ist, die axial dem Inneren zugewendet neben der inne- ren Dichtung in den Spalt einmündet, insbesondere zwischen der inneren Dichtung und der zweiten Labyrinthdichtung. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die zweite Sperrgaszufuhr an die erste Sperrgaszufuhr derart angeschlossen ist, dass eine Veränderung der Öffnungsstellung des ersten Regelorgans auch einen zweiten Druck in der zwei- ten Sperrgaszufuhr verändert. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Erniedrigung des ersten Drucks in der ersten Sperrgaszufuhr mittels des ersten Regelorgans auch eine Erniedrigung des zweiten Drucks in der zweiten Sperrgaszufuhr verursacht. Zweckmäßig ist hierbei die erste Sperrgaszu- fuhr direkt an einer Sperrgasversorgung angeschlossen unter Zwischenschaltung des ersten Regelorgans, so dass der erste Druck in der ersten Sperrgaszufuhr mittels der Regeleinheit gesteuert wird. Hinsichtlich des Sperrgasstroms stromabwärts des ersten Regelorgans ist sinnvoll die zweite Sperrgaszufuhr an die Leitung der ersten Sperrgaszufuhr angeschlossen. Zwischen den Einmündungssteilen des Sperrgases der ersten Sperrgaszufuhr und der zweiten Sperrgaszufuhr ist es sinnvoll jeweils ein Drosselelement vorzusehen, das sich eine entspre¬ chende Druckabstufung zwischen dem ersten Druck und dem zwei- ten Druck in dem Spalt ergibt, so dass die innere Dichtung und die äußere Dichtung jeweils die für einen sicheren Be¬ trieb der Dichtungen notwendigen Druckdifferenzen haben.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Aus- führungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher er¬ läutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Anordnung und
Funktion der erfindungsgemäßen Fluidenergiemaschine und des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 der axiale Druckverlauf über die Dichtung, die in der Figur 1 auf der linken Seite des Turboverdichters dargestellt ist.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionswei¬ se einer erfindungsgemäßen Fluidenergiemaschine FEM und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb dieser Fluidenergie- maschine FEM.
Die Figur 2 zeigt schematisch den Druckverlauf über eine Wel- lendichtung SLS der Fluidenergiemaschine FEM. Hierbei zeigt die Figur 2 den Druckverlauf bezogen auf die linke Wellen¬ dichtung SLS der Figur 1.
Die erfindungsgemäße Fluidenergiemaschine FEM der Figur 1 ist als Turboverdichter TC ausgebildet, wobei der Turboverdichter TC einen Rotor R mit einem Impeller IMP und ein Gehäuse C aufweist. Zwischen dem Rotor R und dem Gehäuse C ergibt sich in einem Bereich eines Durchtritts des Rotors R aus einem In¬ neren IN des Gehäuses C in ein Äußeres EX außerhalb des Ge- häuses C zwischen dem Gehäuse C und dem Rotor R beidseitig jeweils ein Spalt GP. Um diesen Spalt abzudichten, sieht die Fluidenergiemaschine FEM eine Wellendichtung SLS vor, die als Tandemtrockengasdichtung TDGS ausgebildet ist. In einer Abfolge von dem Inneren IN zu dem Äußeren EX sind bei der Tan- demtrockengasdichtung TDGS die folgenden Module vorgesehen: eine zweite Labyrinthdichtung LB2, eine innere Dichtung SLI, eine erste Labyrinthdichtung LB1, und eine äußere Dichtung SLO. Die innere Dichtung SLI und die äußere Dichtung SLO sind jeweils als Trockengasdichtungen ausgebildet, jeweils umfas- send einen rotierenden Ring RR und einen stehenden Ring SR. Der rotierende Ring RR ist Bestandteil des Rotors R und der stehende Ring SR ist an dem Gehäuse C mittelbar - in der Re¬ gel sind diese Wellendichtungen Bestandteile einer in eine Gehäuseausnehmung an den Wellendurchführungen durch das Ge- häuse einzusetzenden Patrone - angebracht.
