專利名稱：具有平衡活塞的渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有平衡活塞的渦輪機(jī)，所述平衡活塞具有至少一個(gè)軸肩，所述軸肩位于沿著機(jī)器軸線延伸的轉(zhuǎn)子上；以及密封件，所述密封件密封轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，使得在工作時(shí)，鄰接密封件的第一側(cè)的空腔能夠具有與在密封件的另一側(cè)上不同的壓力，并且相差了經(jīng)過密封件的壓差，其中軸肩鄰接所述空腔。
背景技術(shù)：
在例如蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或壓縮機(jī)，尤其是軸向壓縮機(jī)和徑向壓縮機(jī)的渦輪機(jī)中，由于過程流體的膨脹和壓縮，在葉輪上產(chǎn)生壓差，所述壓差作用在轉(zhuǎn)子的鄰接面上，弓丨起轉(zhuǎn)子的軸向推力。該軸向推力與渦輪機(jī)的工作條件有關(guān)，并且也能夠依據(jù)工作條件沿不同的方向作用。根據(jù)轉(zhuǎn)子的壓差和面積比，軸向推力為相當(dāng)大的力，所述相當(dāng)大的力在通過推力軸承產(chǎn)生唯一的反作用力的情況下，導(dǎo)致推力軸承相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)尺寸。因此，渦輪機(jī)通常具有用于推力補(bǔ)償?shù)乃^的平衡活塞。所述平衡活塞通常構(gòu)成為，使得在所有工作條件下，更低的推力保持在確定的方向上，以致不發(fā)生負(fù)載變化反應(yīng)，并且轉(zhuǎn)子不在可能的軸向間隙中來回運(yùn)動(dòng)。平衡活塞通常具有至少一個(gè)軸肩，其中所述平衡活塞通常構(gòu)成為在轉(zhuǎn)子上徑向延伸的圓盤，并且鄰接至少一個(gè)軸肩的軸密封件使轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子密封。所述圓盤形狀是最常見的結(jié)構(gòu)形式，使得在通過圓盤限定的兩個(gè)側(cè)面或軸肩上，不同的壓差產(chǎn)生用于補(bǔ)償所需的軸向推力。鄰接軸肩或軸密封件以及定子，構(gòu)成空腔，在所述空腔內(nèi)充滿過程流體的第一壓力，所述第一壓力不同于在空腔的另一側(cè)上的第二壓力，并且第二壓力與第一壓力相差了經(jīng)過軸密封件的壓差。作用在軸肩上的第一壓力借助軸肩的面導(dǎo)致如下力，所述力以相應(yīng)地確定尺寸的方式至少部分地補(bǔ)償軸向推力，并且因此使軸的軸向軸承減輕一定量補(bǔ)償力的任務(wù)。為了持續(xù)保持經(jīng)過平衡活塞的軸密封件的壓差，必需的是，將過程流體穿過平衡管路供給空腔或者從該空腔中抽出，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的軸密封件總是具有相當(dāng)大的泄漏。流過平衡管路的過程流體的量能夠具有相當(dāng)大的值，并且顯著地降低效率。當(dāng)在平衡活塞上的軸密封件由于在定子上的侵蝕或摩擦而磨損并且因此滲漏增加時(shí)，該效果變得更差。由歐洲專利EP 1 418 341 Bl中已知一種用于平衡軸向推力的系統(tǒng)，其具有平衡活塞，所述平衡活塞僅在需要的情況下加載壓力，以用于推力平衡，其中在正常工作中，借助于在穿透殼體的地方的合適的軸密封件進(jìn)行推力平衡，使得在正常工作中不需要向平衡活塞供給過程流體。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題，本發(fā)明的目的是，減少在平衡活塞上產(chǎn)生的過程流體損失，并且因此改善機(jī)器的效率。為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明提出，定子構(gòu)成為以引導(dǎo)的方式運(yùn)動(dòng)，使得間隙能夠變大和變小?；诙ㄗ訕?gòu)成為以引導(dǎo)的方式移動(dòng)，能夠調(diào)節(jié)與渦輪機(jī)的當(dāng)前的工作條件相匹配的間隙寬度，所述間隙寬度小于在其他工作條件下所需的間隙寬度，使得節(jié)省了流過平衡活塞的過程流體量的差量，以有利于效率的改善本發(fā)明的有利的改進(jìn)形式提出，定子的一面鄰接空腔并且定子構(gòu)成為，使得定子根據(jù)在空腔中的壓力移動(dòng)，以致間隙變大或變小。該結(jié)構(gòu)形式提供的可能性是，在沒有使定子運(yùn)動(dòng)的另外的致動(dòng)器或沒有復(fù)雜的調(diào)節(jié)裝置的情況下，實(shí)現(xiàn)在平衡活塞上的密封件的與空腔中的壓力自動(dòng)地匹配的間隙寬度。有利的是，定子能夠具有彈性元件，所述彈性元件根據(jù)在被引導(dǎo)的、優(yōu)選軸向的可移動(dòng)性范圍內(nèi)的位置產(chǎn)生克服空腔內(nèi)的壓力的復(fù)位力。