轴密封件、用于运行的方法与流程

本发明涉及一种轴密封件，其用于密封贯穿壳体的轴的穿引部的间隙，其中在壳体的内部中存在处于密封压力下的工艺流体，并且在壳体之外存在处于环境压力下的环境流体，其中轴密封件包括至少两个密封模块、至少一个流体输入部和至少一个流体导出部，其中密封模块包括至少一个第一主密封件和内部的副密封件，其中第一主密封件构成为径向的气体密封件，所述径向的气体密封件具有旋转的密封面和静止的密封面，其中这些密封面在密封平面中相对置，其中密封平面具有基本上相对于轴径向的延伸，其中静止的密封面和旋转的密封面固定在承载件上、即固定在静止的承载件和旋转的承载件上，并且所述密封面通过如下方式弹性地相互张紧：即至少静止的承载件或旋转的承载件借助于弹性元件预紧。

此外，本发明还涉及一种具有前述类型的轴密封件的装置和一种用于运行流体能量机械、尤其涡轮压缩机的方法，所述流体能量机械具有开头始限定的类型的轴密封件。

背景技术：

前述类型的轴密封件通常尤其使用在涡轮机械上，所述涡轮机械具有从壳体中引出的轴，所述轴实现驱动装置或从动装置的连接。在轴密封件的特性在于：由于轴表面相对于邻接的壳体的相对运动，而不能够达到百分之百的密封性。尤其在有毒的或爆炸性的工艺流体中，必须小心地导出泄漏物，所述工艺流体应借助于轴密封件避开环境。例如在蒸汽或燃气轮机中也借助于这种轴密封件防止工艺流体排出到环境中，并且轴密封件的泄漏或者说抽吸量对所得到的热效率具有直接影响。轴密封件的泄漏的最小化是这种机械的设计范围中最重要的目的。

在涡轮压缩机中，气体密封件、尤其所谓的串联式气体密封件通常承担将壳体之内的压力空间相对于大气密封的任务。串联式气体密封件是无接触的密封件并且属于干式气体密封件。所述串联式气体密封件借助干燥的经过滤的阻隔流体或者说阻隔气体润滑，以便避免有损功能的污染和潮湿。本发明在气体密封件中总是涉及干式气体密封件。

具有上述类型的轴密封件的常规的装置已经从DE 10 2008 048 942 B4中已知。

从DE 20 2008 003 418 U1中已经已知开头提出的类型的径向的双密封装置。

干式气体密封件的串联布置从JP 2006 08 38 89 A和US 3,880,434中已知。

径向的双密封件的简单的布置从US 6,325,382 B1中已知。

从EP 1 914 387 A1中已经已知在中间设置迷宫式密封件的情况下径向的双密封件的串联布置。

在正常运行中，从流体能量机械的或者说压缩机的压力侧或压力级提取、干燥、过滤阻隔气体并且输送给干式气体密封件。对此，需要从阻隔气体的提取部位直至干式气体密封件的入口处的压力的压降。当压缩机被关断并且随后膨胀时，首先在壳体内部中形成所谓的停机压力，所述停机压力随后通过排出介质降低。在该时间期间，在压缩机中不存在压降(全部空间/级具有相同压力)，并且在没有附加需求的情况下不能够将阻隔气体输送给干式气体密封件。因此在停机状态和压力下降的该时间期间危害干式气体密封件，因为所述干式气体密封件能够被湿气和污物损伤。

至今为止，从实践中已知：在停机和压力下降期间，从具有相对高的压力的外部源干燥和过滤阻隔气体并且输送给干式气体密封件。

从实践中已知的另一可行性是使用阻隔气体增压器。这是空气压缩机，所述空气压缩机提高从压缩机中抽出的气体的压力，进而确保供应阻隔气体所需的压降。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是：改进具有开头所提出的类型的轴密封件的装置：即降低对附加的密封流体的要求，而在运行的安全性和密封性方面不受到损害并且不需要附加的压缩机。

如果下面使用术语朝内或朝外、内部或外部，那么该方向规定涉及距壳体的内部或者说壳体的外部的距离增加或减小。

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头所提出的类型的装置。此外，提出一种具有这种轴密封件的装置。此外根据独立的方法权利要求，本发明涉及一种用于运行这种轴密封件的方法。分别引用的权利要求涉及本发明的有利的改进形式。

