CN102869907A - 具有轴密封件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴密封件（SS），其包括多于一个的密封模块（SM）、至少一个流体输送部（FF）和流体导出部（EX），其具有主密封件（MS1），在主密封件上降有最大的部分压力差（ΔPi）。这种类型的常规的轴密封件通常需要显著量的附加的密封流体（SF），以便确保适当的压力降。在此，本发明通过将第二主密封件（MS2）构成为径向的双密封件（RDS）来提供补救方案，所述双密封件通过分别具有旋转的密封面（RSS）和静止的密封面（SSS）的两个气封件（DGS）确定，所述密封面对（SSP）分别在密封平面（SEP）中相对置，其中两个密封平面具有基本上朝向轴（S）的径向延伸部。

Description

具有轴密封件的装置

技术领域

本发明涉及一种用于对轴的穿过壳体的贯通部的间隙进行密封的轴密封件，其中密封件的旋转的和静止的元件形成密封模块，其中过程流体在密封压力下位于所述壳体的内部中，并且环境流体在环境压力下位于所述壳体之外，其中轴密封件包括多于一个的密封模块、至少一个流体输送部和流体导出部，其中在工作状态下，环境压力与密封压力相差压力差，划分成部分的所述压力差分别作为部分压力差施加到各个密封模块上，其中密封模块包括至少一个主密封件，所述主密封件构成为，使得在正常的、无故障的工作中并且在启动和关停时由最大的压力水平开始从内向外将最大的部分压力差施加在所述主密封件上，其中密封模块包括至少一个第二主密封件，所述第二主密封件构成为，使得在第一主密封件故障时由最大的压力水平开始从内向外将最大的部分压力差施加在所述第二主密封件上，其中在两个主密封模块之间设有至少一个流体导出部，借助于所述流体导出部排放第一导出流体。

背景技术

前述类型的轴密封件通常尤其用于具有从壳体中引出的轴的涡轮机，所述轴实现驱动和从动的连接。由于轴表面相对于相邻壳体的相对移动而不能够实现百分之百的密封性，必然存在轴密封件。尤其在应当借助于轴密封件来保持远离环境的有毒的或者易爆的过程流体中，必须小心地导出泄漏物。同样例如在蒸汽轮机或者燃气轮机中借助于这种轴密封件阻止过程流体流出到环境中，并且轴密封的泄漏或者抽气的量直接影响到所得到的热效率。最小化轴密封件的泄漏是在构造这种机械时最重要的目的。

在涡轮压缩机中，所谓串联式气封件通常承担朝向大气密封在壳体之内的压力空间的任务。串联式气封件是非接触式的密封件并且借助干燥的、过滤的密封液体或者密封气体来润滑。

在图1中示意地示出具有上面所述类型的轴密封件的常规的装置。

轴S延伸穿过壳体C的贯通部PT。过程流体PF在密封压力PPF下处于壳体C的内部中。过程流体PF借助于压缩机CO提升至密封压力PPF。空气AM在环境压力PAM下位于壳体C之外。在贯通部PT的区域中的、在轴S和壳体C之间的间隙G借助于轴密封件SHS来密封。轴密封件SHS包括多个密封模块SM，还包括两个主密封件，即第一主密封件MS1和第二主密封件MS2。两个主密封件MS1、MS2构成为气封件DG1、DG2或者干式气封件DGS。从壳体C的内部起首先设有两个迷宫式密封件、增压迷宫件LS1和第二迷宫式密封件LS2，在其之间导入升压密封流体SFP。增压迷宫件LS1和升压密封流体SFP具有将密封压力提升到至少需要的压力水平的目的，并且仅当在压缩机中存在的压力小于至少需要的压力水平时才是需要的。此外，在第一主密封件MS1和外部的第二迷宫式密封件LS2之间将密封流体导入到间隙G中。由于密封流体SF的导入，穿过第一主密封件MS1向外产生质量流，并且穿过迷宫件LS2在朝向压缩机的方向上产生质量流。所述质量流通常相对小并且在迷宫件LS2中没有构成值得一提的压力差。升压密封流体SFP的质量流的大小被确定为，使得其连同密封流体SF的质量流一起流过迷宫件LS2，在增压迷宫件LS1中形成压力差，所述压力差除了在压缩机中的压力之外相当于至少需要的压力水平。所述质量流流回到壳体C的内部中。在第一主密封件MS1和第二主密封件MS2之间设有第三迷宫式密封件LS3。在第三迷宫式密封件LS3和第二主密封件MS2之间，将中间密封流体ISF导入到间隙G中。当密封流体SF为过程流体PF时，中间密封流体ISF为惰性液体或惰性气体，或者为通常是氮气的环境介质。

