具有密封件的裝置、密封件和渦輪壓縮機的製作方法

2023-09-11 12:21:50 1

專利名稱：具有密封件的裝置、密封件和渦輪壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有圍繞機器軸線延伸的環形的密封件和容器的裝置，所述密封件用於密封在容器基體和蓋之間的、沿著周向方向延伸的、具有L形橫截面的間隙，其中間隙的徑向部段在徑向方向和周向方向上延伸並且軸向部段在軸向方向上和周向方向上延伸，其中在徑向部段和軸向部段相交的區域中設有密封室，所述密封室徑向地且軸向地相對於鄰接的間隙部段擴寬，其中在密封室中設置有密封件，其中在徑向部段中存在比在軸向部段中更高的壓力，所述壓力差藉助於密封件來密封。此外，本發明涉及一種上述類型的且用於上面限定的密封情況的密封件。本發明還涉及一種包括上述裝置的壓縮機。
背景技術：
在尤其是壓縮機殼體的壓力容器中尤其在不穩定的工作時通常出現壓力容器的不同模塊之間的溫度差。例如，在高壓渦輪壓縮機中能夠在端側藉助蓋來封閉基本上圓柱形的基本殼體，所述蓋優選至少部分地以軸向覆蓋的方式設置在壓力容器中。由於溫度差而造成端側的蓋和至少部分包覆的殼體基體之間的徑向相對熱膨脹，為此相應的運動間隙必須保持。此外，在穩定工作時也必須故意保持所描述的殼體構件之間的溫度差，因此滿足其他結構元件的邊界條件。例如，氣體密封件必須在相對窄的溫度範圍內工作，使得在低溫技術中低於-100°C溫度使得加熱氣體密封件變得必要，以便氣體密封件能夠在可靠範圍內工作。至少在蓋和殼體外罩之間的、關於在縱向方向上沿轉子延伸的機器軸線軸向地覆蓋的區域中，與蓋的外直徑相關的徑向間隙與蓋的外直徑的關係例如為2_/1000_。壓縮機結構的一直變大的最新趨勢導致不再能夠藉助於常規的靜態密封件來密封的縫隙，因為在間隙中在要密封的間隙的大小和面臨壓力的情況下所述縫隙被破壞。

發明內容
基於上面描述的問題，本發明的目的是:密封兩個相對彼此靜止的構件之間的尤其大的間隙。為了實現所述目的，本發明提出藉助於權利要求1的特徵部分來改進開始限定的裝置。此外提出，藉助權利要求6的特徵改進開始所限定的類型的壓縮機。此外，提出根據本發明藉助權利要求2的特徵改進開始所限定的密封件。根據權利要求1所述的徑向平面是下述平面，所述平面垂直於密封件的中央軸線延伸使得所述軸線為該平面的法線。密封件相對於所述平面鏡面對稱的優點是:功能與裝配方向無關。常規的裝置、密封件和具有這種裝置的壓縮機的缺點是:由於從間隙的徑向部段進行的過壓和間隙的寬度而至少在環周的一些部位上將密封件從密封室壓入到間隙中並且最終由於該變形而被破環。由此形成的不密封性需要耗費地進行拆卸，這嚴重地限制機器的可用性。附加地，這種易損壞的密封件是嚴重的安全風險，因為例如在高壓下有毒工藝流體能夠排出到環境中。
尤其優選地，本發明用在環形密封件的大於IOOOmm的直徑中。在所述尺寸的情況下，潛在的相對熱膨脹要求壓力容器的兩個要相互密封的構件的大的徑向間隙或者蓋相對於殼體基體的大的徑向間隙。尤其符合目的的是，支撐環相對於徑向部段的要密封的徑向間隙具有更大的徑向延伸，使得即使在密封的壓力差大的情況下原則上排除密封件進入到徑向部段中。支撐元件的相對於外罩元件克服變形的更高的抵抗力通過由金屬製成支撐元件和由塑料製成外罩元件來實現，所述塑料是柔軟的，使得在間隙的軸向部段中的工藝流體處於壓力的情況下，軸向的限界壁靠置於密封室的側壁。密封件靠置於密封室的側壁或者在密封件中沿周向方向延伸的凹部的軸向的限界壁的靠置能夠符合目的地藉助於V形的並且在周向方向上延伸的彈簧元件來支持。在此符合目的的是，彈簧元件具有相對於軸向的限界壁的預應力。有意義的是，彈簧元件的V形橫截面的區域，V形的兩個腿部以相交的方式設置在徑向內部，使得V形的兩個相互分開的端部從內部在凹部中靠置於凹部的軸向的限界壁並且在軸向方向上將所述限界壁彼此壓開。另一符合目的的改進形式提出，軸向的限界壁在彈簧的V形從內部接觸所述軸向限界壁的部位處分別具有向內延伸的凸起，所述凸起構成為，使得彈簧元件通過突起防止從環繞的凹部中退出。本發明的另一有利的改進形式提出，支撐元件在朝向外罩元件的側上具有輪廓部，並且外罩元件在與支撐元件相對置的側上具有相應的輪廓部，使得兩個輪廓部彼此間獲得形狀配合。符合目的地，支撐元件上的輪廓部為此是環繞的隆起部並且相應於此，在外罩元件上的輪廓部是環繞的凹部。


