具有推力平衡活塞的渦輪機的製作方法

2023-12-09 12:30:06 2

專利名稱：具有推力平衡活塞的渦輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉機器、尤其是渦輪機、泵或壓縮機，具有至少一個轉子和 至少一個過程流體，它至少部分地包圍轉子，其中轉子具有至少一個平衡活塞，用於影 響轉子的軸向推力，其中平衡活塞具有至少一個轉子直徑變化，其中設有至少一個軸密 封，它使存在第一壓力的第一壓力室與存在第二壓力的第二壓力室這樣密封，使得至少 暫時在第一壓力室與第二壓力室之間存在壓力差並且第一軸密封這樣設置在平衡活塞 上，使第一直徑變化承受第一壓力室的壓力，並且第二直徑變化承受第二壓力室的壓 力。
背景技術：
旋轉機器上的平衡活塞尤其在蒸汽渦輪機中屬於常見的零部件。通常過程流 體沿著膨脹或壓縮路徑在轉子的至少部分軸向上建立壓力或取消壓力，其中轉子本身或 與其連接的部件在直徑變化的部位、例如軸肩分別承受不同施加的壓力。在此旋轉的葉 片列與在圓周方向上連續的軸肩一樣產生軸向推力，所述部件傳遞推力作為軸向力到轉 子。為了可以在這些運行條件下以有意義的參數設計軸向軸承，需要通過相應的反作用 力在另一位置補償這個作用力。為此蒸汽渦輪機例如在目前的結構形式中通常具有稱 為平衡活塞的軸肩，它在其徑向向外指向的圓周面上配有軸密封，它通常由迷宮密封構 成，該軸密封在構成壓差的條件下使第一壓力室與第二壓力室分開。結果是，在平衡 活塞的軸向一側上施加與軸向另一側上不同的壓力，由此在相應地設計轉子的直徑和室 壓時可以以軸向力加載，該軸向力平衡除了通過軸向軸承支撐的殘餘以外的其它軸向推 力，由此使軸向軸承只承受微小的負荷並且轉子總是在軸向確定的位置通過保留的剩餘 力頂壓。必要時可以基於各工作點這樣在壓力室中建立壓力調節，使得總是構成所期望 的剩餘推力。通常只有當平衡活塞上的壓力具有特別高的壓差或者平衡活塞直徑設計得非常 大的時候，才能夠實現所述的平衡效應。在特別高的壓差時位於平衡活塞上的軸密封需 要足夠大的軸向結構空間，用於實現所需的密封效果。大直徑和大的軸向結構空間都一 方面引起不期望的振動形式的轉子動態效應，另一方面由於不僅對於轉子而且對於周圍 的部件、尤其對於外殼的附加材料需求引起高成本。此外對於太大尺寸的結構部件的安 裝、運輸和庫存的後續成本也是顯著的。

發明內容
因此本發明的目的是，這樣改進具有上述形式的平衡活塞的旋轉機器，以相同 的推力補償只需要減小的結構空間。為了實現這個目的按照本發明建議一種具有在權利要求1中所述特徵的旋轉機 器。相關的從屬權利要求包括本發明的有利改進方案。
具有多個室(它們分別通過軸密封在形成壓差的條件下相互分開並且所述室由 轉子的至少一個直徑變化限制)的平衡活塞的結構能夠減小平衡活塞的直徑而不降低推 力平衡水平。通過按照本發明的平衡活塞的多級結構(如果平衡活塞的分級由軸密封、 具有確定壓力的室和限制這個室的轉子直徑變化形成的結構來確定)也可以使每級平衡 活塞所需的壓力選擇得更低，由此降低對相應軸密封的要求並且可以使軸密封可能以更 小的軸向尺寸構成。本發明的一種特別有利的改進方案規定，所述平衡活塞由轉子上的直接順序的 直徑變化構成，它標明地在轉子的縱向延展上以下面的順序構成-第一直徑擴大，-第一直徑減小，-第二直徑擴大，-第二直徑減小，-其中-在第一直徑擴大與第一直徑減小之間，-在第一直徑減小與第二直徑擴大之間，-在第二直徑擴大與第二直徑減小之間，分別在相應豎立的壁與轉子之間設有軸密封，由此-第一壓力室具有第一直徑擴大作為邊界壁，-第二壓力室具有第一直徑減小作為邊界壁，-第三壓力室具有第二直徑擴大作為邊界壁，-第四壓力室具有第二直徑減小作為邊界壁。關於直接順序(直接性)指的是沒有中間布置其它模塊、例如葉片列區段。如果將由壓力室、直徑變化(它是壓力室的邊界壁)和軸密封形成的結構理解為 平衡活塞的級，則這個有利的改進方案是四級結構，它在各級具有相同的最大和最小直 徑的情況下，可以具有是常見的平衡活塞的雙倍的推力平衡水平。按照本發明的結構根據要被平衡的壓差也可以具有多於四個上面定義的級，例 如5級、6級或更多。