具有温控的盖的流体机械

摘要

本发明涉及一种流体机械(2)，其具有壳体下部(4)、从上方插入到所述壳体下部中的复合件(6)和壳体上部(8)，所述复合件包括两个相对置的壳体盖(12)和被引导穿过这两个壳体盖的具有轴(16)的转子(14)，所述壳体上部从上方包围所述复合件并且固定在所述壳体下部上。在盖(12)和轴(16)之间设置有轴密封件。为了在借助冷气或者热气的工作中维持轴密封件的良好的功能，提出：盖(12)中的至少一个具有围绕所述轴(16)被引导的、具有第一和第二温控通道(32，34)的温控机构(28)以便在围绕所述轴(16)的区域中控制所述盖的温度。

权利要求

1.一种流体机械(2)，其具有壳体下部(4)、从上方插入到所述壳体下部(4)中的复合件(6)和壳体上部(8)，所述复合件包括两个相对置的壳体盖(12)和被引导穿过这两个壳体盖(12)的具有轴(16)的转子(14)，所述壳体上部从上方包围所述复合件(6)并且固定在所述壳体下部(4)上，其特征在于，所述盖(12)中的至少一个具有围绕所述轴(16)被引导的温控机构(28)以便在围绕所述轴(16)的区域中控制所述盖(12)的温度。

2.根据权利要求1所述的流体机械(2)，

其特征在于，在所述盖(12)和所述轴(16)之间设置有轴密封件并且所述温控机构(28)围绕所述轴密封件被引导。

3.根据权利要求1或2所述的流体机械(2)，

其特征在于，所述温控机构(28)在所述盖(12)中具有第一温控通道(32，34)，所述第一温控通道与温控液体储存器(44)流体地连接。

4.根据权利要求3所述的流体机械(2)，

其特征在于，所述温控液体是轴承油，所述轴承油被提供用于安装所述轴(16)。

5.根据权利要求3或4所述的流体机械(2)，

其特征在于，所述温控通道(32，34)被加工到所述盖(12)的内侧中。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的流体机械(2)，其特征在于，所述温控机构(28)具有在径向上设置在所述第一温控通道(34)的外部的第二温控通道(32)。

7.根据权利要求6所述的流体机械(2)，

其特征在于，所述第二温控通道(32)围绕所述第一温控通道(34)被引导为，使得在所述第一温控通道(34)的区域中的无温控通道的切向间隙(54)在径向外部由所述第二温控通道(32)屏蔽。

8.根据权利要求6或7所述的流体机械(2)，

其特征在于，两个所述温控通道(32，34)彼此连接为，使得在所述温控液体返回到所述温控液体储存器(44)中之前，来自所述温控液体储存器(44)的温控液体首先流动穿过径向内部的温控通道(34)并且从那流入到径向外部的温控通道(32)中。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的流体机械(2)，其特征在于，两个所述温控通道(32，34)具有矩形的横截面并且径向外部的温控通道(32)具有沿轴向方向较长的伸展尺寸并且径向内部的温控通道(34)具有沿径向方向较长的伸展尺寸。

10.根据上述权利要求中任一项所述的流体机械(2)，其特征在于，用于轴密封件的气体供给部(36)在径向上在所述温控机构(28)的两个温控通道(32，34)之间被引导。

说明书

具有温控的盖的流体机械

技术领域

[0001] 本发明涉及一种流体机械，所述流体机械具有壳体下部、从上方插入到壳体下部中的复合件和壳体上部，所述复合件包括两个相对置的壳体盖和被引导穿过这两个壳体盖的具有轴的转子，所述壳体上部从上方包围复合件并且固定在壳体下部上。

背景技术

[0002] 流体机械用于膨胀或者压缩气体。因此在涡轮机的情况下具有高压的进气被导入到涡轮机中并且在那膨胀，释放能量到转子上。压缩机再次用于将空气或者其它的气体压缩到直至100bar或者更高的最终压力上。在此也能够压缩不应进入环境中的侵蚀性的气体。相应地流体机械被密封为，使得其工作气体不能够或者仅轻微地穿过轴和壳体之间的缝隙向外漏出。

[0003] 从GB 219 016 A中已知一种具有设置在壳体中的涡轮机的涡轮发电机装置。涡轮机的轴安装在单独的、设置在涡轮机壳体外部和自身的壳体中的轴承座上。轴的支承件被油润滑，轴承润滑油位于轴承座的轴承壳体的内部。来自涡轮机壳体的泄漏蒸汽和涡轮机壳体的辐射热能够导致轴承座的轴承壳体中的轴承润滑油的所不期望的加热。为了抵挡该加热，GB 219 016 A在轴承壳体上设置旋紧的保护盖，所述保护盖相应地具有水冷装置。