下面，根據特定的實施例在參考附圖的情況下詳細地描述本發明。除了特定的實施例之外，本領域技術人員從說明書和獨立權利要求與引用其的從屬權利要求的任意組合中得到實施本發明的附加的可能性。其示出:圖1示出橫貫渦輪壓縮機的根據本發明的壓力容器的橫截面圖，圖2示出描述在根據本發明的裝置中的根據本發明的密封件的圖1中的細節II。
具體實施例方式本申請的術語使得如軸向、徑向或周向方向的全部方向描述與如在圖1、2中的機器軸線X相關。圖1在本發明的尤其有利的應用形式中示出在渦輪壓縮機TCO處的根據本發明的壓力容器CAS。渦輪壓縮機TCO具有沿著機器軸線X延伸的轉子R，所述轉子從壓力容器CAS的內部穿過蓋COV的開口 OP向外引出。蓋COV從內部裝入到壓力容器CAS中，在這所述蓋通過在壓力容器CAS中的過壓T向外擠壓在壓力容器CAS上的凸肩SH，所述凸肩沿周向方向在要藉助蓋COV封閉的殼體開口 OPCAS上延伸。此外，蓋COV是徑向軸承BE的和軸密封裝置RS的支承件。壓力容器CAS具有容器基體BB和蓋C0V，所述蓋封閉容器基體開口OPCAS。
在圖2中示出圖1中用II標出的細節。在壓力容器CAS和蓋COV之間存在沿周向方向延伸的間隙GAP。間隙GAP的圖2中示出的區域是L形的並且能夠劃分成軸向部段APG和徑向部段RPG。徑向部段RPG在壓力容器的內壓P的作用下傾向於變窄。軸向部段APG具有寬度W，所述寬度必須滿足蓋COV和容器基體BG之間的相對熱膨脹的要求。根據蓋COV的半徑或外徑的大小，在預設的熱參數的情況下必須在軸向部段的區域中得到橫貫寬度W的足夠的運動縫隙，其中軸向部段APG位於所述蓋上。當蓋COV的至少一部分和殼體基體BB之間的溫度差能夠為直至50開爾文時，在大約500mm的半徑的情況下，寬度W應當不小於2mm。該近似值適用於對於蓋COV和基體BB而言具有基本上相同的熱膨脹係數的金屬材料。在熱膨脹係數不同的情況下能夠調整該確定尺寸的規則。在軸向部段APG和徑向部段RPG彼此相交的部位處設置有矩形橫截面的沿周向方向延伸的密封室SCAV。在密封室SCAV中設置有密封件SEA。密封件SEA包括分別在周向方向上延伸的構件:支撐元件SE、外罩元件JE和彈簧元件EEL。支撐元件SE位於徑向內部並且外罩元件JE在徑向外部連接到支撐元件SE上，其中兩個元件之間的邊界面設有輪廓部CCN，所述輪廓部用於形狀配合。具體地，支撐元件SE具有沿周向方向延伸的凸起PR0，所述凸起呈在外罩元件JE中的在周向方向上延伸的凹部的形式形狀配合地塑造。支撐元件SE具有大於軸向部段APG的徑向寬度W的徑向高度。支撐元件SE的軸向伸展小於密封室SCAV的軸向寬度。以該方式，支撐元件SE不妨礙間隙GAP的徑向部段RPG寬度的軸向減小。支撐元件SE由與外罩元件JE相比較不容易變形的材料製成——在此所述支撐元件由金屬製成。由塑料製成的外罩元件JE具有徑向向外指向的並且沿周向方向延伸的凹部RE。凹部RE具有基本上矩形的橫截面並且由兩個軸向的限界壁ALW在兩側限界。V形橫截面的彈簧元件EEL設置在凹部RE中，使得沿周向方向延伸的彈性的彈簧元件EEL的V形狀藉助其開口徑向向外指向。換言之:V形橫截面的區域、V形狀的兩個腿部SHL相聚在其上的聚合稜邊EDG位於凹部RE的徑向內部。橫截面的V形狀的兩個腿部的兩個徑向外部的端部線式地在兩側接觸軸向限界壁ALW。通過該預緊的接觸將兩個軸向限界壁ALW軸向地彼此壓開，並且弓丨起靠置在密封室SCAV的軸向限界壁上。在來自壓力容器CAS的內部的過壓P的作用下，密封件SEA的凹部RE附加地擴寬並且引起密封件SEA以建立密封性的形式靠置在密封室SCAF的限界壁上。
權利要求