為了按照本發明使平衡活塞在每級高的壓差時也無需大的軸向結構空間，適宜 的是，使壓力室之間軸密封分別由刷密封或滑環密封構成。這些密封形式與常見的迷宮 密封相比具有更好的密封效果，由此通過更小的軸向延伸可以減小高的壓差並因此使按 照本發明的平衡活塞不僅在徑向而且在軸向只具有微小的結構空間需求。特別有意義的是壓力通道通到各壓力室的結構，由此通過調整壓力室中的確定 壓力能夠建立用於平衡所需的壓差。為了能夠使推力平衡適配於不同的運行條件，附加地可以有意義地在至少一個 壓力通道中設有至少一個調整機構或閥門，利用它可以調節連接的壓力室中的壓力。由 於在壓力室的相應的軸密封上的持久洩漏該調整機構能夠實現動態的壓力調節，它優選 根據各工作點由中央控制器控制。在加工中由於本發明得到特別節省的優點，如果至少兩個軸密封結構相同地在 平衡活塞上構成。此外按照本發明的平衡活塞的分級結構能夠充分利用結構相同的用於不同的渦輪機的軸密封，尤其當平衡活塞級數的變化在其推力平衡的差值中正好對應於 相應的旋轉機器類型的推力差的時候。


下面藉助於附圖中所示的特殊實施例詳細描述本發明。本發明不局限於這個特 殊的結構，而是對於專業人員除了示例以外得到其它結構變化，它們同樣利用本發明。 附圖中圖1示出蒸汽渦輪機作為按照本發明的旋轉機器的示例，圖2示出圖1的細節X，具有常見的平衡活塞結構，圖3示出圖1的細節X，具有按照本發明的平衡活塞結構，圖4以示意圖示出具有不同直徑和平衡活塞的常見結構的轉子，圖5以示意圖示出具有平衡活塞和不同直徑的按照本發明的轉子。
具體實施例方式圖1示出旋轉機器，即蒸汽渦輪機2，在其中饋入的新鮮蒸汽3在通流葉片列4 時在排流部位80膨脹成低壓的蒸汽5。在轉子6上固定工作葉片列7，由於蒸汽膨脹使 轉子承受軸向推力8。軸向推力8部分地支撐在軸向軸承9上。為了減小作用於軸向軸承9上的軸向力設有平衡活塞10，它由轉子6上的軸肩構 成。圖2和3示出細節X，具有常見結構形式和按照本發明結構的平衡活塞10。在圖2中所示的常見結構形式的平衡活塞10在轉子6的軸向上從左向右標明地 具有第一壓力室11、第一直徑變化21、第一軸密封31、具有第二直徑變化22的第二壓 力室12。軸迷宮密封82軸向位於這個所述結構的前面，利用它使第一壓力室11向著大 氣51密封。另一軸迷宮密封52軸向位於以平衡活塞10描述的結構或這個結構的指向渦 輪機內部的端部側面的後面，利用該軸迷宮密封53使第二壓力室12向著流入部位54密 封。這個軸迷宮密封可以配屬於平衡活塞10。在第二壓力室22中存在的壓力高於在第 一壓力室11中的壓力，由此使由平衡活塞的力平衡得到的推力抵抗葉片列4的推力。圖3示出按照圖2的結構或者說圖1的細節X，具有按照本發明的平衡活塞10結 構。在此平衡活塞10通過四個壓力室11，12，13，14構成，它們分別具有用於相互分 開的軸密封31，32，33並且由轉子6的至少一個直徑變化21，22，23，24部分地限制。所述軸密封31，32，33由刷密封構成，由此對於與常見的結構形式(圖2)等同 的在壓力室11，12，13，14之間的壓差只使用微小軸向結構空間。第二壓力室12和第 三壓力室13通過壓力通道42，43處於連接，因此第二壓力室12具有比第三壓力室13更 高的壓力。現在在第一壓力室11和在第三壓力室13中存在的壓力以及在第二壓力室12 和在第四壓力室14中存在的壓力是相同的。由於軸密封31-33的洩漏分別得到按照所示 箭頭61-66的由於各個壓力室之間的壓力差從壓力通道42，43饋入的流動。圖4和5示出位於轉子6上的直徑與壓力室11-14中的不同壓力相結合與軸密封 31-33的共同作用。在圖4中第一壓力室11通過壓力通道71與排流部位連接，並且第二 壓力室12利用壓力通道72與葉片列4中的更高壓力水平連接。
圖5示出，附加地對於第一壓力室11和第二壓力室12，使第三壓力室13和第四 壓力室14同樣與排流部位80或葉片列4的壓力水平連接，並且通過這種方式可以達到推 力補償的雙重效果。因為否則在相同的蒸汽渦輪機2結構中，平衡活塞10的直徑在按照 本發明的按照圖5的結構中將更小。可以選擇在壓力通道71中設有調整機構100或閥門，利用它使壓力室12，13， 14中的壓力可以適配於實際的運行條件。調整機構由中央控制器101控制。