发明内容

[0004] 本发明的目的是，提出一种流体机械，通过所述流体机械能够实现可靠的轴密封。

[0005] 该目的通过一开始提到的这类流体机械来实现，其中盖中的至少一个具有围绕轴被引导的温控机构用于在围绕的轴的区域中控制盖的温度。能够抵抗盖和轴的由于温度引起的相对彼此的运动。

[0006] 本发明从如下观点出发：流体机械以气体来加载，所述气体的温度部分地与流体机械的壳体温度明显不同。因此涡轮机例如以热气来加载，所述热气在涡轮机中膨胀。相应地，与其它元件相比，涡轮机的一些元件通过热气被更多地加热。在压缩时能够再次发生极其冷的气体被导入并且被压缩，使得气体强烈地在入流的地点处冷却壳体。根据工作气体穿过流体机械的引导，流体机械的不同的元件以不同的速率冷却。这也涉及壳体的这两个轴向的盖，所述盖相对于轴和壳体相对快速和强烈地冷却或者升温。

[0007] 在轴安装在盖中的情况下，轴密封件设置在轴和支承所述轴的轴向的盖之间，例如迷宫式密封件或者流体密封件，所述轴密封件在其在轴上的旋转的部分和盖上的静止的部分之间具有缝隙。如果这样的冷却或者升温作用在密封区域上，那么这导致在密封方面的缺点。

[0008] 为了确保最佳的密封，缝隙应尽可能小，然而其必须刚好还足够大，以便避免在轴工作时元件碰撞。如果围绕轴的盖冷却，那么所述盖收缩使得缝隙增大，使得密封变差。相反，在盖剧烈地升温的情况下，例如在压缩机的气体排出侧上，缝隙缩小。为了避免碰撞，缝隙在该情况下必须选择为，使得其在盖的所有允许的工作温度中相应地是足够大的。由此密封缝隙必须相对大地被确定尺寸，这不利于良好的密封。

[0009] 该问题在较小的机器中能够通过良好地安装轴和适当地确定密封缝隙的尺寸令人满意地解决，而所述问题在大的机器中需更耗费地来解决。因为盖的大的尺寸意味着对于每度的温度变化而言热膨胀也相应是大的，使得密封缝隙在盖冷却100K的情况下能够运动几毫米。这样的温度变化以实现轴的良好的密封难以通过盖的良好的热隔离和适当地确定密封缝隙的尺寸来实现。

[0010] 此外，大的机器的特征在于，其盖密封能够经由两个或更多个密封级来实现，其中内部的级与外部的级相比具有更大的直径。在该构造的情况下盖能够轴向向外被压靠密封件以相对于壳体密封。当然该实施方案使得将转子与这两个盖一起作为安装单元或者复合件放入到壳体的下部中是必要的。

[0011] 通过盖的温控机构，大的机器的盖在工作期间在围绕轴的区域中的温度能够被控制为，使得缝隙在工作时少量地改变，使得所述缝隙在其尺寸方面保持近似于对于密封而言最佳的缝隙宽度。能够放弃盖的耗费的热隔离或者隔离耗费能够保持小。

[0012] 温控机构能够是加热机构和/或冷却机构。适宜的是，它不仅能够用于冷却而且能够用于加热。这在压缩机中是尤其有利的，因为在该压缩机中进气口处的壳体盖通过进入的冷气来冷却并且排气口处的壳体盖通过排出的热气来加热。借助于在这两个盖中适宜地以相同的方式工作的温控机构，进气口处的壳体盖被加热并且排气口处的壳体盖被冷却。

[0013] 流体机械能够是膨胀机，如涡轮机，或者是压缩机，例如涡轮压缩机、特别是单轴径向压缩机。复合件除了盖和转子以外还能包含其它的元件，例如流动导向设备、特别是入流导向设备。

[0014] 在本发明的一个有利的实施方式中，温控机构围绕轴密封件被引导，所述轴密封件设置在盖和轴之间。由此轴密封件能够以围绕的方式被保护免受从外部作用的所不期望的温度，热或者冷。

[0015] 控制盖的温度、特别是控制盖的围绕轴的密封区域的温度，能够以多种方式实现。能够使用加热线圈，然而所述加热线圈的电力必须被良好地屏蔽。使用加热垫也是可行的，然而所述加热垫必须良好地被密封并且是耐压的。尤其有利的是，温控机构在盖中具有第一温控通道，所述第一温控通道与温控液体储存器流体地连接。温控液体能够以该方式被带至所期望的温度并且围绕轴或者轴密封件被导向，在该处所述温控液体释放热或者冷。

