机器和用于操作机器的方法与流程

本发明涉及具有轴和轴承的机器，并且涉及用于操作该机器的方法。

背景技术：

具有轴和油润滑轴承的诸如例如连续流动机器等的机器可以设置有阻隔气体密封以便防止油从轴承中泄漏。阻隔气体密封可以具有在径向延伸的转动轴壁与固定的轴承壳体之间的阻隔室。当机器操作时，当轴转动且阻隔流体被施加至阻隔气体密封时，阻隔室中的阻隔流体通过抵着轴壁的摩擦被设置处于转动中。由于离心力的作用，在转动的阻隔流体中径向内侧地形成压力下降，结果，在轴承壳体处的压力不利地低，使得油可能会从轴承壳体泄漏。

油的泄漏当发生在燃气轮机的涡轮出口处时特别关键，因为油可以在此与燃气轮机的热部件接触。油作为接触的结果可能会碳化或燃烧并且结果危及机器的安全操作。该问题通常通过以高压力施加至阻隔气体密封的阻隔流体来解决，但是这对于燃气轮机的效率是不利的。

此外，从US 2012/201661 A1已知一种轴承布置，其中可以在中间空间中产生升高的压力，该中间空间一方面相对于液压轴承并且另一方面相对于处于大气压力的空间在各情况中通过迷宫式密封被防护。升高的压力在流体线路的帮助下产生，该流体线路通向中间空间且借助于该流体线路可以传送对应的流体。中间空间因此可以通过防护件被进一步分隔开以便建立具有尽可能接近迷宫式密封的端部的局部升高的压力的部分空间。然而，以此方式不利的是需要升高的压力来产生可靠密封。

技术实现要素：

本发明的目的是提供具有轴和轴承的机器以及用于操作该机器的方法，其中获得了相对于轴承的良好密封效果。

根据本发明的机器具有：轴，轴具有台阶，使得形成具有第一直径的第一轴部、具有比第一直径短的第二直径的第二轴部和径向延伸且可转动的轴端面；壳体；和轴承，轴承将轴在其第二轴部处支撑在壳体上并且用润滑流体来润滑，其中轴端面面对径向延伸且固定的轴承端侧，从而形成可以施加阻隔流体的阻隔室，借助于阻隔流体可以防止润滑流体从轴承的泄漏，阻隔室在轴向上由轴端面和轴承端侧限制并且在径向内侧由第二轴部的没有轴承的部分限制，其特征在于，阻隔室通过通道被连接至环境，并且径向延伸且固定的分隔板布置在阻隔室中使得实现轴承端侧与轴端面的空气动力学隔断，从而当轴转动时在分隔板与轴承端侧之间的区域中基本上没有漩涡，即没有打旋。

分隔板与轴承端侧之间的区域在轴向上不由任何转动的壁限制，使得在该区域中不可能出现决定压力条件的任何旋涡。轴端面与分隔板之间的区域在轴向上由转动的壁、即由轴承端侧限制，使得在该区域中可以形成漩涡。然而，由于分隔板的隔断效果，该旋涡不会作用于分隔板与轴承端侧之间的区域。在分隔板与轴承端侧之间的区域中，阻隔流体因此基本上具有施加至阻隔室的压力且仅暴露于壁摩擦损失。在轴承端侧处的阻隔流体的压力因此高，从而可以获得相对于轴承的良好的密封效果。分隔板代表简单的结构措施，使得现有机器也可以用分隔板来改装。

优选的是，径向间隙形成在分隔板的径向内侧定位的纵向端部与轴之间。结果是有利地防止分隔板在轴上的研磨。径向间隙优选地在径向方向上具有0.1mm至10mm的量。通过0.1mm的下阈值可以有利地防止研磨。10mm的上阈值有利地确保防止在分隔板与轴承端侧之间的区域中形成任何旋涡。上阈值还确保不可能有大量阻隔流体经由径向间隙传递到轴端面与分隔板之间的区域内而使得轴承端侧处的压力显著下降。