權利要求
1.一種旋轉機器(1)，尤其是渦輪機、泵或壓縮機，其具有至少一個轉子(6)和至少 一個過程流體(蒸汽3)，所述過程流體至少部分地包圍轉子(6)，其中轉子(6)具有至少 一個平衡活塞(10)，用於影響軸向推力，其中平衡活塞(10)具有所述轉子(6)的至少一 個直徑變化(21，22，23，24)，其中設有至少一個軸密封(31，32，33)，它使存在第一 壓力的第一室(11)與存在第二壓力的第二壓力室(12)這樣密封，使得至少暫時在第一和 第二壓力室(11，12)之間存在壓力差，並且第一軸密封(31)這樣設置在平衡活塞(10) 上，使第一直徑變化(21)承受第一壓力室(11)的壓力，並且第二直徑變化(22)承受第 二壓力室(12)的壓力，其特徵在於，所述平衡活塞(10)包括至少一個具有第三壓力的第 三壓力室(13)，並且這樣設置第二軸密封(32)，使第三直徑變化(23)承受第三壓力室 (13)的壓力。
2.如權利要求1所述的旋轉機器(1)，其中所述平衡活塞(10)構造成在轉子(6)上的 直接順序的直徑變化(21-24)，其在轉子(6)的縱向延展上以下面的順序構成-第一直徑擴大(直徑變化11)， -第一直徑減小(直徑變化12)， -第二直徑擴大(直徑變化13)， -第二直徑減小(直徑變化14)， 其中-在第一直徑擴大與第一直徑減小之間， -在第一直徑減小與第二直徑擴大之間， -在第二直徑擴大與第二直徑減小之間，分別在相應豎立的壁與轉子(6)之間設有軸密封(31-33)，由此 -第一壓力室(11)具有第一直徑擴大作為邊界壁， -第二壓力室(12)具有第一直徑減小作為邊界壁， -第三壓力室(13)具有第二直徑擴大作為邊界壁 -第四壓力室(14)具有第二直徑減小作為邊界壁。
3.如權利要求1或2所述的旋轉機器(1)，其中至少一個位於平衡活塞(10)上的軸密 封(31-33)由刷密封構成。
4.如權利要求1或2所述的旋轉機器(1)，其中至少一個位於平衡活塞(10)上的軸密 封(31-33)由滑環密封構成。
5.如權利要求1、2、3或4所述的旋轉機器(1)，其中設有通到壓力室(11，12，13， 14)的壓力通道(42，43，71，72)。
6.如權利要求1至5中至少一項所述的旋轉機器(1)，其中在至少一個壓力通道(71， 72)中設有至少一個調整機構(100)，利用它可以調節所連接的壓力室(11-14)中的壓 力。
7.如權利要求1至6中至少一項所述的旋轉機器(1)，其中至少兩個軸密封(31-33) 結構相同地構成。
8.如上述權利要求中至少一項所述的旋轉機器(1)，其中所述平衡活塞(10)還包括 由壓力室(11-14)、直徑變化(21-24)和軸密封(31-33)構成的另一結構，其直接軸向順 序鄰接另外的結構。
全文摘要
本發明涉及一種旋轉機器(1)、尤其是渦輪機、泵或壓縮機，具有至少一個轉子(6)和至少一個過程流體(蒸汽3)，它至少部分地包圍轉子(6)，其中轉子(6)具有至少一個平衡活塞(10)，用於影響軸向推力，其中平衡活塞(10)具有至少一個轉子(6)的直徑變化(21，22，23，24)，其中設有至少一個軸密封(31，32，33)，它使存在第一壓力的第一壓力室(11)與存在第二壓力的第二壓力室(12)這樣密封，使得至少暫時在第一壓力室(11)與第二壓力室(12)之間存在壓力差並且第一軸密封(31)這樣設置在平衡活塞(10)上，使第一直徑變化(21)承受第一壓力室(11)的壓力並且第二直徑變化(22)承受第二壓力室(12)的壓力。為了減少結構空間需求提出，所述平衡活塞(10)包括至少一個具有第三壓力的第三壓力室(13)並且這樣設置第二軸密封(32)，使第三直徑變化(23)處於第三壓力室(13)的壓力下。
文檔編號F01D3/04GK102016231SQ200980116765
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月30日 優先權日2008年5月9日
發明者R·蓋斯特, W·格林格 申請人:西門子公司