通过在第一主密封件处的阻隔气体的馈入部位和存在于压缩机中的当前压力之间的根据本发明的压降，能够在停机和膨胀期间实现充分的阻隔气体供应。

在第一迷宫式密封件处的压降能够通过用于降低压力的附加的第二迷宫式密封件进一步改善，使得需要更少的阻隔气体。在第一迷宫式密封件处或在两个迷宫式密封件之间优选能够经由管道和调节阀将气体(来自压缩机的气体和阻隔气体)导出到具有低压的处理系统中。

调节阀优选经由调控装置控制，所述调控装置调节在压缩机中的压力和处于压降中的压力之间的压差。

当代替经由受控的调节阀，经由孔板或其他的节流机构和自动操纵的开闭阀将气体(来自压缩机的气体和阻隔气体)导出到具有低压的处理系统中时，获得达到期望的压降效果的另一更简单的可行性。该更简单的可行性不像具有调节阀的解决方案那样精确地调节压差，但却是成本更适宜的。在迷宫式间隙中的结构公差能够影响处于压降中的压力，使得根据总压缩过程和其边界条件的要求能够相应地确定调控系统。

按照根据本发明的方法，流出的气体通过在第一迷宫式密封件中出现的压力损失而产生压降。由于该压降，在压缩机中的压力和处于压降中的压力之间建立压差，所述压差是必需的，以干燥和过滤阻隔气体系统中的阻隔气体。因此，在压缩机通过排出压缩机内的气体释压期间确保：由于压降进行干式气体密封件的充分的阻隔气体供应。压缩机能够根据工艺要求和现有的外部的阻隔气体条件膨胀直至如下压力，自所述压力起其他的外部的阻隔气体供应是可行的，或者膨胀直至大气压，而不输送另外的外部的阻隔气体。

本发明的一个有利的改进形式提出：根据本发明的轴密封件构成有第一主密封件，或第一主密封件和第二主密封件作为径向双密封件，所述双密封件通过分别具有旋转的密封面和静止的密封件的两个气体密封件确定：哪个密封面对分别在一个密封件平面中相对置，其中两个密封平面具有基本上相对于轴径向的延伸，其中两个密封面对的第一密封面对处于比第二密封面对更大的半径上，并且其中两个密封面对的静止的密封面和旋转的密封面分别固定在共同的承载件上，即固定在静止的承载件和旋转的承载件上，并且密封面对的密封面通过如下方式弹性地相互张紧：即至少静止的承载件或旋转的承载件借助于弹性元件预紧，其中在两个密封面对之间设有沿环周方向延伸的阻隔流体腔，所述阻隔流体腔借助于阻隔流体馈入部可加载有阻隔流体。

还可行的是：将第一导出部中的压力水平选择成，使得能够实现将流体从第一导出部中向回回引到压缩机工艺中。

密封面对优选同轴地设置，使得得到简单且节约空间的结构。

优选地，借助于弹性元件朝旋转的承载件的方向预紧气体密封件的静止的承载件。以该方式，不太复杂地构成转子的经受离心力的结构。

根据本发明的密封装置的优选的运行提出：第一主密封件加载有作为阻隔流体的工艺流体。

第二主密封件能够与第一主密封件一样构成为简单的干式气体密封件。

在额定运行中压力低于15bar的情况下，可行的是：对于第二主密封件也使用径向的双密封件，所述双密封件加载有作为阻隔流体的中间阻隔流体。中间阻隔流体在此能够根据要密封的介质的类型与第一主密封件的阻隔流体或其他流体、例如氮气相同。重要的是确保：第二主密封件在每个工作点在两侧具有正的压差，进而在密封面对的相对置的密封面之间得到稳定的流体膜。因此，取消截住第一导出部中的相应的压力的要求，使得相对于第二主密封件存在最小压差。

尤其当主密封件构成为简单的干式气体密封件时，本发明的一个有利的改进形式提出：在两个主密封件之间设置有附加的第一附加轴密封件，优选迷宫式轴密封件。以该方式确保：第一主密封件MS1的泄漏物不经由第二主密封件到达第二导出部中。在具有该第一附加轴密封件的构成方案中适宜的是：第一阻隔流体导出部在两个主密封件之间设置在该附加轴密封件的朝内的一侧上。