根據(jù)在空腔內(nèi)的和在平衡活塞的相對(duì)側(cè)上的壓力比，來自彈性元件的力沿來自空腔內(nèi)的作用在定子上的力的相同的或相反的方向作用在定子上。適宜的是，該彈性元件能夠構(gòu)成為，使得對(duì)在空腔中的每個(gè)壓力設(shè)置與同壓力相關(guān)的工作狀態(tài)相適應(yīng)的間隙。尤其能夠簡單地如下產(chǎn)生間隙擴(kuò)寬或間隙變小，即通過間隙的沿圓周方向圍繞機(jī)器軸線延伸的環(huán)狀空間沿軸向方向不平行于機(jī)器軸線延伸，而是傾斜于機(jī)器軸線延伸，并且沿軸向方向引導(dǎo)定子的可移動(dòng)性。該構(gòu)造具有的優(yōu)點(diǎn)是，間隙能夠變化，而相關(guān)的構(gòu)件在它們的圓周尺寸方面沒有變化。在這種情況下，轉(zhuǎn)子的和定子的限定間隙的表面分別構(gòu)成為錐形。轉(zhuǎn)子的和定子的錐形能夠具有相互不同的錐角，這在確定的工作范圍內(nèi)能夠具有在轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性上的積極的影響。用于供給或排出過程流體的通向空腔的平衡管路證明是尤其適宜的，以便調(diào)節(jié)在空腔內(nèi)的有利于工作狀態(tài)的壓力。在空腔的另一側(cè)，該平衡管路能夠通入過程流體的蓄壓器內(nèi)或通入壓降或抽吸管路內(nèi)，并且特別有利的是，在平衡管路內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)閥，借助于所述調(diào)節(jié)閥可是使用經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的所限定的壓差。調(diào)節(jié)閥允許通過控制流入或流出的過程流體量來調(diào)節(jié)空腔內(nèi)的壓力。借助根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠有利地提高渦輪機(jī)，尤其是壓縮機(jī)的效率，即通過在渦輪機(jī)的啟動(dòng)過程后，在定態(tài)的工作中，借助于調(diào)節(jié)閥流過平衡管路的過程流體量減少到以致允許密封件在平衡活塞上留有空隙。適宜的是，彈性元件、定子和密封件的傾斜位置相互調(diào)整，使得借助于調(diào)節(jié)閥減少流過平衡管路和密封件的過程流體量導(dǎo)致密封件的間隙寬度的減小。相反，有意義的是，在流過平衡管路的過程流體量增加的情況下，在平衡活塞上密封件內(nèi)的間隙寬度也變大。


下面借助于參考附圖的特殊的實(shí)施例闡述本發(fā)明。該實(shí)施例僅用于更好地理解本發(fā)明，其中本領(lǐng)域技術(shù)人員可從本說明書中且尤其是從在權(quán)利要求中所述的特征的任意的組合中得到本發(fā)明的其他實(shí)施方式可能性。附圖示出圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有平衡活塞的渦輪機(jī)的示意的縱剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出壓縮機(jī)或渦輪機(jī)T，其具有殼體CAS和沿著機(jī)器軸線X延伸的轉(zhuǎn)子R。轉(zhuǎn)子R具有葉輪IMP——在這里為離心式壓縮機(jī)的動(dòng)葉輪——，借助于所述葉輪，在轉(zhuǎn)子R以轉(zhuǎn)速η旋轉(zhuǎn)的情況下，將過程流體PF從第一壓力pi壓縮到較高的第二壓力ρ2。為此，過程流體PF通過入流IN進(jìn)入殼體CAS內(nèi)，并且通過出流EX離開殼體。在過程流體PF通過出流EX離開殼體CAS前，過程流體部分地聚積在壓力腔PCH內(nèi)。鄰接壓力腔，轉(zhuǎn)子R設(shè)置有平衡活塞BP。平衡活塞BP基本上具有圓盤形狀，所述圓盤形狀的平面延伸部分垂直于機(jī)器軸線延伸，與此相應(yīng)地也具有在這里鄰接壓力腔PCH的第一軸肩RSl和鄰接空腔CH的第二軸肩RS2。在 平衡活塞BP和可在殼體CAS內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)的定子ST之間的間隙借助于構(gòu)成為軸密封件——在這里構(gòu)成為迷宮式密封件——的密封件SS密封，使得在壓力腔PCH內(nèi)的壓力 p2和空腔CH內(nèi)的壓力p3之間產(chǎn)生壓差，所述壓力腔和空腔相對(duì)彼此密封。為了盡管存在密封件SS的滲漏，但仍保持該壓差八？80，設(shè)有平衡管路8 1^。為了排出從壓力腔PCH經(jīng)由密封件SS流向空腔CH的溢出的過程流體PF，平衡管路BPL與壓降部連接，所述壓降部在這里為進(jìn)入殼體CAS的入口 IN。如果經(jīng)過平衡活塞BP的壓差A(yù)PBD反向定向(例如在葉輪具有另一個(gè)定向的情況下)，那么也能夠提供如下情況，即平衡管路與蓄壓器連接。