优选的是，分隔板平行于轴端面和轴承端侧布置。作为结果，可以避免对于阻隔流体的流体来说的缩窄点。

缩窄点会不利地引起旋涡的形成。分隔板优选与轴端面相距的距离为从0.25×d至0.75×d、更优选从0.5×d至0.75×d、特别优选为0.5×d，其中d是轴端面与轴承端侧之间的距离。分隔板与轴承端侧相距的最小距离有利地确保阻隔流体不会由于摩擦加热而使得对轴承造成影响。分隔板与轴端面相距的最小距离同样有利地确保阻隔流体不会由于摩擦被显著地加热。分隔板而是布置成比轴端面更靠近轴承端侧，以便将转动的轴端面与分隔板之间的区域中的剪切力减至最低程度。

分隔板优选地径向外侧延伸基本上至少远到轴端面的径向外侧定位的端部。轴承端侧与轴端面的这样的防护因此有利地实现成使得当轴转动时分隔板与轴承端侧之间的区域基本上没有旋涡。优选的是，分隔板呈绕着轴的圆的形式布置。凭借没有中断且呈在圆周方向上绕着轴的圆的形式布置的分隔板，不可能在分隔板与轴承端侧之间形成任何局部受限的旋涡。

分隔板优选地借助于附接在轴承端侧上和分隔板上的间隔件被紧固。结果是可以将分隔板与轴承一起插入机器内或从机器上将其去除。轴承代表机器的磨损部件并且因此可以在轴承的定期更换期间特别简单地用分隔板来改装机器。

优选的是，机器是连续流动机器、特别是燃气轮机。此外特别优选的是，具有分隔板的阻隔室布置在燃气轮机的涡轮出口处。在这里设置分隔板是有利的，因为在燃气轮机的涡轮出口处的润滑流体的泄漏由于可能会在那里与热排放气体和燃气轮机的热部件接触并因此燃烧而特别关键。

根据本发明的用于操作机器的方法具有如下步骤：使轴转动；将来自处于大气条件下的环境中的空气施加至阻隔室作为阻隔流体，从而防止润滑流体从轴承泄漏到阻隔室内。因为使用来自环境的空气，该空气特别地被从机器的隔音外壳中去除，所以机器的效率高。作为设置分隔板的结果，可以在所有操作状态中防止润滑流体从轴承泄漏到阻隔室内。

附图说明

下面在随附示意图的帮助下详细地说明本发明，其中：

图1示出穿过机器的纵向截面，

图2示出来自图1的纵向截面的详细视图，和

图3示出机器的阻隔室中的流动状态。

具体实施方式

如可以从图1至图3看出的，机器1具有可围绕轴线8转动的轴2。此外，轴2具有台阶3，结果轴2在轴向方向上具有带有第一半径11的第一轴部9和带有第二半径12的第二轴部10。第二半径12在这里比第一半径11短。作为台阶3的结果，轴2具有布置在第一轴部9与第二轴部10之间的界面中且在第一半径11与第二半径12之间径向延伸的可转动的轴端面6。轴端面6结果呈圆的形式。

机器1此外具有固定的壳体5和将轴2在其第二轴部10处支撑在壳体5上的轴承4。轴承4用润滑流体、特别是油来润滑，并且特别地是滑动轴承。轴承4具有平行于轴端面6且面对轴端面6布置的固定的轴承端侧7。固定的壳体端侧30同样面对轴端面6布置，固定的壳体端侧30布置在轴承端侧7的径向外侧。

机器1具有阻隔室13，当机器1操作时阻隔流体被施加至该阻隔室以便防止润滑流体从轴承4泄漏到阻隔室13内。阻隔室13在轴向上由轴端面6和轴承端侧7限制。阻隔室13在径向内侧由第二轴部10的从轴端面6延伸至轴承端侧7的径向外侧部分限定。

轴承4具有用于将轴承4与阻隔室13隔开的轴承密封14。轴承密封14在第二轴部10的区域中且在轴承端侧7的区域中布置在轴2的径向外侧上。为了防止润滑流体从轴承4中泄漏，在轴承密封14的面对阻隔室13的端部处的阻隔流体的压力高于在该端部处的润滑流体的压力是必要的。

