[发明专利]具有平衡活塞的涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有平衡活塞的涡轮机，所述平衡活塞具有：至少一个轴肩，所述轴肩位于沿着机器轴线延伸的转子上；以及密封件，所述密封件密封转子和定子之间的间隙，使得在工作时，邻接密封件的第一侧的空腔能够具有与在密封件的另一侧上不同的压力，并且相差了经过密封件的压差，其中轴肩邻接所述空腔。

背景技术

在例如蒸汽轮机、燃气轮机或压缩机，尤其是轴向压缩机和径向压缩机的涡轮机中，由于过程流体的膨胀和压缩，在叶轮上产生压差，所述压差作用在转子的邻接面上，引起转子的轴向推力。该轴向推力与涡轮机的工作条件有关，并且也能够依据工作条件沿不同的方向作用。根据转子的压差和面积比，轴向推力为相当大的力，所述相当大的力在通过推力轴承产生唯一的反作用力的情况下，导致推力轴承相当大的结构尺寸。因此，涡轮机通常具有用于推力补偿的所谓的平衡活塞。所述平衡活塞通常构成为，使得在所有工作条件下，更低的推力保持在确定的方向上，以致不发生负载变化反应，并且转子不在可能的轴向间隙中来回运动。

平衡活塞通常具有至少一个轴肩，其中所述平衡活塞通常构成为在转子上径向延伸的圆盘，并且邻接至少一个轴肩的轴密封件使转子相对于定子密封。所述圆盘形状是最常见的结构形式，使得在通过圆盘限定的两个侧面或轴肩上，不同的压差产生用于补偿所需的轴向推力。邻接轴肩或轴密封件以及定子，构成空腔，在所述空腔内充满过程流体的第一压力，所述第一压力不同于在空腔的另一侧上的第二压力，并且第二压力与第一压力相差了经过轴密封件的压差。作用在轴肩上的第一压力借助轴肩的面导致如下力，所述力以相应地确定尺寸的方式至少部分地补偿轴向推力，并且因此使轴的轴向轴承减轻一定量补偿力的任务。

为了持续保持经过平衡活塞的轴密封件的压差，必需的是，将过程流体穿过平衡管路供给空腔或者从该空腔中抽出，因为传统的轴密封件总是具有相当大的泄漏。流过平衡管路的过程流体的量能够具有相当大的值，并且显著地降低效率。当在平衡活塞上的轴密封件由于在定子上的侵蚀或摩擦而磨损并且因此渗漏增加时，该效果变得更差。

由欧洲专利EP 1 418 341 B1中已知一种用于平衡轴向推力的系统，其具有平衡活塞，所述平衡活塞仅在需要的情况下加载压力，以用于推力平衡，其中在正常工作中，借助于在穿透壳体的地方的合适的轴密封件进行推力平衡，使得在正常工作中不需要向平衡活塞供给过程流体。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是，减少在平衡活塞上产生的过程流体损失，并且因此改善机器的效率。

为了实现该目的，根据本发明提出，定子构成为以引导的方式运动，使得间隙能够变大和变小。基于定子构成为以引导的方式移动，能够调节与涡轮机的当前的工作条件相匹配的间隙宽度，所述间隙宽度小于在其他工作条件下所需的间隙宽度，使得节省了流过平衡活塞的过程流体量的差量，以有利于效率的改善。

本发明的有利的改进形式提出，定子的一面邻接空腔并且定子构成为，使得定子根据在空腔中的压力移动，以致间隙变大或变小。该结构形式提供的可能性是，在没有使定子运动的另外的致动器或没有复杂的调节装置的情况下，实现在平衡活塞上的密封件的与空腔中的压力自动地匹配的间隙宽度。

有利的是，定子能够具有弹性元件，所述弹性元件根据在被引导的、优选轴向的可移动性范围内的位置产生克服空腔内的压力的复位力。根据在空腔内的和在平衡活塞的相对侧上的压力比，来自弹性元件的力沿来自空腔内的作用在定子上的力的相同的或相反的方向作用在定子上。

适宜的是，该弹性元件能够构成为，使得对在空腔中的每个压力设置与同压力相关的工作状态相适应的间隙。尤其能够简单地如下产生间隙扩宽或间隙变小，即通过间隙的沿圆周方向围绕机器轴线延伸的环状空间沿轴向方向不平行于机器轴线延伸，而是倾斜于机器轴线延伸，并且沿轴向方向引导定子的可移动性。该构造具有的优点是，间隙能够变化，而相关的构件在它们的圆周尺寸方面没有变化。在这种情况下，转子的和定子的限定间隙的表面分别构成为锥形。转子的和定子的锥形能够具有相互不同的锥角，这在确定的工作范围内能够具有在转子稳定性上的积极的影响。

用于供给或排出过程流体的通向空腔的平衡管路证明是尤其适宜的，以便调节在空腔内的有利于工作状态的压力。在空腔的另一侧，该平衡管路能够通入过程流体的蓄压器内或通入压降或抽吸管路内，并且特别有利的是，在平衡管路内设有调节阀，借助于所述调节阀可是使用经过调节阀的所限定的压差。调节阀允许通过控制流入或流出的过程流体量来调节空腔内的压力。