In dem Inneren IN des Gehäuses C der Fluidenergiemaschine FEM ist ein Prozessfluiddruck PFEM im Betrieb vorgesehen, der in der Regel höher ist als der Druck PEX im Äußeren EX. Optional kann - wie auf der rechten Seite der rechts abgebildeten Wellendichtung SLS in Figur 1 dargestellt - noch ein drittes Labyrinth LBEX vorgesehen sein, welches insbesondere die äußere Dichtung SLO gegenüber der Umgebung dichtend schützt. Axial zwischen dem zweiten Labyrinth LB2 und der inneren Dichtung FLI befinden sich auf beiden Seiten eine zweite Sperrgaszufuhr SGS2 mit dem Druck PSGS2, die in den Spalt GP einmündet. Axial zwischen dem ersten Labyrinth LB1 und der inneren Dich- tung SLI ist eine primäre Ableitung PV vorgesehen, mittels der der Druck in den Spalt zwischen dem ersten Labyrinth LB1 und der inneren Dichtung SLI auf einen ersten Druck PI bzw. einen ersten Solldruck P1SET eingeregelt wird. Zwischen dem ersten Labyrinth LB1 und der äußeren Dichtung SLO ist axial eine erste Sperrgaszufuhr SGS1 vorgesehen, die Sperrgas mit einem Druck PSGS1 in den Spalt GP bei Bedarf einspeist. Der Druck PSGS2 der zweiten Sperrgaszufuhr SGS2 wird bestimmt durch den Bereitstellungsdruck PSGS eines Sperrgassystems SGS . Dieses Sperrgassystem SGS liefert trockenes und sauberes Sperrgas gewünschter chemischer Zusammensetzung mit dem Druck PSGS in die zweite Sperrgaszufuhr SGS2. Die erste Sperrgaszu¬ fuhr SGS1 ist an die zweite Sperrgaszufuhr SGS2 angeschlossen mittels eines regelbaren Regelorgans VI, so dass sich ein Druck PSGS1 in die Sperrgaszufuhr mittels des Regelorgans VI einstellen lässt. Bei dem Regelorgan VI handelt es sich hier um ein regelbares Ventil mit entsprechender Ansteuerung und Antrieb. Bevor das Sperrgas mittels der ersten Sperrgaszufuhr SGS1 in den Spalt GP zwischen dem ersten Labyrinth LB1 und der äußeren Dichtung SLO eintritt, passiert es zunächst ein manuelles Ventil VM und eine erstes Drosselelement TH1. Das manuelle Ventil VM dient im Rahmen der Inbetriebsetzung dazu, den Sperrgaszufluss unterbrechen und den Bereich isolieren zu können. Das erste Drosselelement TH1 verhindert eine überhöh¬ te Sperrgaszufuhr im Falle einer Fehlfunktion des ersten Re- gelorgans. Auf diese Weise stellt sich zwischen dem ersten
Labyrinth LB1 und der äußeren Dichtung SLO ein erster Spaltdruck PGPS1 ein. Der Druck PSGS wird in der zweiten Sperrgaszufuhr SGS2 mittels eines zweiten Drosselelements TH2 eben¬ falls abgesenkt, bevor das Sperrgas in den Spalt GP zwischen dem zweiten Labyrinth LB2 und der inneren Dichtung SLI eintritt . Die zwischen dem ersten Labyrinth LB1 und der inneren Dichtung SLI in den Spalt GP einmündende primäre Ableitung PV zur Ableitung eines primären Ableitefluids PVF wird mittels eines regelbaren zweiten Regelorgans V2 auf einem Druck PPV
eingeregelt. Das zweite Regelorgan kann hierbei im Wesentli¬ chen wie das erste Regelorgan als regelbares Ventil ausgebil¬ det sein. Ein drittes Drosselelement TH3 befindet sich in der Leitung dieser primären Ableitung PV, so dass sich aufgrund der ableitenden Strömungsrichtung stromaufwärts des dritten Drosselelementes TH3 in dem Spalt GP ein Druck PI ergibt.
Eine Regeleinheit CU steht in Verbindung mit dem ersten Re¬ gelorgan VI, dem zweiten Regelorgan V2 und einer Druckmessstelle PIT, die den Druck PI in dem Spalt GP mittelbar durch die primäre Ableitung PV misst. Die Regeleinheit CU stellt die Öffnungsstellungen von dem ersten Regelorgan VI und dem zweiten Ventil V2 derart ein, dass sich in dem Spalt GP axial zwischen der inneren Dichtung SLI und dem ersten Labyrinth LB1 der Druck PI zu dem ersten Solldruck P1SET ergibt. Hier- bei ist die Regeleinheit CU derart ausgebildet, dass der ers¬ te Druck PI auf den ersten Druck P1SET geregelt wird, indem in einem ersten Schritt zunächst die Öffnungsstellung des zweiten Ventils V2 gesteuert wird und das erste Ventil VI ge¬ schlossen ist und in einem zweiten Schritt bei geschlossenem ersten Ventil und einem ersten Druck PI kleiner als dem ersten Solldruck P1SET das zweite Ventil V2 geöffnet wird und in einem dritten Schritt bei geschlossenem zweiten Ventil V2 die Öffnungsstellung von dem zweiten Ventil V2 gesteuert wird, bis der erste Druck PI dem ersten Solldruck P1SET entspricht und bei geschlossenem ersten Ventil wieder der erste Schritt eingeleitet wird.