[0016] 对此温控液体的存在是必要的，所述温控液体能够是任何合适的液体。然而能够使用轴承油作为温控液体，所述轴承油被提供用于安装轴，因此轴承油用于多个目的，使得能够放弃另一个液体储存器和附加的液体温控机构。

[0017] 有利地，温控通道按照长度直接到加工到盖中，使得温控液体直接流动穿过盖。尤其有利的是，温控通道被加工到盖的内侧中。因为该内侧直接与工作气体连接，所以它是尤其冷或者热的，使得盖从那里起强烈地冷却或者加热。如果温控通道加工到盖的内侧中，那么该温控通道尤其有效地抵消所不期望的温度影响。流体导向设备能够位于盖的内侧上，所述流体导向设备能够是入流导向设备或者出流导向设备。

[0018] 在本发明的另一个优选的实施方式中，温控机构具有在径向上设置在第一温控通道的外部的第二温控通道。由此能够实现密封区域的尤其无间隙的温度屏蔽。第二温控通道能够直接与第一温控通道连接，使得这两个通道的通流依次进行或者分开，使得例如实现并行的通流。

[0019] 适宜的是，温控通道开环状地围绕轴被引导。特别地如果所述温控通道在此位于轴向平面中，那么环必须是打开的，以便允许进入和排出。通过环的在下文中被称为无温控通道的间隙的该开口，热或者冷能够在径向上从外进入通道的内部的区域中进而到轴密封件。为了避免这种情况，进一步提出：第二温控通道围绕第一温控通道被引导为，使得无温控通道的切向间隙在第一温控通道的区域中在径向外部由第二温控通道屏蔽。

[0020] 盖区域越紧密地设置在轴密封件上，其精确的温度控制就越重要。为了实现这，有利的是，这两个温控通道彼此连接为，使得在温控液体返回到温控液体储存器中之前，温控液体从温控液体储存器首先流动通过径向内部的温控通道并且从那流入到径向外部的温控通道中。

[0021] 所不期望的热或者冷不仅能够从径向外部进入到轴密封件，而且能够在轴向方向上进入。因此有利的是，存在不同功能的温控通道，特别是径向的屏蔽功能和轴向的屏蔽功能。当这两个温控通道具有矩形的横截面并且所述温控通道中的一个沿轴向方向具有较长的伸展尺寸并且温控通道中的另一个沿径向方向具有较长的伸展尺寸时，能够实现这两种功能。在沿轴向方向较长的伸展尺寸的情况下能够实现径向的屏蔽并且在沿径向方向较长的伸展尺寸的情况下能够实现轴向的屏蔽。

[0022] 适宜的是，在径向外部的温控通道具有沿轴向方向的较长的伸展尺寸并且在径向内部的温控通道具有沿径向方向的较长的伸展尺寸。由此在径向上位于最内部的区域能够被最有效地屏蔽免受入流导向设备的热或者冷。

[0023] 在本发明的另一个有利的设计方案中，用于轴密封件的气体供给在径向上在温控机构的两个温控通道之间被引导。由此引导到轴密封件的气体能够保持在所期望的温度上从而保持良好的密封。轴密封件能够是气作用的或者油作用的流体密封件。迷宫式密封件也是可行的。

附图说明

[0024] 本发明的上述特性、特征和优点，以及如实现这些特性、特征和优点的方式方法，结合在下文中对结合附图详细阐述的实施例的描述变得更清晰和更易懂。所述实施例用于阐述本发明并且本发明不局限于在其中提出的特征的组合，关于功能性的特征也是不受限制的。此外所述实施例的对此适合的特征也能够明确地分开来考虑并且能够与权利要求中的任一项组合。

[0025] 附图示出：

[0026] 图1示出流体机械的示意性的剖视图，

[0027] 图2示出流体机械的具有插入的盖的壳体下部，

[0028] 图3示出盖的围绕轴的具有多个温控通道的径向内部的部分的剖视图，以及[0029] 图4示出两个温控通道的引导部上的轴向的俯视图。

具体实施方式

[0030] 在大的流体机械中，壳体被分为壳体下部和壳体上部。为了安装流体机械，首先竖起壳体下部并且随后从上方将转子复合件插入到壳体下部中。这在图1中示意性地示出。流体机械2的壳体下部4置于牢固的地基上并且复合件6从上方下降到壳体下部4中。接着壳体上部8放置到壳体下部4上并且与该壳体下部旋紧，使得得到整个壳体10。复合件由壳体10包围，其中复合件6的两个盖12保持从外部可见并且也能够称为壳体10的部件。
这两个盖12又与转子14连接，所述转子的轴16被引导穿过这两个盖12并且在这两个盖
12中通过未示出的轴密封件密封。转子除了轴16包括流体机械的多个叶轮。盖12和具有轴16的转子以及如果需要的话其它的组件形成复合件6。