在第一主密封件MS1和第二主密封件MS2之间、更确切地说在第三迷宫式密封件LS3的内部将在由密封流体SF和中间密封流体ISF组成的、或者由过程流体和惰性液体或环境流体组成的、在那里收集的混合物导出给后续的、没有详细示出的处理部。处理部也能够是火焰，借助所述火焰烧掉混合物。在第二主密封件MS2外部通常还存在迷宫式密封件的由两个密封件LS4、LS5组成的、附加的串联装置，在所述密封件之间导入分隔流体SPF。由分隔流体SPF和中间密封流体ISF组成的混合物借助于第二导出部EX2输送给处理部或者同样输送给火焰，其中所述中间密封流体在向外部的方向上作为泄漏物流过第二主密封件MS2。

在密封设备之下，图1示出在轴向方向上的压力变化曲线，从所述压力变化曲线中获得经过密封件的流动方向。干式气封件不能够关于穿流而任意地反向。就此而言，在特定的工作条件下必须输送更多量的升压密封流体SFP。

气封件的在图1中示出的装置也称作串联式气封件。在具有或者没有两个主密封件之间的迷宫件的串联式气封件的结构类型中，中间密封流体仅仅在具有迷宫件的结构类型中是需要的。中间密封流体通常为来自外部源的氮气。在主密封件MS1和附加轴密封件LS2之间的密封流体SF的部分量和在主密封件MS2和相邻的附加轴密封件LS3之间的中间密封流体ISF的部分被输送给第一导出部EX1，其中如在图1中在示意图之下示出的压力变化曲线，将压力选择成，使得导入的流体量的大部分到达到第一导出部EX1中。中间密封流体中的更小的部分穿过第二主密封件MS2到达到第二导出部EX2中。具有导入的分隔流体SPF的附加轴密封件LS4和LS5基本上用于将第二主密封件MS2与环境AM的污物隔离，所述环境能够被例如来自相邻轴承的油雾污染。分隔流体部分地流出到环境AM中并且部分地在第二导出部EX2中导出。对于由附加轴密封件LS4、LS5组成的密封模块SM而言，也能够应用碳环或者其他的密封件类型。

在低的密封压力的情况下发生，必须借助于在第一增压迷宫件LS1中的附加的升压密封流体SFP提高密封压力，因此存在到第一导出部EX1的压力降。这尤其因为构成为气封件的第一主密封件MS1总是需要相对于待密封的空间或者密封压力在向外部的方向上的压力降，以便随着轴的旋转而不发生破坏。同样，第二主密封件MS2必须总是加载有压力降ΔpMS2，以便确保正常的功能和监控。在第二主密封件MS2上的充分的压力降的正常监控也在该密封类型中是重要的安全方面，因为仅当第二主密封件MS2在该时刻毫无疑问地能够运转时，才能够通过在流体流出部EX1中的压力上升或者量上升确定第一主密封件MS1的损坏。在第二主密封件MS2上的这种压力降被加到压力降ΔpMS1上并且必须在增压迷宫件LS1中朝向过程侧形成。对此，根据在升压密封件LS1上的压力差ΔpLS1必须提高多少，需要大量的升压密封流体SFP。这又显著地使整个设备的效率变差。

