專利名稱：渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其是蒸汽輪機(jī)的渦輪機(jī)，其包括機(jī)器殼體和引導(dǎo)穿過所述機(jī)器殼體的并且至少從所述機(jī)器殼體的一側(cè)伸出的軸，其中至少一個存在于軸和機(jī)器殼體之間的環(huán)形縫隙通過軸密封裝置密封。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知這種渦輪機(jī)的完全不同的實施方式。在機(jī)器殼體的內(nèi)部根據(jù)渦輪機(jī)的種類充滿壓力，所述壓力低于或高于渦輪機(jī)環(huán)境的大氣壓力。在渦輪機(jī)中的基本的問題在于，存在于軸和機(jī)器殼體之間的環(huán)形縫隙由于在軸表面和鄰接的機(jī)器殼體面之間的相對運(yùn)動而不能夠完全地密封。這導(dǎo)致，例如在具有低于大氣壓力的廢蒸汽壓力的蒸汽輪機(jī)中，環(huán)境流體能夠浸入到機(jī)器殼體的內(nèi)部中，這導(dǎo)致不利地影響蒸汽輪機(jī)的效率和運(yùn)行。 相反地，在壓縮機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中，——其中機(jī)器殼體內(nèi)部壓力大于機(jī)器殼體環(huán)境壓力——， 過程流體能夠從機(jī)器殼體的內(nèi)部溢出到機(jī)器殼體周圍環(huán)境，這對于渦輪機(jī)的熱效率起到負(fù)作用。下面參考圖1、2和3說明具有傳統(tǒng)的軸密封裝置的蒸汽輪機(jī)的形式的渦輪機(jī)，其中圖1示出蒸汽輪機(jī)的示意圖，圖2示出在圖1中示出的蒸汽輪機(jī)的機(jī)器殼體的背面的密封殼的示意圖，所述蒸汽輪機(jī)具有傳統(tǒng)的軸密封裝置，并且圖3以圖表的方式示出在圖2中示出的軸密封裝置中充滿的壓力。蒸汽輪機(jī)100包括機(jī)器殼體102，軸104延伸穿過所述機(jī)器殼體，所述軸從機(jī)器殼體102的兩側(cè)伸出。機(jī)器殼體102設(shè)有正面的密封殼106和背面的密封殼108，其中背面的密封殼108當(dāng)前承擔(dān)的任務(wù)是，相對于機(jī)器殼體周圍環(huán)境密封在機(jī)器殼體102之內(nèi)限定的壓力腔110。通過輸入管道112將新鮮蒸汽輸送給蒸汽輪機(jī)100的壓力腔110，所述輸入管道112在穿流方向上依次設(shè)有快速關(guān)閉閥114和控制閥116。在蒸汽輪機(jī)100中的蒸汽膨脹之后，廢蒸汽通過輸出管道118供給設(shè)有冷卻裝置120的且與抽真空裝置122有效連接的冷凝設(shè)備124，并且在那里冷凝。所形成的冷凝物通過管道1 從冷凝設(shè)備124中導(dǎo)出。如在圖2中所示，為了密封存在于軸104和背面的密封殼108之間的環(huán)形縫隙 125，背面的密封殼108設(shè)有軸密封裝置128，所述密封殼固定地并且密封地安裝到機(jī)器殼體102中或與機(jī)器殼體102形成結(jié)構(gòu)化的單元。軸密封裝置1 從壓力腔110開始包括至少三個一個接一個的密封模塊，即內(nèi)部的迷宮式密封件130、中間的迷宮式密封件132和外部的迷宮式密封件134，所述密封件密封環(huán)形縫隙125。在蒸汽輪機(jī)100運(yùn)行時，在機(jī)器殼體102的背面的廢蒸汽區(qū)域138中存在低于廢蒸汽壓力Pad的廢蒸汽。在機(jī)器殼體102之外存在低于環(huán)境壓力Pu的空氣，所述環(huán)境壓力高于廢蒸汽壓力Pad。從廢蒸汽區(qū)域138開始，在內(nèi)部的迷宮式密封件130和中間的迷宮式密封件132之間，低于密封蒸汽壓力pSD的密封蒸汽通過密封蒸汽輸入管道140導(dǎo)入到環(huán)形縫隙125中，其中密封蒸汽壓力pSD略微高于環(huán)境壓力Pu。在此，必須精確地控制或者調(diào)節(jié)密封蒸汽壓力Psd以及密封蒸汽的溫度，以便避免由于在背面的密封殼108和在軸104上的過熱或冷凝而導(dǎo)致的泄漏和損害。