1.具有圍繞機器軸線(X)延伸的環形的密封件(SEA)和容器(CAS)的裝置，所述密封件用於密封在容器基體(BB )和蓋(COV)之間的、沿著周向方向延伸的L形的間隙，其中所述間隙(GAP)的徑向部段(RPG)在徑向方向和周向方向上延伸並且軸向部段(APG)在軸向方向上和周向方向上延伸，其中在所述徑向部段(RPG)和所述軸向部段(APG)相交的區域中設有密封室(SCAV)，所述密封室徑向地且軸向地相對於鄰接的間隙部段被擴寬，其中在所述密封室(SCAV)中設置有密封件(SEA)，其中在所述徑向部段(RPG)中存在比在所述軸向部段(APG)中更高的壓力，壓力差藉助於密封件(SEA)來密封， 其特徵在於， -所述密封件(SEA )具有設置在徑向內部的、由第一材料製成的支撐環(SE )， -在所述支撐環(SE)的徑向外部連接有由第二材料製成的外罩元件(JE)，所述第二材料與所述第一材料相比能夠更加容易地變形， -其中所述外罩元件(JE)在徑向外部具有環繞的凹部(RE)，使得在受到來自徑向部段(RPG)方向的壓力加載的情況下所述外罩元件(JE)的所述凹部(RE)的兩個軸向的限界壁(ALff)變形，使得所述外罩元件(JE)軸向地擴寬， -其中所述密封件關於徑向平面是鏡面對稱的。
2.密封件(SEA)，其特徵在於， 所述密封件(SEA )具有設置在徑向內部的、由第一材料製成的支撐環(SE )， -在所述支撐環(SE)的徑向外部連接有由第二材料製成的外罩元件(JE)，所述第二材料與所述第一材料相比能夠更加容易地變形， 其中所述外罩元件(JE)在徑向外部具有環繞的凹部(RE)，使得在受到來自徑向外部的壓力加載的情況下所述外罩元件(JE)的所述凹部(RE)的兩個軸向的限界壁(ALW)變形，使得所述外罩元件(JE)在所述凹部(RE)的區域中軸向地擴寬。
3.根據權利要求1所述的裝置或者根據權利要求2所述的密封件，其中在所述凹部(RE)中設有彈簧元件(EEL)，所述彈簧元件在軸向上將所述兩個軸向的限界壁(ALW)彼此壓開。
4.根據權利要求1或3所述的裝置或者根據權利要求2或3所述的密封件，其中所述彈簧元件(EEL)具有V形的橫截面輪廓，所述橫截面輪廓具有呈V形的兩個腿部(SHL)的位於徑向內部的聚合稜邊(EDG)。
5.根據權利要求1、3或4所述的裝置或者根據權利要求2、3或4所述的密封件，其中所述支撐元件(SE)在所述外罩元件(JE)側具有輪廓部(CCN)並且所述外罩元件(JE)具有相應的輪廓部(CCN)，使得在所述外罩元件(JE)和所述支撐元件(SE)之間存在形狀配合。
6.根據權利要求5所述的裝置或者密封件，其中所述支撐元件(SE)在所述外罩元件(JE)側具有沿周向方向延伸的輪廓部(CCN)並且所述外罩元件(JE)具有在周向方向上的相應的輪廓部(CCN)。
7.壓力容器(PC)，尤其是渦輪壓縮機(TCO)的殼體(CAS)，具有根據上述權利要求之一所述的裝置或者密封件(SEA)。
全文摘要
本發明涉及一種具有圍繞機器軸線(X)延伸的環形的密封件(SEA)和容器(CAS)的裝置，所述密封件用於密封在容器基體(BB)和蓋(COV)之間的、沿著周向方向延伸的L形的間隙，其中間隙(GAP)的徑向部段(RPG)在徑向方向和周向方向上延伸並且軸向部段(APG)在軸向方向上和周向方向上延伸，其中在徑向部段(RPG)和軸向部段(APG)相交的區域中設有密封室(SCAV)，所述密封室徑向地且軸向地相對於鄰接的間隙部段擴寬，其中在密封室(SCAV)中設置有密封件(SEA)，其中在徑向部段(RPG)中存在比在軸向部段(APG)中更高的壓力，所述壓力差藉助於密封件(SEA)來密封。因此，在高的壓力的情況下也能夠密封大的間隙，本發明提出-密封件(SEA)具有設置在徑向內部的、由第一材料製成的支撐環(SE)，-在支撐環(SE)的徑向外部連接有由第二材料製成的外罩元件(JE)，所述第二材料與第一材料相比能夠更加容易地變形，-其中外罩元件(JE)在徑向外部具有環繞的凹部(RE)，使得在受到來自徑向部段(RPG)方向的壓力加載的情況下外罩元件(JE)的凹部(RE)的兩個軸向的限界壁(ALW)變形，使得外罩元件(JE)軸向地擴寬。
文檔編號F16J15/10GK103119305SQ201180045938
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月20日 優先權日2010年9月22日
發明者塞巴斯蒂安·胡特, 迪特爾·納斯 申請人:西門子公司