发明内容

因此。本发明的目的是，改进具有开始所述类型的轴密封件的装置，使得降低密封流体的要求，而没有造成在密封性和工作的安全性方面的损害。

为了实现根据本发明的目的，提出一种具有权利要求1的特征部分的特征的开始所述类型的装置。

如果在下面使用术语向内或者向外、靠内或者靠外，那么所述方向说明涉及相对于壳体内部或者壳体外部的增加的或者减少的接近。

通过根据本发明的特征而获得特别的优点。大大减少密封流体量，因为相对于在图1中示出的常规的装置，不再必须附加地在靠外的第二主密封件MS1上形成压力差，使得完全或者部分地放弃借助于升压密封流体在低的密封压力的情况下升压。因为径向双密封件需要或者产生进入的密封流体相对于两侧的压力降，所以在两个主密封件之间的压力能够下降至大气压力。由于取消或者降低在增压迷宫件LS1上的升压，降低待密封的流体的内部循环量并且改进例如压缩机的容积效率。最后可能的是，经由密封流体的输送直接地监控作为第二主密封件的径向双密封件，进而通过在流体排放部EX1中的量监控或压力监控确保在第一主密封件MS1损坏时的断开安全性。优选地，借助于弹性元件在朝旋转的承载件的方向上预紧第二主密封件MS2的径向双密封件的静止的承载件。以该方式不太复杂地构成转子的受到离心力的构造。

密封面对优选同轴地设置，使得获得简单的并且节约空间的结构。

根据本发明的密封装置的优化的工作提出，用过程流体作为密封流体加载第二主密封件。

第一主密封件能够构成为简单的干式气封件。在此，中间密封流体例如是氮气。重要的是确保，第二主密封件在任意的工作点朝两侧具有正的压力差并且因此在密封面对的相对置的密封面之间获得稳定的流体膜。因此，取消在主密封件之间且在导出部中形成相应的压力的要求。

本发明的有利的构造提出，在两个主密封件MS1和MS2之间设置有附加的第一附加轴密封件LS3，优选迷宫式轴密封件。以该方式确保，第一主密封件MS1的泄漏物没有经由第二主密封件MS2流出到第二导出部EX2中。在具有所述第一附加轴密封件的构成中适当的是，将第一密封流体导出部设置在两个主密封件之间的所述附加轴密封件的内侧部上。

本发明的有利的改进形式提出，在第二主密封件MS2和所述预紧的附加轴密封件LS3之间设有中间密封流体SF的输送部。

出于与能够将第一附加轴密封件有利地设置在两个主密封件之间相同的理由，适当的是，在第一主密封件MS1的内侧设置有优选构成为迷宫式轴密封件的第二附加轴密封件。当过程流体载有颗粒或者其他的污物时适当的是，在第一主密封件和第二附加轴密封件之间设有冲洗流体的输送部，所述冲洗流体优选是已净化的过程流体。所述冲洗流体相对于过程流体优选具有超压。

此外，为了隔离敏感的轴密封***能够适当的是，在第二主密封件的外部附加地相继设置有优选为迷宫式轴密封件的两个轴密封件，即靠内的第三附加轴密封件和靠外的第四附加轴密封件。当在所述两个附加轴密封件之间有分隔流体的导入部，隔离尤其是有效的。该分隔流体能够为过滤的环境介质。当在整个密封装置的外部例如设有油轴承时，这种布置尤其是有利的，油雾能够从所述油轴承中到达到密封装置中并且输送给可能危险的流体混合物。

输送的分隔流体能够适当地借助于第二导出部在第二主密封件和两个相继设置的第三和第四附加轴密封件之间导出。

导出部必要时能够通向共同的燃烧的火焰。

附图说明

下面，根据实施例参考附图详细描述本发明。除了本发明的在实施例中详述的构造之外，对于本领域技术人员而言也从描述中得到额外的实施可行方案。其示出：

图1示出常规装置的示意图。

图2示出径向双密封件的示例图，

图3至4分别示出根据本发明的装置的实施例的示意图。

具体实施方式

在密封模块SM下的箭头分别示出在额定工作中出现的流动方向。

图2示出对在轴S和壳体C之间的间隙G进行密封的径向双密封件RDS的示意图。在轴S的穿过壳体C的贯通部PT的区域中，轴S设有环绕的凸肩SC，所述凸肩支承径向双密封件RDS的旋转部分。径向双密封件基本上由两个径向相继设置的气封件DGS1、DGS2组成，所述气封件分别具有旋转的密封面RSS和静止的密封面SSS，所述密封面相应地获得两个密封面对SSP。在两个密封面对SSP之间密封流体SF被输送到位于那里的、在周向方向上延伸的室SFC中，所述密封流体由于分别在两个密封面对SSP的旋转的密封面RSS和静止的密封件SSS之间的超压而漏出。两个密封面对SSP的旋转的密封面RSS和静止的密封面SSS借助于共同的承载件RSUP、SSUP彼此固定地连接。静止的承载件SSUP借助于弹性元件EEL相对于旋转的承载件RSUP预紧。