密封蒸汽的壓力降沿廢蒸汽區(qū)域138的方向通過內(nèi)部的迷宮式密封件130降低到廢蒸汽壓力Pad的壓力水平，并且沿環(huán)境方向通過中間的迷宮式密封件132降低到在中間的迷宮式密封件132和外部的迷宮式密封件134之間的充滿的汽封蒸汽壓力PTO，其中汽封蒸汽壓力Pto由于在汽封蒸汽輸出管道142中的煙囪抽力略低于機(jī)器殼體環(huán)境壓力Pu。根據(jù)通過密封蒸汽輸入管道140供給的密封蒸汽壓力pSD的水平也可設(shè)想，密封蒸汽壓力Psd由于設(shè)計原因沒有完全通過中間的迷宮式密封件132降低到環(huán)境壓力Pu的水平，并且蒸汽通過外部的迷宮式密封件134向外逸出。為了避免上述情況，能夠可選地在下游連接其他的迷宮式密封件，所述迷宮式密封件具有位于其中的汽封蒸汽輸出管道，然而這在圖2中沒有示出?？纱娴氖牵谄庹羝敵龉艿?42的下游連接(沒有示出的)冷凝設(shè)備，以用于輔助抽吸效果。根據(jù)積聚的冷凝物量，能夠在各個迷宮式密封件130、132、134之間設(shè)置冷凝水排放裝置144，其中在圖2中僅示出在中間的迷宮式密封件 132和外部的迷宮式密封件134之間的冷凝水排放裝置144。在圖2中示出的裝置存在下述問題，即作為密封流體的密封蒸汽的使用導(dǎo)致極其耗費(fèi)的并且昂貴的構(gòu)造，這尤其歸因于耗費(fèi)的密封蒸汽調(diào)節(jié)和設(shè)有汽封蒸汽輸出管道。在DE-A-3612327中公開了另一種渦輪機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此基于該現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的為，提供一種渦輪機(jī)，尤其是在開頭部分所述類型的蒸汽輪機(jī)，在所述渦輪機(jī)中能夠完全棄用作為密封流體的密封蒸汽，而沒有導(dǎo)致在軸密封裝置的密封性以及運(yùn)行安全性方面的損失。為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明提供一種尤其是蒸汽輪機(jī)的渦輪機(jī)，其包括機(jī)器殼體和軸，該軸被引導(dǎo)穿過所述機(jī)器殼體并且至少從所述機(jī)器殼體的一側(cè)伸出，其中至少一個存在于軸和機(jī)器殼體之間的環(huán)形縫隙通過軸密封裝置密封，其中軸密封裝置包括具有兩個基本上徑向彼此間隔的密封面對的至少一個徑向雙密封件，在所述密封面對之間構(gòu)成環(huán)形的密封流體腔，所述密封流體腔能夠通過密封流體輸入管道加載處于一定壓力下的氣態(tài)的密封流體，使得徑向雙密封件在每個工作點(diǎn)上在兩側(cè)具有正的壓力差，其中每個密封面對具有環(huán)形的轉(zhuǎn)動的密封面和環(huán)形的不轉(zhuǎn)動的密封面，所述轉(zhuǎn)動的和不轉(zhuǎn)動的密封面基本上軸向相對地設(shè)置并且相對彼此預(yù)加應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)為，能夠完全棄用作為密封蒸汽流體的密封蒸汽供給，因為相對于在圖2中示出的傳統(tǒng)的軸密封裝置，經(jīng)由徑向雙密封件的壓力差降低。相應(yīng)地，取消整個密封蒸汽供給以及汽封蒸汽輸出管道，這導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的低成本的結(jié)構(gòu)。此外，根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)由于不存在密封蒸汽供給而具有極其高的效率。徑向雙密封件在兩側(cè)產(chǎn)生進(jìn)入的密封流體的壓力降，因此在機(jī)器殼體的廢蒸汽區(qū)域中的壓力能夠下降到低于機(jī)器殼體環(huán)境壓力，所述密封流體例如能夠以空氣或氮?dú)獾男问絹硖峁?。由于通過徑向雙密封件限定的極其小的密封間隙，相比較于空氣泄漏量，導(dǎo)入的密封流體的向內(nèi)定向的泄漏極其小，為此設(shè)計冷凝設(shè)備124的在圖1中示出的具有傳統(tǒng)的軸密封裝置 128的抽真空裝置122。此外，能夠直接地通過密封流體的輸送來監(jiān)控徑向雙密封件。優(yōu)選的是，不轉(zhuǎn)動的密封面設(shè)置在共同的不轉(zhuǎn)動的密封面載體上，并且/或者轉(zhuǎn)動的密封面設(shè)置在共同的轉(zhuǎn)動的密封面載體上。