本发明的一个有利的改进形式提出：在第二主密封件和该上述附加轴密封件之间设有中间阻隔流体的输入部。

此外，为了密封敏感的轴密封系统适当的是：朝第二主密封件外附加地依次设置有两个轴密封件、优选迷宫式轴密封件，即内部的第四附加轴密封件和外部的第五附加轴密封件。当在这两个附加轴密封件之间设有分离流体的馈入部时，密封是尤其有效的。分离流体能够为经过滤的环境介质。当朝整个密封装置外例如设有油储室时，这种布置是尤其令人感兴趣的，从所述油储室中排出的油雾会到达密封装置中并且会引起可能有害的流体混合。

所输送的分离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依次设置的第四和第五附加轴密封件之间导出。

导出部必要时能够在燃烧部的共同的燃油喷雾中被引导。

通过根据本发明的特征和所详述的发明改进形式得到特别的优点。大大减少外部所需的阻隔流体量，因为相对于常规的布置阻隔流体的所需要的压力水平降低。此外，能够放弃阻隔流体的压力提升，因为根据本发明的压降或者说阻隔流体抽吸使在第一主密封件中或者说在多个主密封件中的压力水平降低。由于取消压力提升，能够减少要密封的流体的内部循环的量并且改进例如压缩机的容积效率。

附图说明

下面，借助实施例参考附图详细描述本发明。除了实施例中详述的发明构成方案之外，对于本领域技术人员也可从说明书中得到附加的实施可行性。附图示出：

图1示出轴密封件和用于运行根据本发明的方法的根据本发明的装置的示意图。

图2示出径向的双密封件的示例图。

具体实施方式

图1示出由轴S或者说转子R、壳体C和涡轮压缩机TCO的轴密封件SSS构成的装置的根据本发明的构成方案，所述轴密封件包括多个密封模块SM。此外，图1也示意地示出具有不同流体流和调控装置CU的信号线路的流程图。

密封模块SM下方的箭头分别表明在压缩机静止状态和与之相应地压力下降时在内部设定的流动方向。

涡轮压缩机能够借助于两个阀、即进入阀SVI和排出阀SVE中断，这就是说，流入管道和流出管道能够被封闭。

密封模块基本上相对于涡轮压缩机TCO的内部镜像对称地设置，并且由于与另一侧相同而部分地没有全部单独地表示。

始于壳体C的内部，属于密封模块SM的是：

-构成为迷宫式轴密封件的第一迷宫式密封件LTS1，

-构成为迷宫式轴密封件的第二迷宫式密封件LTS2，

-第一主密封件MS1，其构成为径向的简单的气体密封件或构成为根据图2的径向的双密封件，

-第三附加迷宫式密封件LS3，

-第二主密封件MS2，其构成为径向的简单的气体密封件或构成为根据图2的径向的双密封件，和

-两个附加轴密封件LS4、LS5的装置，所述附加轴密封件依次设置作为迷宫式轴密封件。

在壳体C的内部充满着工艺流体PF的密封压力PPF。在第一迷宫式密封件LTS1和第二迷宫式密封件LTS2之间存在阻隔流体抽吸装置SLF。

第一主密封件MS1借助朝第一主密封件MS1内输送的阻隔流体SF润滑。

第二主密封件MS2借助朝第二主密封件MS1内输送的中间阻隔流体ISF、例如氮气润滑。

如果第一主密封件MS1构成为径向的双密封件，那么阻隔流体SF呈经净化的工艺流体PF的形式以过压输送，使得不仅朝内而且朝外获得穿过径向的双密封件的两个密封面对的出流。类似地，也能够将第二主密封件作为径向的双密封件运行。

在第一主密封件MS1和第二主密封件MS2之间存在第一导出部EX1，所述第一导出部导出从第一主密封件MS1向外流动的工艺流体PF和可能存在的中间阻隔流体ISF的一部分量。相对于在第二主密封件MS2和朝外跟随的密封件之间的中间空间，在第一主密封件MS1和第二主密封件MS2之间的中间空间具有过压，所述过压通过第二主密封件MS2进一步降低，所述第二主密封件优选构成为简单的气体密封件。在第二主密封件MS2和朝外跟随的密封件之间存在第二导出部EX2，所述第二导出部导出由中间阻隔流体ISF和下述流体构成的混合物，所述流体源自朝外跟随的密封件组合。在壳体之外存在处于环境压力PAM下的环境AF。在装置的外端部处的两个附加轴密封件LS4和LS5之间，馈送分离流体SPPF，所述分离流体沿两个方向漏出并且应防止可能的污物从外部在入口处进入到装置中。分离流体SPPF为环境的经净化的介质或惰性流体，例如为氮气。