图3示出由轴S、壳体C和轴密封件SHS组成的装置的根据本发明的构造，所述轴密封件包括多个密封模块SM。从壳体C的内部开始，属于密封模块的是：构成为迷宫式轴密封件的增压迷宫件LS1、构成为简单的干式气封件的主密封件MS1、构成为根据图2的径向双密封件的第二主密封件MS2和由两个附加轴密封件LS4、LS5组成的装置，所述附加轴密封件作为迷宫式轴密封件相继地设置。

在工作状态下，环境压力PAM与密封压力PPF相差压力差ΔPtot，划分成部分的所述压力差ΔPtot分别作为部分压力差ΔPi施加到各个密封模块SM上。第一主密封件MS1构成为，使得在所述主密封件处施加或者建立分别在密封模块上所考虑的、最大的部分压力差ΔPi。

在壳体C的内部中充斥过程流体PF的密封压力PPF。在增压迷宫件LS1和第一主密封件MS1之间输送有密封流体SPF，所述净化的过程流体PF具有相对于密封压力的超压。所述输送避免由载有污物的过程流体PF污染整个密封装置。如果过程流体应当是足够干净的并且密封压力PPF是足够大的，那么能够取消增压迷宫件LS1和第二附加轴密封件LS2。在第一主密封件MS1和第二主密封件MS2之间存在从第一主密封件MS1中导出向外流的过程流体PF的第一导出部EX1。在第二主密封件MS2中，输送具有超压的例如为氮气形式的密封流体SF，使得其向内和向外穿过径向双密封件的两个密封面对SSP流出。在第二主密封件MS2和向外跟随的密封件之间存在第二导出部EX2，所述第二导出部将来自第二主密封件MS1和向外跟随的密封件组合中的流体引出。环境AM在环境压力PAM下位于壳体之外。在装置的外端部处的、两个附加轴密封件LS4和LS5之间导入分隔流体SPPF，所述分隔流体在两个方向上漏出并且应当阻止可能的污物从外部进入到装置中。分隔流体SPPF为环境中的净化的介质或者为惰性流体，例如为氮气。

在图4中，图3中的装置补充有第三附加轴密封件LS3，所述第三附加轴密封件在两个主密封件件MS1、MS2之间构成为迷宫式密封件。第一导出部EX1位于所述附加的第三附加轴密封件LS3的内部。在附加的第三附加轴密封件LS3和第二主密封件MS2之间导入例如氮气的中间密封流体ISF。由此实现，第一主密封件MS1的密封流体SF不能够达到至第二主密封件MS2处。

图3和4中示出的在密封装置的轴向延伸上的压力变化曲线示出：所应用的密封流体SF的压力P处于另一压力之上并且相应地在工作状态下总是确保可靠的密封作用。

Claims (15)

1.用于对轴（S）的穿过壳体（C）的贯通部（PT）的间隙（G）进行密封的轴密封件（SS），其中过程流体（PF）在密封压力（PPF）下位于所述壳体（C）的内部（IN）中，并且环境流体（AF）在环境压力（PAM）下位于所述壳体（C）之外，其中所述轴密封件（SS）包括多于一个的密封模块（SM）、至少一个流体输送部（FF）和流体导出部（FS），其中在工作状态下，所述环境压力（PAM）与所述密封压力（PPF）相差压力差（ΔPtot），划分成部分的所述压力差（ΔPtot）分别作为部分压力差（ΔPi）施加到各个所述密封模块（SM）上，