以這種方式能夠極其簡化了根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的構(gòu)造。有利的是，不轉(zhuǎn)動的密封面通過彈力朝轉(zhuǎn)動的密封面的方向預(yù)加應(yīng)力。以這種方式能夠不太復(fù)雜地構(gòu)成轉(zhuǎn)子的受到離心力的構(gòu)造。例如能夠通過一個或多個彈性元件提供彈力。密封面對有利地同軸于軸設(shè)置，由此獲得簡單的并且節(jié)約空間的結(jié)構(gòu)。徑向雙密封件的借助密封流體的加載選擇為，使得徑向雙密封件在每個工作點(diǎn)上在兩側(cè)具有正的壓力差，使得持續(xù)地獲得在密封面對的相對置的密封面之間的穩(wěn)定的流體膜。相對于徑向雙密封件向外設(shè)有至少一個外部的附加軸密封件，并且/或者相對于徑向雙密封件向內(nèi)設(shè)有至少一個內(nèi)部的附加軸密封件，其中附加軸密封件例如能夠以迷宮式密封件的形式構(gòu)成。以這種方式確保，在徑向雙密封件損壞時，將空氣侵入限制在冷凝器中并且因此渦輪機(jī)的應(yīng)急運(yùn)行或者至少一個受控的停機(jī)是可能的。徑向雙密封件的通過至少一個外部的附加軸密封件的分隔是尤其有效的，因為能夠借助分離流體加載位于徑向雙密封件和至少一個外部的附加軸密封件之間的空隙。這個分離流體能夠為經(jīng)過濾的環(huán)境介質(zhì)，例如空氣。當(dāng)在整個軸密封裝置外例如設(shè)有儲油器時， 從所述儲油器中排出的油霧能夠到達(dá)軸密封裝置中并且可能產(chǎn)生危險的流體混合物，那么這種構(gòu)造是尤其有利的。此外有利的是，設(shè)有至少一個流體輸出管道，其優(yōu)選設(shè)置在至少一個內(nèi)部的附加軸密封件和徑向雙密封件之間。根據(jù)本發(fā)明的實施形式，渦輪機(jī)為蒸汽輪機(jī)，其中軸密封裝置設(shè)置在機(jī)器殼體的背面的密封殼上，所述密封殼優(yōu)選固定地并且密封地裝入到機(jī)器殼體中或者與機(jī)器殼體形成結(jié)構(gòu)化的單元。可代替或者可附加的是，也能夠根據(jù)渦輪機(jī)的在結(jié)構(gòu)上和在熱力學(xué)上的要求在正面的密封殼106上設(shè)有軸密封裝置。


借助具有蒸汽輪機(jī)形式的根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的實施形式的下述說明且參考附圖詳細(xì)闡明本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，圖1示出蒸汽輪機(jī)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2示出圖1中示出的蒸汽輪機(jī)的機(jī)器殼體的背面的密封殼的示意的局部視圖， 其中背面的密封殼設(shè)有傳統(tǒng)的軸密封裝置；圖3示出在圖2中示出的傳統(tǒng)的軸密封裝置內(nèi)充滿的壓力的示意圖；圖4示出具有蒸汽輪機(jī)形式的根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的實施形式的示意圖；圖5示出圖4中示出的蒸汽輪機(jī)的機(jī)器殼體的背面的密封殼的示意的局部視圖， 其中背面的密封殼設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的軸密封裝置；圖6示出在圖5中示出的軸密封裝置中充滿的壓力的示意圖；以及圖7示出圖5中示出的軸密封裝置的根據(jù)本發(fā)明的徑向雙密封件的實施形式的剖視圖。
