[发明专利]具有推力平衡活塞的涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转机器、尤其是涡轮机、泵或压缩机，具有至少一个转子和至少一个过程流体，它至少部分地包围转子，其中转子具有至少一个平衡活塞，用于影响转子的轴向推力，其中平衡活塞具有至少一个转子直径变化，其中设有至少一个轴密封，它使存在第一压力的第一压力室与存在第二压力的第二压力室这样密封，使得至少暂时在第一压力室与第二压力室之间存在压力差并且第一轴密封这样设置在平衡活塞上，使第一直径变化承受第一压力室的压力，并且第二直径变化承受第二压力室的压力。

背景技术

旋转机器上的平衡活塞尤其在蒸汽涡轮机中属于常见的零部件。通常过程流体沿着膨胀或压缩路径在转子的至少部分轴向上建立压力或取消压力，其中转子本身或与其连接的部件在直径变化的部位、例如轴肩分别承受不同施加的压力。在此旋转的叶片列与在圆周方向上连续的轴肩一样产生轴向推力，所述部件传递推力作为轴向力到转子。为了可以在这些运行条件下以有意义的参数设计轴向轴承，需要通过相应的反作用力在另一位置补偿这个作用力。为此蒸汽涡轮机例如在目前的结构形式中通常具有称为平衡活塞的轴肩，它在其径向向外指向的圆周面上配有轴密封，它通常由迷宫密封构成，该轴密封在构成压差的条件下使第一压力室与第二压力室分开。结果是，在平衡活塞的轴向一侧上施加与轴向另一侧上不同的压力，由此在相应地设计转子的直径和室压时可以以轴向力加载，该轴向力平衡除了通过轴向轴承支撑的残余以外的其它轴向推力，由此使轴向轴承只承受微小的负荷并且转子总是在轴向确定的位置通过保留的剩余力顶压。

必要时可以基于各工作点这样在压力室中建立压力调节，使得总是构成所期望的剩余推力。

通常只有当平衡活塞上的压力具有特别高的压差或者平衡活塞直径设计得非常大的时候，才能够实现所述的平衡效应。在特别高的压差时位于平衡活塞上的轴密封需要足够大的轴向结构空间，用于实现所需的密封效果。大直径和大的轴向结构空间都一方面引起不期望的振动形式的转子动态效应，另一方面由于不仅对于转子而且对于周围的部件、尤其对于外壳的附加材料需求引起高成本。此外对于太大尺寸的结构部件的安装、运输和库存的后续成本也是显著的。

发明内容

因此本发明的目的是，这样改进具有上述形式的平衡活塞的旋转机器，以相同的推力补偿只需要减小的结构空间。

为了实现这个目的按照本发明建议一种具有在权利要求1中所述特征的旋转机器。相关的从属权利要求包括本发明的有利改进方案。

具有多个室(它们分别通过轴密封在形成压差的条件下相互分开并且所述室由转子的至少一个直径变化限制)的平衡活塞的结构能够减小平衡活塞的直径而不降低推力平衡水平。通过按照本发明的平衡活塞的多级结构(如果平衡活塞的分级由轴密封、具有确定压力的室和限制这个室的转子直径变化形成的结构来确定)也可以使每级平衡活塞所需的压力选择得更低，由此降低对相应轴密封的要求并且可以使轴密封可能以更小的轴向尺寸构成。

本发明的一种特别有利的改进方案规定，所述平衡活塞由转子上的直接顺序的直径变化构成，它标明地在转子的纵向延展上以下面的顺序构成：

-第一直径扩大，

-第一直径减小，

-第二直径扩大，

-第二直径减小，

-其中

-在第一直径扩大与第一直径减小之间，

-在第一直径减小与第二直径扩大之间，

-在第二直径扩大与第二直径减小之间，

分别在相应竖立的壁与转子之间设有轴密封，由此

-第一压力室具有第一直径扩大作为边界壁，

-第二压力室具有第一直径减小作为边界壁，

-第三压力室具有第二直径扩大作为边界壁，

-第四压力室具有第二直径减小作为边界壁。

关于直接顺序(直接性)指的是没有中间布置其它模块、例如叶片列区段。

如果将由压力室、直径变化(它是压力室的边界壁)和轴密封形成的结构理解为平衡活塞的级，则这个有利的改进方案是四级结构，它在各级具有相同的最大和最小直径的情况下，可以具有是常见的平衡活塞的双倍的推力平衡水平。

按照本发明的结构根据要被平衡的压差也可以具有多于四个上面定义的级，例如5级、6级或更多。

为了按照本发明使平衡活塞在每级高的压差时也无需大的轴向结构空间，适宜的是，使压力室之间轴密封分别由刷密封或滑环密封构成。这些密封形式与常见的迷宫密封相比具有更好的密封效果，由此通过更小的轴向延伸可以减小高的压差并因此使按照本发明的平衡活塞不仅在径向而且在轴向只具有微小的结构空间需求。