其中所述密封模块（SM）包括至少一个主密封件（MS1），所述主密封件（MS1）构成为，使得在所述主密封件上施加有最大的部分压力差（ΔPi），

其中在所述密封模块（SM）之间设有至少一个流体导出部（EX1），借助于所述流体导出部排放第一导出流体（FLEX1），

其特征在于，

第一主密封件构成为简单的气封件并且第二主密封件（MS2）构成为径向双密封件（RDS），

所述径向双密封件通过分别具有旋转的密封面（RSS）和静止的密封面（SSS）的两个气封件（DGS）确定，密封面对（SSP）分别在密封平面（SEP）中相对置，其中两个所述密封平面具有基本上相对于所述轴（S）的径向延伸部，其中两个所述密封面对（SSP）中的第一密封面对（SSP）与第二密封面对（SSP）相比处于更大的半径上，并且其中两个所述密封面对（SSP）中的所述静止的密封面（SSS）和所述旋转的密封面（RSS）分别固定在共同的承载件（RSUP、SSUP）上、即固定在静止的承载件（SSUP）和旋转的承载件（RSUP）上，并且通过将至少一个所述静止的承载件（SSUP）或者所述旋转的承载件（RSUP）借助于弹性元件（EEL）预紧，将所述密封面对（SSP）的所述密封面（RSS、SSS）朝向彼此弹性地夹紧，其中在两个所述密封件对（SSP）之间设有在周向方向上延伸的密封流体室（SFC），所述密封流体室能够借助于密封流体导入部（SFS）用密封流体（SF）加载。

2.根据权利要求1所述的轴密封件（SS），其中所述静止的承载件（SSUP）借助于所述弹性元件（EEL）预紧。

3.根据权利要求1或2所述的轴密封件（SS），其中所述密封面对（SSP）同轴于所述轴的轴向延伸部设置。

4.根据上述权利要求1至3之一所述的轴密封件（SS），其中所述第二主密封件（MS2）用密封流体（SF）加载。

5.根据上述权利要求4所述的轴密封件（SS），其中所述密封模块（SM）包括作为简单的干式气封件的至少一个第一主密封件（MS1）和作为径向双密封件的第二主密封件（MS1），所述径向双密封件用中间密封流体（ISF）作为密封流体（SF）加载，并且在两个所述主密封件（MS1、MS2）之间设有至少一个流体导出部（EX1）。

6.根据上述权利要求1至5中的至少一项所述的轴密封件（SS），其中在两个所述主密封件（MS1、MS2）之间设有第三附加轴密封件（LS3）。

7.根据权利要求6所述的轴密封件（SS），其中所述第一流体导出部（EX1）设置在所述第三附加轴密封件（LS3）的内侧部上。

8.根据上述权利要求1至7中的至少一项所述的轴密封件（SS），其中在所述第二主轴密封件（MS2）和所述第三附加轴密封件（LS3）之间设有中间密封流体（ISF）的输送部。

9.根据上述权利要求1至8中的至少一项所述的轴密封件（SS），其中在所述第一主轴密封件（MS1）的内侧设有第二附加轴密封件（LS1、LS2）。

10.根据权利要求9所述的轴密封件（SS），其中在所述第一主密封件（MS1）和所述第二附加轴密封件（LS1）之间设有冲洗流体（SPF）的输送部。

11.根据上述权利要求1至10中的至少一项所述的轴密封件（SS），其中在所述第二主密封件（MS2）之外相继地设置有两个附加轴密封件（LS4、LS5），即靠内的第四附加轴密封件（LS4）和靠外的第五附加轴密封件（LS5）。

12.根据权利要求11所述的轴密封件（SS），其中在所述第四附加轴密封件（LS4）和所述第五附加轴密封件（LS5）之间设置有分隔流体（SPPF）的导入部。

13.根据上述权利要求12或12中至少一项所述的轴密封件（SS），其中在所述第二主密封件（MS2）和所述第四附加轴密封件（LS4）之间设有第二导出部（EX2）。

14.根据上述权利要求1至13中的至少一项所述的轴密封件（SS），其中所述第一导出部（EX1）和所述第二导出部（EX2）通到共同的导出部（EX）中。

15.具有根据上述权利要求中的至少一项所述的轴密封件（SS）的装置。

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