具體實施例方式圖4示出具有蒸汽輪機(jī)10的形式的根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)。蒸汽輪機(jī)10包括機(jī)器殼體12，軸14延伸穿過所述機(jī)器殼體，所述軸從機(jī)器殼體12的兩側(cè)伸出。機(jī)器殼體12設(shè)有正面的密封殼16和背面的密封殼18，其中這兩個密封殼承擔(dān)的任務(wù)是，相對于機(jī)器殼體周圍環(huán)境密封在機(jī)器殼體12之內(nèi)限定的壓力腔20。通過輸入管道22將新鮮蒸汽輸送給蒸汽輪機(jī)10的壓力腔20，所述輸入管道在穿流方向中依次地設(shè)有快速關(guān)閉閥M和控制閥 26。在蒸汽輪機(jī)10中的蒸汽的膨脹之后，廢蒸汽通過輸出管道觀供給設(shè)有冷卻裝置30的且與抽真空裝置32有效連接的冷凝設(shè)備34，并且在那里冷凝。形成的冷凝物通過管道36 從冷凝設(shè)備34中導(dǎo)出。如尤其在圖5中示出，為了密封存在于軸14和密封殼16或18之間的環(huán)形縫隙 38，密封殼16或18設(shè)有軸密封裝置40，所述密封殼固定地并且密封地裝入到機(jī)器殼體12 中或者與機(jī)器殼體12形成結(jié)構(gòu)化的單元。軸密封裝置40從壓力腔20開始包括至少三個一個接一個的密封模塊，即內(nèi)部的迷宮式密封件42、徑向雙密封件44和外部的迷宮式密封件46，所述密封件共同地密封環(huán)形縫隙38。在圖7中詳細(xì)地示出的徑向雙密封件44包括兩個基本上徑向彼此間隔的密封面對48和50，在所述密封面對之間構(gòu)成環(huán)形的、可通過密封流體輸入管道52加載的密封流體腔M。每個密封面對48、50具有環(huán)形的、轉(zhuǎn)動的密封面56，58和環(huán)形的、不轉(zhuǎn)動的密封面60、62，所述密封面基本上軸向相對地設(shè)置。轉(zhuǎn)動的密封面56、58設(shè)置在轉(zhuǎn)動的密封面載體66上，所述轉(zhuǎn)動的密封面載體通過轂元件68固定地與軸14連接。不轉(zhuǎn)動的密封面60 和62設(shè)置在不轉(zhuǎn)動的密封面載體70上，所述不轉(zhuǎn)動的密封面載體保持在空心圓柱形的保持元件71上，所述保持元件固定地與密封殼體69連接，并且所述保持元件又固定地與密封殼16或18連接或者與密封殼形成結(jié)構(gòu)化的單元。保持元件71在其指向轉(zhuǎn)動的密封面56 和58的端部上具有環(huán)形的容納部72，不轉(zhuǎn)動的密封面載體70軸向可移動地插入到所述容納部中。在保持元件71的內(nèi)腔中定位彈性元件73，其相對于轉(zhuǎn)動的密封面載體66對不轉(zhuǎn)動的密封面載體70施加預(yù)應(yīng)力，使得不轉(zhuǎn)動的密封面60和62同軸于軸14壓靠相應(yīng)的轉(zhuǎn)動的密封面56和58。此外，軸密封裝置40包括冷凝物輸出管道74和分離流體輸入管道76，所述冷凝物輸出管道將冷凝物從存在于內(nèi)部的迷宮式密封件42和徑向雙密封件44之間的環(huán)形腔中排出，所述分離流體輸入管道通入存在于徑向雙密封件44和外部的迷宮式密封件46之間的環(huán)形腔內(nèi)，以便將分離流體供給該環(huán)形腔。在運(yùn)行期間，在壓力腔20的廢蒸汽區(qū)域78中的過程流體處于廢蒸汽壓力Pad下， 所述廢蒸汽壓力低于機(jī)器殼體環(huán)境壓力Pu。在內(nèi)部的迷宮式密封件42和徑向雙密封件44 之間，聚集的冷凝物通過冷凝物輸出管道74排出。如果要使廢蒸汽足夠地過熱，那么需要時能夠棄用內(nèi)部的迷宮式密封件42。將例如為空氣或氮?dú)庑问降木哂羞^壓pSF1的密封流體通過密封流體輸入管道52供入徑向雙密封件44中，使得向內(nèi)和向外產(chǎn)生穿過徑向雙密封件44的兩個密封面對48和50的出流。在徑向雙密封件44和外部的迷宮式密封件46之間，通過分離流體輸入管道46導(dǎo)入具有壓力PsF2的分離流體，所述分離流體沿機(jī)器殼體周圍環(huán)境的方向逸出，并且阻止可能的雜質(zhì)從外部在入口處進(jìn)入到軸密封裝置40中。分離流體例如能夠為環(huán)境的經(jīng)凈化的介質(zhì)或者惰性流體，例如氮?dú)饣蝾愃频牧黧w。 如借助圖6示意地示出，軸密封裝置40確保，所使用的密封流體的壓力Psf1高于
其他的壓力，并且相應(yīng)地在運(yùn)行狀態(tài)下總是確?？煽康拿芊庾饔?。
權(quán)利要求