构成为迷宫式密封件的第三附加迷宫式密封件LS3处于两个主密封件MS1、MS2之间。第一导出部EX1处于该附加的第三附加迷宫式密封件LS3内。

在附加的第三附加迷宫式密封件LS3和第二主密封件MS2之间导入中间阻隔流体ISF、例如氮气。由此实现：第一主密封件MS1的阻隔流体SF不能够到达第二主密封件MS2处并且不能够作为泄漏物在导出部EX2中排放。

图1中示出的涡轮压缩机TCO的轴密封件供应来自阻隔流体系统SFSY中的阻隔流体SF。在调节运行中，阻隔流体系统SFSY借助于抽取管道PFSF从涡轮压缩机TCO的出口获得处于相对高的终压下的工艺流体，所述工艺流体被过滤并且必要时被净化和干燥，以便将所述工艺流体作为阻隔流体SF提供给轴密封件。为了确保阻隔流体供应，能够借助于管道将外部的阻隔流体EXT输送给阻隔流体系统SFSY。该供应即使在下述运行状态下也密封机器：在所述运行状态下，在没有外部的阻隔流体EXT的情况下不能够提供阻隔流体SF，这例如是因为在其他阻隔流体SFSY中压力过小或其他不利情况。

中央调控装置CU借助于阻隔流体压力测量装置PPSF检测在阻隔流体系统SFSY中与压缩机TCO的出口的压差。此外，借助于压力测量部位PPSLF确定在压缩机TCO的出口和阻隔流体抽吸装置SLF之间的压差。根据这些压力测量，中央调控装置CU促使阻隔流体抽吸调节阀CVSLF的打开或关闭，借助所述阻隔流体抽吸调节阀设定朝内部的副密封件SS2外的压力水平。在压缩机TCO被中断的状态下，通常打开阻隔流体抽吸调节阀CVSLF，使得在阻隔流体SF的馈送的区域中，朝第一主密封件MS1内设定比在阻隔流体系统SFSY中更低的压力水平，以至于确保阻隔流体SF流入到间隙G中，以分离和必要时润滑第一主密封件MS1。阻隔流体抽吸装置SLF引入压降FL，所述压降的压力水平总是足够低，以至于在用于输送阻隔流体SF的不充分的压差方面不存在与阻隔流体系统SFSY的冲突。对于左侧的轴密封件，在视图中描述具有在不同的轴向位置处的压力的压力变化曲线。第一压力变化曲线PLB1表示直接在关断之后被中断的压缩机TCO中的压力水平，第二压力变化曲线PLB2表示在膨胀之后被中断的压缩机中的压力水平。第二压力变化曲线PLB2的压力水平基本上通过所输送的阻隔气体SF得到。

根据本发明的用于运行流体能量机械、尤其涡轮压缩机TCO的方法，其中所述流体能量机械具有根据本发明的轴密封件，所述方法包括如下步骤：

a)在转子R的转速n下，以在壳体C的内部中的密封压力PPF运行，

b)降低转速n和密封压力PPF，

c)在低于第一密封压力PPF或在低于第一转速n时：根据密封压力PPF调节阻隔流体抽吸装置SLF中的阻隔流体抽吸压力PSLF，使得通过第一迷宫式密封件LTS1从流动通道中流出的工艺流体PF不到达主密封件MS1，MS2中。

图2示出径向的双密封件RDS的示意图，所述径向的双密封件密封在轴S或者说转子R和壳体C之间的间隙G。在贯穿壳体C的轴S的穿引部PT的区域中，轴S设有环绕的凸肩SC，所述凸肩承载径向的双密封件RDS的旋转部件。径向的双密封件基本上由径向依次设置的气体密封件DGS1、DGS2构成，所述气体密封件分别具有旋转的密封面RSS和静止的密封面SSS，所述旋转的密封面和静止的密封面相应地得到两个密封面对SSP。在这两个密封面对SSP之间，将阻隔流体输送到位于那里的、沿环周方向延伸的腔SFC中，所述阻隔流体由于在这两个密封面对SSP的各一个的旋转的密封面RSS和静止的密封面SSS之间的过压而漏出。这两个密封面对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固定地彼此连接。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。