具有串联式干气密封件的流能机械的制作方法

本发明涉及一种流能机械、尤其涡轮压缩机，其包括：沿着轴线延伸的转子；壳体，其中所述壳体将内部与外部分开；至少一个轴密封件，所述轴密封件用于密封转子和壳体之间的间隙，其中轴密封件构成为串联式干气密封件，其中所述串联式干气密封件包括内部的密封件和外部的密封件，其中外部的密封件具有第一封闭气体输送部，所述第一封闭气体输送部轴向地在外部的密封件和内部的密封件之间通入间隙中，其中轴密封件具有在内部的密封件和外部的密封件之间的初级的排出管路，所述初级的排出管路将初级的排出流体从间隙中抽出。

背景技术：

流能机械、尤其涡轮压缩机，在转子的轴端部上通常借助于干气密封件以串联构造的方式(串联式干气密封件)密封，以便防止待压缩的工艺气体经由轴间隙进入到周围环境中。这些干气密封件必须被供给干燥的并且经过滤的封闭气体，以便避免损害密封件功能的污染物和湿气。为了可靠且稳定的运行，内部的密封件和外部的密封件之间的中间空间中的压力是必要的，所述压力也可被监控。仅当外部的气体密封件中的压降以这种方式形成时，监控外部的气体密封件的功能才是可行的。特别地，外部的气体密封件上的这种压降对于避免气膜中的不稳定性和过热而言也是必要的，所述气膜位于滑环和该密封件的转动环之间。

在流能机械、尤其涡轮压缩机上的具有干气密封件的相应设置已经从文献WO 2010/034601 A1、WO 2010/034605 A1、WO 2010/102940 A1、WO 2010/118977 A1和WO 2014/037149 A1中得知。特别地，从WO 2010/034601 A1中已知监控外部的干气密封件的问题，因为由于低的泄漏，尤其在没有对应于满负荷的运行状态下的低的泄漏，引起外部的干气密封件上的低的压降。在此，内部的干气密封件的泄漏有时低至：使得内部的干气密封件和外部的干气密封件之间的中间空间中的压力下降。另一问题是缺少给外部的干气密封件供给冷却流体，尤其是如下工艺流体或者具有该工艺流体的混合物，工艺流体在压力下从内部贴靠在外部的干气密封件上，使得确保对该密封件的润滑和冷却。为了克服该问题，可行的是，将封闭流体以更大的量馈送到中间空间或密封件中，使得确保冷却和润滑。然而这具有附加的缺点：需要更大量的封闭流体，所述封闭流体的处理或提供是极其昂贵的，并且必要时甚至损害机器的效率。

技术实现要素：

从现有技术的问题和缺点出发，本发明具有下述目的：更可靠地确保并且更好地监控串联式设置的尤其外部的密封件的功能，而不提高进行冷却和润滑的封闭流体的需求量。

为了实现，提出一种开始所限定类型的流能机械，所述流能机械具有权利要求1的特征部分的附加特征。除此之外，提出一种根据独立的方法权利要求所述的用于运行这种流能机械的方法。相应回引的从属权利要求包含本发明的有利的改进方案。本发明也包括如下设计方案，所述设计方案从从属权利要求的组合中得出，所述组合不通过明确的回引建立，只要这些组合在技术上可行就行。

所描述的初级的排出管路通向于废料处理系统。这在大多数情况下是火炬系统，并且相对于周围环境具有低的超压。

几何上的说明，如轴向、径向、切向等涉及在权利要求1中所限定的转子轴线，只要不在相应的关系中引入不同于其的定义。下述说明，即“内部的”和“外部的”，涉及在权利要求1中所介绍的流能机械的或者流能机械壳体的“内部”或“外部”。在此，为了语言表述上的方便，这些属性也这样使用：在彼此间的关系中，当一个构件与和其有关的相对靠外设置的另一构件相比更靠内时，所述构件称为内部的构件。

串联式干气密封件的内部的密封件和外部的密封件分别是用于密封转子和壳体之间的间隙的干气密封件。

干气密封件是无接触的、干燥地运行的密封环对，所述密封环对分别具有进行密封的端侧，其中一个密封环转动而另一密封环静止。在运行期间，这两个端侧中的至少一个端侧中的凹槽引起动态力，所述动态力导致这两个环之间的间隙。现今尤其在离心式压缩机中越来越多地使用所谓的干气密封件，因为泄漏、进而对周围的部件的污染是极其小的，并且使用这些密封件不需要润滑油。