[0031] 图2在粗略的立体视图中示出具有这两个盖12中的一个的壳体下部4。流体机械2在该实施例中是具有进气口18和排气口20的单轴径向压缩机。待压缩的气体流动通过进气口18进入流体机械2，通过转子14的旋转被压缩并且以被压缩和受热的状态通过排气口20离开流体机械2。壳体下部4经由支撑部22固定在牢固的地面上。

[0032] 图2没有示出流体机械2的安装状态，因为为了更好的可视性单独地并且在没有转子14和其它的相对置的盖12的情况下示出盖12。图2完全可以这样考虑，使得所示出的盖12放置在转子14的轴16上并且相对置的盖12同样定位在轴16上。该复合件6此时在图2中示出的状态中放置到壳体下部4中。

[0033] 图3在剖视图中示出盖12的围绕轴16的径向内部的部分。在密封区域24中设置有轴密封件的多个密封元件26，所述轴密封件相对于压缩机2的外部区域在气体方面屏蔽压缩机2的内部的气体区域。在轴向上在密封区域24中，盖12具有温控机构28，所述温控机构包括多个温控通道32、34。为了良好地控制密封流体的温度，在温控通道32、34之间设置用于将气体或者密封油供给到密封元件26中的至少一个的流体供给部36。在轴向上在更外部示出轴16的在轴承座40中的支承件38。在轴向上在盖12的内部示出入流导向设备的壳体盖插入件42，所述壳体盖插入件将入流的并且待压缩的工作气体转向到转子14的叶片。

[0034] 在图4中在示意性的轴向剖视图中示出这两个温控通道32、34。轴承油作为温控液体储存在温控液体储存器44中，从那泵送到加热装置46，并且在那被实现至所期望的温度，也就是说相对于环境冷却或者升温，所述加热装置也能够用作为用于冷却温控液体的冷却器。温控液体经由供给管路48到达径向内部的温控通道34，环形地以未完全封闭的圆绕流未示出的轴16，以便经由连接通道50到达外部的温控通道32。在那温控液体沿着在切向上相反的方向在外部的温控通道32中再次环形地围绕轴16流动，以便随后经由排出口52再次被供给温控液体储存器44。

[0035] 通过在这两个温控通道32、34中的相反的切向的流动方向实现了围绕轴16在切向上均匀地控制盖12的温度。借助供给部48给在径向上位于最内部的温控通道34直接供给来自加热装置46的温控液体，使得在那能够精确地调节温度，这在盖12的位于最内部的区域中是尤其有利的。

[0036] 这两个温控通道32、34彼此被引导为，使得在径向上位于外部的温控通道32在径向上围绕内部的温控通道32的无温控通道的切向间隙54被引导，使得轴16沿径向方向在间隙54的区域中被外部的温控通道32屏蔽。

[0037] 外部的温控通道32设计为径向通道，其功能主要在于径向的温度屏蔽。相应地，其矩形的长形的横截面沿轴向方向与沿径向方向相比更长。在径向内部的温控通道34设计为轴向通道，其功能主要在于轴向的温度屏蔽。相应地，其矩形的长形的横截面沿径向方向与沿轴向方向相比更长。也能够存在另一个径向通道来代替轴向通道34。

[0038] 这两个温控通道32、34引入到盖12的内侧中。盖12通过轴向通道34被屏蔽主要免受流动导向设备的或者壳体盖插入件42的冷。径向通道32屏蔽盖12的内部区域免受来自于进气口18的在盖12中主要在径向上从外向内进入的冷。

[0039] 盖12的内部区域通过所有的通道32、34屏蔽免受从入流的和待压缩的气体发出的冷，使得盖12的内部区域进而轴密封件保持在所期望的温度范围中。

[0040] 图3和4仅示出壳体10的位于进气口18处的轴向的盖12。然而同样也在排出口20处形成盖12。在相同的实施方案中所述盖也包含如下温控通道，所述温控通道平行于进入侧的盖12的温控通道32、34与温控液体储存器44连接。所述温控通道因此被供给相同的温控液体，所述温控液体通过具有相同温度的供给部48被引导到这两个盖12。因为进入侧的盖12由工作气体冷却并且排出侧的盖12升温，所以在这两个盖12中相同的液体承担不同的功能，即在进入侧的盖12中加热并且在排出侧的盖12中冷却。

[0041] 虽然本发明在细节上通过优选的实施例来详细说明和描述，但是本发明不通过所公开的例子受到限制，并且其它的变型形式能够由本领域技术人员推导出，而不脱离本发明的保护范围。