1.渦輪機(jī)(10)，尤其是蒸汽輪機(jī)，包括機(jī)器殼體(1 和軸(14)，所述軸被引導(dǎo)穿過所述機(jī)器殼體并且至少從所述機(jī)器殼體的一側(cè)伸出，其中至少一個存在于所述軸(14)和所述機(jī)器殼體(1 之間的環(huán)形縫隙通過軸密封裝置(40)密封，其中所述軸密封裝置GO)包括具有兩個基本上徑向彼此間隔的密封面對08、50)的至少一個徑向雙密封件(44)，在所述密封面對之間構(gòu)成環(huán)形的密封流體腔(M)，所述密封流體腔能夠通過密封流體輸入管道(5 施加處于一定壓力(pSF1)下的氣態(tài)的密封流體，使得所述徑向雙密封件G4)在每個工作點(diǎn)上在兩側(cè)具有正的壓力差，其中每個密封面對(48、50)具有環(huán)形的轉(zhuǎn)動的密封面(56、58)和環(huán)形的不轉(zhuǎn)動的密封面(60、62)，所述轉(zhuǎn)動的和不轉(zhuǎn)動的密封面基本上軸向相對地設(shè)置并且相對彼此預(yù)加應(yīng)力，其特征在于，相對于所述徑向雙密封件G4)向外設(shè)有至少一個在所述機(jī)器殼體(1 中的外部的附加軸密封件(46)，并且能夠借助分離流體加載位于所述徑向雙密封件04)和所述至少一個外部的附加軸密封件G6)之間的空隙，所述分離流體的壓力(pSF2)小于所述密封流體的所述壓力(Psfi)并且大于環(huán)境壓力(Pu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述不轉(zhuǎn)動的密封面(60、6幻設(shè)置在共同的不轉(zhuǎn)動的密封面載體(70)上，并且/或者所述轉(zhuǎn)動的密封面(56、58)設(shè)置在共同的轉(zhuǎn)動的密封面載體(66)上。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述不轉(zhuǎn)動的密封面(60、6幻通過彈力朝所述轉(zhuǎn)動的密封面(56、58)的方向預(yù)加應(yīng)力。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，所述密封面對08、50)同軸于所述軸(14)設(shè)置。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，相對于所述徑向雙密封件G4)向內(nèi)設(shè)有至少一個內(nèi)部的附加軸密封件02)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)(10)，其特征在于，設(shè)有至少一個流體輸出管道(74)，其優(yōu)選設(shè)置在所述至少一個內(nèi)部的附加軸密封件 (42)和徑向雙密封件04)之間。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)(10)，具有蒸汽輪機(jī)的形式，其中所述軸密封裝置GO)設(shè)置在所述機(jī)器殼體(1 的背面的密封殼(18)上。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)(10)，具有蒸汽輪機(jī)的形式，其中所述軸密封裝置GO)設(shè)置在所述機(jī)器殼體(1 的正面的密封殼(16)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是蒸汽輪機(jī)的渦輪機(jī)(10)，其包括機(jī)器殼體(12)和軸(14)，該軸被引導(dǎo)穿過所述機(jī)器殼體并且至少從所述機(jī)器殼體的一側(cè)伸出，其中至少一個存在于軸(14)和機(jī)器殼體(12)之間的環(huán)形縫隙通過軸密封裝置(40)密封，其中軸密封裝置(40)包括具有兩個基本上徑向彼此間隔的密封面對(48、50)的至少一個徑向雙密封件(44)，在所述密封面對之間構(gòu)成環(huán)形的、可通過密封流體輸入管道(52)用密封流體供給的密封流體腔(54)，其中每個密封面對(48、50)具有環(huán)形的轉(zhuǎn)動的密封面(56、58)和環(huán)形的不轉(zhuǎn)動的密封面(60、62)，所述轉(zhuǎn)動的和不轉(zhuǎn)動的密封面基本上軸向相對地設(shè)置并且相對彼此預(yù)加應(yīng)力。
文檔編號F16J15/34GK102459820SQ201080025701
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者迪爾克·格里斯哈伯 申請人:西門子公司