本发明的关键优点在于：借助于第二调节机构，初级的排出管路的根据本发明的缓冲(Aufbufferung)确保了外部的密封件上的压差，而不需要附加的封闭气体。以这种方式强烈降低了封闭气体消耗，并且尽管如此仍确保外部的密封件的可靠的监控和运行。同时，本发明即使在初级的排出管路完全关闭，并且外部的密封件和内部的密封件之间的压降低于第一期望值，使得在外部的密封件上观察到还要更小的压降时，也实现流能机械的可靠运行，其方式是：第二调节机构以与第一调节机构的位置相配合的方式借助于第一封闭气体输送部促进或提高对附加的封闭气体的馈送。在外部的密封件有缺陷并且封闭气体消耗提高或内部的密封件和外部的密封件之间的第一压力下降的情况下，首先设置警报并且必要时在进一步下降的情况下使流能机械停机，使得外部的密封件和流能机械本身或者周围的部件都不受到威胁。

本发明的一个有利的改进方案提出：用于密封间隙的第一迷宫式密封件朝向内部地配属于并且邻接于外部的密封件。第一迷宫式密封件用于：使得所馈送的封闭气体主要用于润滑和冷却外部的密封件，并且无法轻易朝向内部的密封件流出。

本发明的另一有利的改进方案提出：初级的排出管路轴向地在第一迷宫式密封件和内部的密封件之间通入间隙中。特别地，以与第一封闭气体输送部的通入口相组合的方式，在第一迷宫式密封件的外侧上，由于第一迷宫式密封件而在封闭气体输送部和初级的排出管路之间产生压差，所述压差用于在使封闭气体消耗最小化的同时润滑和冷却外部的密封件。

作为接近临界状态的指示，本发明的另一有利的改进方案提出：在第一压力低于压力警报阈值时，调节单元发出警报。以这种方式，使得操作人员能够登记临界运行状态被接近，并且必要时在运行时预防性地采取对策，从而不引起机器的停机。

本发明的另一有利的改进方案提出：如果第一压力下降到低于第二压力阈值，从而不再确保尤其外部的密封件的无损伤的运行，那么调节单元促使流能机械停机。为了保护内部的密封件免受可能的侵蚀性的工艺气体或者异物，根据本发明的另一有利的改进方案适宜的是，朝向内部地，用于密封间隙的第二迷宫式密封件配属于并且邻接于内部的密封件。

当根据本发明的一个独立的改进方案，第二封闭气体输送部配属于内部的密封件时，第二迷宫式密封件是尤其适宜的，所述第二封闭气体输送部在轴向上朝向内部在内部的密封件旁通入间隙中，尤其在内部的密封件和第二迷宫式密封件之间通入间隙中。

另一有利的改进方案提出：第二封闭气体输送部连接到第一封闭气体输送部上，使得第一调节机构的打开位置的改变也改变第二封闭气体输送部中的第二压力。尤其有意义的是，借助于第一调节机构降低第一封闭气体输送部中的第一压力也引起第二封闭气体输送部中的第二压力降低。在此适宜的是，在将第一调节机构接在中间的条件下，第一封闭气体输送部直接连接到封闭气体供给装置上，使得借助于调节单元控制第一封闭气体输送部中的第一压力。关于第一调节机构下游的封闭气体流，有意义的是，第二封闭气体输送部连接到第一封闭气体输送部的管路上。在第一封闭气体输送部和第二封闭气体输送部的封闭气体的通入部位之间有意义地分别设有节流元件，所述节流元件在间隙中产生位于第一压力和第二压力之间的相应的压力梯级，使得内部的密封件和外部的密封件分别具有对于密封件可靠运行而言必要的压力差。

附图说明

在下文中根据具体实施例参考附图详细阐述本发明。附图示出：

图1示出根据本发明的流能机械和根据本发明的方法的布置和运行的示意图，

图2示出密封件上的轴向的压力曲线，所述密封件在图1中在涡轮压缩机的左侧上示出。

具体实施方式

图1示出根据本发明的流能机械FEM和根据本发明的用于运行该流能机械FEM的方法的工作原理的示意图。

图2示意性地示出在流能机械FEM的轴密封件SLS上的压力曲线。在此，图2示出关于图1的左侧的轴密封件SLS的压力曲线。

图1的根据本发明的流能机械FEM构成为涡轮增压机TC，其中涡轮增压机TC具有转子R和壳体C，所述转子具有叶轮IMP。在转子R和壳体C之间，在转子R从壳体C的内部IN穿过并进入位于壳体C之外的外部EX中的区域中，在壳体C和转子R之间在两侧上分别产生间隙GP。为了密封该间隙，流能机械FEM设有轴密封件SLS，所述轴密封件构成为串联式干气密封件TDGS。按照从内部IN到外部EX的次序，在串联式干气密封件TDGS中设有下述模块：第二迷宫式密封件LB2、内部的密封件SLI、第一迷宫式密封件LB1和外部的密封件SLO。内部的密封件SLI和外部的密封件SLO分别构成为干气密封件，分别包括转动的环RR和静止的环SR。转动的环RR是转子R的组成部分，而静止的环SR间接地安置在壳体C处，通常，这些轴密封件是待贯穿壳体插入到轴穿引部处的壳体凹槽中的筒状件(Patrone)的组成部分。