平衡管路BPL設(shè)置有調(diào)節(jié)閥CF，經(jīng)由所述調(diào)節(jié)閥依據(jù)調(diào)節(jié)閥CF的位置產(chǎn)生壓差 APCV0密封件SS的一部分安裝在定子ST上，所述定子構(gòu)成為能夠以引導(dǎo)的方式軸向運(yùn)動(dòng)，其中待密封的間隙GP傾斜于機(jī)器軸線X延伸。以這種方式，由間隙GP限定的空間幾何形狀形成沿圓周方向圍繞機(jī)器軸線X同心地延伸的錐形。因?yàn)樵搶?shí)施例的渦輪機(jī)T為離心式壓縮機(jī)或壓縮機(jī)，并且平衡活塞BP設(shè)置在葉輪的IMP較高的壓力側(cè)上，使得壓力腔PCH 相對(duì)于空腔CH具有較高的壓力，所以適宜的是，定子ST朝具有較低壓力的腔室方向的移動(dòng) (在這里空腔CH或p3)引起間隙GP或間隙寬度H變大，并且因此導(dǎo)致密封件SS的較高的滲漏。定子ST借助于彈性元件EE預(yù)張緊，使得彈性元件EE的復(fù)位力朝著減小間隙寬度H 的方向作用。如果在定態(tài)工作中，在首先恒定的間隙寬度H的情況下，調(diào)節(jié)閥CV節(jié)流，那么壓力P3增加，并且出現(xiàn)構(gòu)造的新平衡狀態(tài)，使得間隙寬度H由于朝壓力腔PCH的方向作用在定子ST上的較大的推力而變小。根據(jù)本發(fā)明，借助于調(diào)節(jié)閥位置CV能夠調(diào)節(jié)來自平衡活塞的軸向推力，并且降低通過平衡管路的過程流體PF的消耗。
權(quán)利要求
1.一種具有平衡活塞(BP)的渦輪機(jī)(T)，所述平衡活塞具有至少一個(gè)軸肩(RS)，所述軸肩位于沿著機(jī)器軸線(X)延伸的轉(zhuǎn)子上；以及密封件(SS)，所述密封件(SS)密封所述轉(zhuǎn)子(R)和定子(ST)之間的間隙(GP)，使得在工作時(shí)，鄰接所述密封件(SS)的第一側(cè)的空腔(CH)能夠具有與在所述密封件(SS)的另一側(cè)上不同的壓力，并且相差了經(jīng)過所述密封件(SS)的壓差(ΔΒΡ)，其中所述空腔(CH)用過程流體(PF)填充，其中所述軸肩鄰接所述空腔(CH)，其特征在于，所述定子(ST)構(gòu)成為以引導(dǎo)的方式運(yùn)動(dòng)，使得所述間隙(GP)能夠變大和變小。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)(T)，其中所述定子(ST)的一面(F)鄰接所述空腔(CH) 并且所述定子(ST)構(gòu)成為，使得所述定子根據(jù)在所述空腔(CH)中的壓力(p3)移動(dòng)，以致所述間隙(GP)變大或變小。
3.如前述權(quán)利要求1、2中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(T)，其中所述定子(ST)包括彈性元件(EE)，所述彈性元件根據(jù)位置產(chǎn)生復(fù)位力。
4.如前述權(quán)利要求1、2或3中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(T)，其中所述間隙(GP)不平行于所述機(jī)器軸線(X)延伸。
5.如前述權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)(T)，其中平衡管路(BPL)通入所述空腔(CH)內(nèi)，借助于所述平衡管路能夠?qū)⑦^程流體(PF)供給所述空腔(CH)或從所述空腔(CH)內(nèi)排出。
6.如至少前一項(xiàng)述權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)(T)，其中調(diào)節(jié)閥(CV)位于所述平衡管路 (BPL)內(nèi)，借助于所述調(diào)節(jié)閥能夠調(diào)節(jié)過程流體(PV)的供給或過程流體(PV)的排出。
7.如至少前述權(quán)利要求3和6所述的渦輪機(jī)(T)，其中所述定子(ST)在軸向可運(yùn)動(dòng)性上的位置能夠在工作時(shí)借助于所述調(diào)節(jié)閥(CV)調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有平衡活塞(BP)的渦輪機(jī)(T)，所述平衡活塞借助于密封件(SS)相對(duì)于定子(ST)密封。傳統(tǒng)的平衡活塞消耗大量的過程流體，這能夠?qū)е旅黠@的效率降低。本發(fā)明提供一種解決方案，在所述解決方案中，部分承載所述密封件(SS)的所述定子(ST)構(gòu)成為可在殼體(CAS)中軸向運(yùn)動(dòng)，使得能夠以這種方式改變所述密封件(SS)的滲漏。
文檔編號(hào)F04D29/051GK102308098SQ201080006830
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者帕特里克·萬德施潘 申請(qǐng)人:西門子公司