固定且径向延伸的分隔板15被引入阻隔室13内。分隔板15可以例如是金属板材。分隔板15布置成具有平行于轴端面6和轴承端侧7的长边并且形成为圆的形状。通过将分隔板15引入阻隔室13内，形成了从轴端面6延伸至分隔板15的转子/定子室27和从分隔板15延伸至轴承端侧7的定子/定子室28。转子/定子室27和定子/定子室28在轴向方向上彼此挨着布置。

在径向方向上具有0.1mm至10mm的量的径向间隙16形成在分隔板15的径向内侧定位的纵向端部与第二轴部10的径向外侧之间。分隔板15与轴端面6相距的距离为从0.25×d至0.75×d，其中d是轴端面6与轴承端侧7之间的距离。根据图1至图3的分隔板15径向外侧延伸基本上远到第一半径11。然而，也可以设想分隔板15被设计成使得进一步径向外侧。

阻隔室13具有被引入到轴2内且在径向外侧邻近第一半径11的第一凹部25。由第一凹部25形成面对轴承端侧7布置的凹部端面29。阻隔室13此外具有在径向外侧延伸的第二凹部26。处于大气压力的阻隔流体可以从机器1的环境23经由可以供流体流动通过的通道传递到阻隔室13内。在所示示例性实施例中，通道包括外间隙22、管道24和第二凹部26及管道(未进一步示出)，结果阻隔室13被流体连接至环境。涡轮间隙20从阻隔室13延伸至内部涡轮空间。涡轮间隙20具有涡轮密封21。为了使得没有来自内部涡轮空间的排放气体可以经由涡轮间隙20传递到阻隔室13内，阻隔室13中的阻隔气体的压力高于排放气体的压力是必要的。

机器1具有多个间隔件17，间隔件均被附接至轴承端侧7和分隔板15以便紧固分隔板15。间隔件中的每一个横穿分隔板15中的相应的孔并且具有间隔件头，借助于该间隔件头在轴端面6的方向上限制分隔板15的轴向位移。各间隔件17被包围在套筒19中，借助于该套筒在轴承端侧7的方向上限制分隔板15的轴向位移。

图3中示出当轴2转动时在阻隔室13中发生的流动状态。当轴转动时，在阻隔室13中出现被推动的流动，这是因为阻隔流体因摩擦作用而在转动轴端面6处被径向外侧传送。出于连续性的原因，在转子/定子室27中在分隔板15处的阻隔流体径向内侧流动使得在转子/定子室27中形成漩涡。在定子/定子室28中形成被基本上径向内侧定向且通过径向间隙16被朝向转子/定子室27定向的流动。定子/定子室28、即分隔板15与轴承端侧7之间的区域，因此基本上没有漩涡。

可能在定子/定子室28中在角部中或边缘处形成小漩涡，但是这些小漩涡不能决定定子/定子室27中的压力。在轴承端侧7处的压力因此比没有分隔板的阻隔室时的情况高。对于若干选定情形的CFD计算已显示，在处于阻隔室13的径向内侧定位端部的轴承端侧7处的压力比没有分隔板的阻隔室时的情况高2mbar至3mbar。

在轴端面6处的压力比没有分隔板的阻隔室时的情况高，因为作为通过径向间隙16的流动的结果，较高压力被赋予转子/定子室28中的旋涡。CFD计算已显示，在处于阻隔室13的径向内侧定位端部处的轴端面6处的压力比没有分隔板的阻隔室时的情况高1.5mbar至2.5mbar。

在阻隔室13中，阻隔流体还在布置于第一半径1的径向外侧的凹部端面29处被径向外侧传送。虽然根据图1至图3的分隔板16在这里仅延伸基本上远到第一半径11，但半径11径向外侧的区域不是关键的，因为在这里凹部端面29与轴承端侧7和/或壳体端侧30之间的距离充分地大以致不可能形成径向压力差。

虽然已通过优选示例性实施例详细图示并描述了本发明，但是本发明不由所公开的示例限制，并且本领域技术人员可以在不超出本发明的范围的情况下导出其他变型。