在流能机械FEM的壳体C的内部IN中，在运行时设有工艺流体压力PFEM，所述工艺流体压力通常高于外部EX中的压力PEX。可选地，如在图1中在右边描绘的轴密封件SLS的右侧上所示出的那样，还能够设有第三迷宫件LBEX，所述第三迷宫件尤其相对于周围环境密封地保护外部的密封件SLO。轴向地在第二迷宫件LB2和内部的密封件FLI之间在这两侧上存在具有压力PSGS2的第二封闭气体输送部SGS2，所述第二封闭气体输送部通入间隙GP中。轴向地在第一迷宫件LB1和内部的密封件SLI之间设有初级的排出管路PV，借助于所述排出管路，第一迷宫件LBI和内部的密封件SLI之间的间隙中的压力被调整到第一压力P1或第一期望压力P1SET上。在第一迷宫件LB1和外部的密封件SLO之间轴向地设有第一封闭气体输送部SGS1，所述第一封闭气体输送部在需要时将具有压力PSGS1的封闭气体馈入到间隙GP中。第二封闭气体输送部SGS2的压力PSGS2通过封闭气体系统SGS的供给压力PSGS确定。该封闭气体系统SGS将具有所期望的化学成分的、具有压力PSGS的干燥的并且洁净的封闭气体提供到第二封闭气体输送部SGS2中。第一封闭气体输送部SGS1借助于可调节的调节机构V1连接到第二封闭气体输送部SGS2上，使得可借助于调节机构V1设置封闭气体输送部中的压力PSGS1。调节机构V1在此是具有相应的控制装置和驱动器的可调节的阀。在封闭气体借助于第一封闭气体输送部SGS1进入到第一迷宫件LB1和外部的密封件SLO之间的间隙GP中之前，所述封闭气体首先经过手动阀VM和第一节流元件TH1。在起动期间，手动阀VM用于：能够中断封闭气体输入流并且隔离所述区域。第一节流元件TH1在第一调节机构故障的情况下防止过高的封闭气体输送。以这种方式，在第一迷宫件LB1和外部的密封件SLO之间产生第一间隙压力PGPS1。在封闭气体进入到第二迷宫件LB2和内部的密封件SLI之间的间隙GP中之前，压力PSGS在第二封闭气体输送部SGS2中借助于第二节流元件TH2同样下降。

初级的排出管路PV借助于可调节的第二调节机构V2调整到压力PPV上，所述初级的排出管路在第一迷宫件LB1和内部的密封件SLI之间通入到间隙GP中，并且用于排出初级的排出流体PVF。第二调节机构在此基本上能够如第一调节机构那样构成为可调节的阀。第三节流元件TH3位于该初级的排出管路PV的管路中，使得在气隙GP中基于进行排出的流动方向在第三节流元件TH3的上游产生压力P1。

调节单元CU与第一调节机构V1、第二调节机构V2和压力测量部位PIT连接，所述压力测量部位间接地通过初级的排出管路PV测量间隙GP中的压力P1。调节单元CU将第一调节机构V1和第二阀V2的打开位置设置为，使得在间隙GP中轴向地在内部的密封件SLI和第一迷宫件LB1之间产生对应于第一期望压力P1SET的压力P1。在此，调节单元CU构成为，使得第一压力P1被调节到第一压力P1SET上，其方式是：在第一步骤中，首先控制第二阀V2的打开位置，并且关闭第一阀V1，并且在第二步骤中在第一阀关闭以及第一压力P1小于第一期望压力P1SET的情况下打开第二阀V2，并且在第三步骤中在第二阀V2关闭的情况下控制第二阀V2的打开位置，直至第一压力P1对应于第一期望压力P1SET，并且在第一阀关闭的情况下再次开始第一步骤。

在轴密封件SLS中这种压力调节的结果在图2中说明。图2示出：第二迷宫件LB2中的压力如何从内部IN中的工艺流体压力PFEM起由于第二封闭气体输送部SGS2的第二间隙压力PGPS2而提高，以便随着越来越接近外部EX而在内部的密封件SLI的区域中强烈下降到第一压力P1上，其原因是在内部的密封件SLI和初级的排出管路PV上的高的压力差。

根据本发明的一个有利的改进方案，在运行时，相对于外部的密封件SLO，在内部的密封件上总是存在更高的压力差。

在第一迷宫件LB1上产生另一降低到第一间隙压力PGPS1上的轻微的压降，所述压降随着在外部的密封件SLO中进一步接近外部EX而降低到环境压力PEX上。

一个有利的改进方案提出：在第一压力低于警报压力PAL时，调节单元发出警报。

除此之外适宜的是，在第一压力低于停机压力时，调节单元实现使流能机械停机。