Das Ergebnis dieser Druckregelung in der Wellendichtung SLS ist in der Figur 2 wiedergegeben. Die Figur 2 zeigt, wie aus- gehend von einem Prozessfluiddruck PFEM im Inneren IN aufgrund eines zweiten Spaltdrucks PGPS2 von der zweiten Sperrgaszufuhr SGS2 der Druck im zweiten Labyrinth LB2 ansteigt, um mit fortschreitender Annäherung an das Äußere EX im Be- reich der inneren Dichtung SLI stark abzufallen auf den ersten Druck PI, in Folge des hohen Differenzdrucks über die in¬ nere Dichtung SLI und der primären Ableitung PV. Über die innere Dichtung steht nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung im Betrieb immer der höhere Differenzdruck an - verglichen mit der äußeren Dichtung SLO.
Ein weiterer leichter Druckabfall ergibt sich an einem ersten Labyrinth LB1 auf einen ersten Spaltdruck PGPS1, der mit weiterer Annäherung an das Äußere EX in der äußeren Dichtung SLO auf den Umgebungsdruck PEX abfällt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei Unter- schreitung des ersten Drucks unter einen Alarmdruck PAL die Regeleinheit einen Alarm meldet.
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn bei Unterschreitung des ersten Drucks unter einen Abschaltdruck die Regeleinheit eine Abschaltung der Fluidenergiemaschine veranlasst.

Claims

Patentansprüche
1. Fluidenergiemaschine (FEM), insbesondere Turbokompres¬ sor (TC) , umfassend einen Rotor (R) sich erstreckend entlang einer Achse (X) ,
umfassend ein Gehäuse (C) , wobei das Gehäuse (C) ein Inne¬ res (IN) von einem Äußeren (EX) trennt,
umfassend mindestens eine Wellendichtung (SLS) zur Abdichtung eines Spaltes (GP) zwischen Rotor (R) und Gehäuse (C) , wobei die Wellendichtung (SLS) als Tandemtrockengasdichtung (TDGS) ausgebildet ist,
wobei die Tandemtrockengasdichtung (TDGS) eine innere Dichtung (SLI) und eine äußere Dichtung (SLO) umfasst,
wobei die äußere Dichtung (SLO) eine erste Sperrgaszu- fuhr (SGS1) aufweist, die axial zwischen der äußeren Dichtung (SLO) und der inneren Dichtung (SLI) in den Spalt (GP) einmündet,
wobei die Wellendichtung (SLS) eine primäre Ableitung (PV) zwischen der inneren Dichtung (SLI) und der äußeren Dich- tung (SLO) aufweist,
die aus dem Spalt (GP) ein primäres Ableitefluid (PVF) ablei¬ tet,
wobei die Fluidenergiemaschine (FEM) dadurch gekennzeichnet ist,
dass die erste Sperrgaszufuhr (SGS1) ein erstes Regelor¬ gan (VI) aufweist zur Steuerung der Durchflussmenge des
Sperrgases aus einem Sperrgassystem (SGS) ,
wobei die primäre Ableitung (PV) ein zweites Regelorgan (V2) aufweist zur Steuerung der Durchflussmenge eines primären Ableitefluids (PVF),
wobei das erste Regelorgan (VI) und das zweite erstes Regel¬ organ (V2) derart aufeinander abgestimmt sind, dass
dass der erste Druck (PI) auf einen ersten Drucksoll¬ wert (P1SET) eingeregelt wird, indem
in einem ersten Schritt zunächst die Öffnungsstellung des zweiten Regelorgans (V2) zur Regelung des ersten Drucks (PI) gesteuert wird und das erste Regelorgan (VI) geschlossen ist und in einem zweiten Schritt, wenn bei geschlossenem zweiten Regelorgan (V2) der erste Druck (PI) kleiner bleibt als der erste Solldruck (P1SET) das erste Regelorgan (VI) bei geschlossenem zweiten Regelorgan (V2) geöffnet wird und die Öffnungsstellung von dem ersten Regelorgan (VI) zur Regelung des ersten Drucks (PI) gesteuert wird, bis der erste
Druck (PI) an den ersten Solldruck (P1SET) eingeregelt ist und
in einem dritten Schritt, wenn bei geschlossenem ersten Re- gelorgan (VI) der der erste Druck (PI) größer bleibt als der erste Solldruck (P1SET) wieder der erste Schritt eingeleitet wird .
2. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 1, wobei die Wel- lendichtung (SLS) eine Druckmessstelle (PIT) zwischen der inneren Dichtung (SLI) und der äußeren Dichtung (SLO) oder in der primären Ableitung (PV) aufweist, die einen ersten
Druck (PI) mittelbar oder unmittelbar in dem Spalt (GP) misst ,
3. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 2, wobei eine Re¬ geleinheit (CU) mit der Druckmessstelle (PIT) , dem ersten Re¬ gelorgan (VI) und dem zweiten Regelorgan (V2) in Verbindung steht,
wobei die Regeleinheit (CU) derart ausgebildet ist, dass der erste Druck (PI) auf einen ersten Drucksollwert (P1SET) eingeregelt wird, indem
in einem ersten Schritt zunächst die Öffnungsstellung des zweiten Regelorgans (V2) zur Regelung des ersten Drucks (PI) gesteuert wird und das erste Regelorgan (VI) geschlossen ist und
in einem zweiten Schritt, wenn bei geschlossenem zweiten Regelorgan (V2) der erste Druck (PI) kleiner bleibt als der erste Solldruck (P1SET) das erste Regelorgan (VI) bei ge- schlossenem zweiten Regelorgan (V2) geöffnet wird und die
Öffnungsstellung von dem ersten Regelorgan (VI) zur Regelung des ersten Drucks (PI) gesteuert wird, bis der erste
Druck (PI) an den ersten Solldruck (P1SET) eingeregelt ist und
in einem dritten Schritt, wenn bei geschlossenem ersten Regelorgan (VI) der der erste Druck (PI) größer bleibt als der erste Solldruck (P1SET) wieder der erste Schritt eingeleitet wird.
4. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung der Regelorgane (VI, V2) mittels direkt an den Re¬ gelorganen (VI, V2) einstellbaren Drucksollwerten erfolgt.
5. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 1, wobei an dem zweiten Regelorgan (V2) ein höherer Drucksollwert eingestellt ist als an dem ersten Regelorgan (VI) .
6. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 1, wobei der äu¬ ßeren Dichtung (SLO) zum Inneren (IN) zugewendet eine erste Labyrinthdichtung (LB1) zur Abdichtung des Spaltes (GP) zugeordnet und benachbart ist.
7. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 6, wobei die ers¬ te Sperrgaszufuhr (SGS1) axial zwischen der äußeren Dichtung (SLO) und der ersten Labyrinthdichtung (LB1) in den Spalt (GP) einmündet.
8. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die primäre Ableitung (PV) axial zwischen der ersten
Labyrinthdichtung (LB1) und der inneren Dichtung (SLI) in den Spalt (GP) einmündet.
9. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 3, wobei bei Un¬ terschreitung des ersten Drucks (PI) unter einen Alarmdruck (PAL) die Regeleinheit (CU) einen Alarm meldet.
10. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 3, wobei bei Un- terschreitung des ersten Drucks (PI) unter einen Abschalt¬ druck (PST) die Regeleinheit (CU) eine Abschaltung der Fluid¬ energiemaschine (FEM) veranlasst.
11. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 1, wobei der in¬ neren Dichtung (SLI) zum Inneren zugewendet eine zweite
Labyrinthdichtung (LB2) zur Abdichtung des Spaltes (GP) zugeordnet und benachbart ist.
12. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 1, wobei die in¬ nere Dichtung (SLI) eine zweite Sperrgaszufuhr (SGS2) aufweist, die axial dem Inneren (IN) zugewendet neben der inne¬ ren Dichtung (SLI) in den Spalt (GP) einmündet.
13. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 12, wobei die zweite Sperrgaszufuhr (SGS2) axial zwischen der inneren Dichtung (SLI) und der zweiten Labyrinthdichtung (LB2) in den Spalt (GP) einmündet.
14. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 12 oder 13, wo¬ bei die erste Sperrgaszufuhr (SGS1) an die zweite Sperrgaszu¬ fuhr (SGS2) derart angeschlossen ist, dass eine Veränderung des Drucks des Sperrgases aus dem Sperrgassystem (SGS) auch eine Veränderung des Drucks der ersten Sperrgaszufuhr (SGS1) bewirkt .
15. Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 12, 13, oder 14, wobei die erste Sperrgaszufuhr (SGS1) und/oder die zweite Sperrgaszufuhr (SGS2) jeweils ein Drosselelement (TH1, TH2) aufweisen, mittels dessen der Durchfluss des in den
Spalt (GP) einströmenden Sperrgases auf einen maximalen
Durchfluss begrenzt wird.
16. Verfahren zum Betrieb einer Fluidenergiemaschine (FEM), insbesondere einer Fluidenergiemaschine (FEM) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Fluidenergiemaschine (FEM) einen Rotor (R) umfasst, sich erstreckend entlang einer Achse (X),
ein Gehäuse (C) umfasst, wobei das Gehäuse (C) ein Inne¬ res (IN) von einem Äußeren (EX) trennt,
mindestens eine Wellendichtung (SLS) zur Abdichtung eines Spaltes (GP) zwischen Rotor (R) und Gehäuse (C) umfasst, wobei die Wellendichtung (SLS) als Tandemtrockengasdichtung (TDGS) ausgebildet ist,
wobei die Tandemtrockengasdichtung (TDGS) eine innere Dichtung (SLI) und eine äußere Dichtung (SLO) umfasst,
wobei die äußere Dichtung (SLO) eine erste Sperrgaszu¬ fuhr (SGS1) aufweist, die axial zwischen der äußeren Dichtung (SLO) und der inneren Dichtung (SLI) in den Spalt (GP) einmündet,
wobei die Wellendichtung (SLS) eine primäre Ableitung (PV) zwischen der inneren Dichtung (SLI) und der äußeren Dichtung (SLO) aufweist,
die aus dem Spalt (GP) ein primäres Ableitefluid (PVF) ablei¬ tet,
wobei die erste Sperrgaszufuhr (SGS1) ein erstes Regelor- gan (VI) aufweist zur Steuerung der Durchflussmenge des
Sperrgases aus einem Sperrgassystem (SGS) ,
wobei die primäre Ableitung (PV) ein zweites Regelorgan (V2) aufweist zur Steuerung der Durchflussmenge eines primären Ableitefluids (PVF),
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der ers¬ te Druck (PI) auf einen ersten Drucksollwert (P1SET)
eingeregelt wird, indem
in einem ersten Schritt zunächst die Öffnungsstellung des zweiten Regelorgans (V2) zur Regelung des ersten Drucks (PI) gesteuert wird und das erste Regelorgan (VI) geschlossen ist und
in einem zweiten Schritt, wenn bei geschlossenem zweiten Regelorgan (VI) der erste Druck (PI) kleiner bleibt als der erste Solldruck (P1SET) das erste Regelorgan (V2) bei ge- schlossenem zweiten Regelorgan (VI) geöffnet wird und die
Öffnungsstellung von dem ersten Regelorgan (V2) zur Regelung des ersten Drucks (PI) gesteuert wird, bis der erste
Druck (PI) an den ersten Solldruck (P1SET) eingeregelt ist und
in einem dritten Schritt, wenn bei geschlossenem ersten Regelorgan (VI) der erste Druck (PI) größer bleibt als der ers¬ te Solldruck (P1SET) wieder der erste Schritt eingeleitet wird .
17. Verfahren zum Betrieb einer Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 15, wobei die Wellendichtung (SLS) eine Druckmessstelle (PIT) zwischen der inneren Dichtung (SLI) und der äußeren Dichtung (SLO) oder in der primären Ableitung (PV) aufweist, die einen ersten Druck (PI) mittelbar oder unmit¬ telbar in dem Spalt (GP) misst,
wobei eine Regeleinheit (CU) mit der Druckmessstelle (PIT) , dem ersten Regelorgan (VI) und dem zweiten Regelorgan (V2) in Verbindung steht.
18. Verfahren zum Betrieb einer Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 15, wobei die Steuerung der Regelorgane (VI, V2) mittels direkt an den Regelorganen (VI, V2) einstellbaren Drucksollwerten erfolgt.
19. Verfahren zum Betrieb einer Fluidenergiemaschine (FEM) nach Anspruch 18, wobei an dem zweiten Regelorgan (V2) ein höherer Drucksollwert eingestellt ist als an dem ersten Re- gelorgan (VI) .
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