[发明专利]涡轮压缩机

说明书

本发明涉及一种涡轮压缩机。

在涡轮机结构中，非接触的密封，特别是迷宫式密封广泛地用于密封旋转系统。由于在流束中形成的边界层，在分隔间隙中会产生很高的摩擦损耗，流体在转动的和不动的部件之间通过该分隔间隙流动。这就使得在分隔间隙内的流体加热，因此就加热了环绕该间隙的部件。材料的高温会减少相应零件的寿命。

从EP 0 518 027 B1中可得知这种带有迷宫式密封的涡轮压缩机，该密封设置在压缩机叶轮的后壁上在压缩机机壳和压缩机叶轮之间的分隔间隙内。由于压缩机叶轮出口处的高压，泄漏的空气可能会进入压缩机机壳的转动的壁和不动的壁之间的环形空间内。为了避免这种情况以及加热环绕分隔间隙的部件，将压力高于压缩机叶轮出口处压力的冷气体引入分隔间隙。为此，一附加的环形空间设置在迷宫式密封内并连接于外部注入的气体。冷气体通过压缩机机壳的壁流入迷宫式密封，然后冲击并冷却压缩机叶轮的后壁。当它冲击后壁时，气体分解并通过迷宫式密封的单个密封件主要沿径向向内和向外流动。径向向外的部分流束的主要目的是防止来自压缩机叶轮出口的压缩机热空气通过分隔间隙流动。

尽管采用了特殊的辅助部件，但这使涡轮压缩机更昂贵，并且这种方案的冷却效果也不能认为是最佳。事实是在注入冷气体期间，开始时在径向向外的部分流束和压缩机叶轮后壁上形成的边界层之间产生混合。此外，该部分流束必须反抗非接触密封的至少一个密封件作功，这除了会使冷却效果变差外，还会在后壁上产生较大的摩擦。

本发明旨在避免所有这些缺陷。所以本发明的一个目的是提供一种新颖的带冷却的涡轮压缩机，它简单但更为有效。

根据本发明，此目的是通过在权利要求1前序部分所述的应用中采用气体介质的注入装置而实现的。该注入装置在分隔间隙的基本上径向延伸的间隙区域的上游通向分隔间隙。

采用这种方案，就可以省去附加的环形空间或者在分隔间隙的基本上径向延伸的间隙区域中的附加注入空间。这就明显简化了涡轮压缩机的结构。此外，所采用的冷却介质可以置换热的泄漏空气，否则该空气会进入分隔间隙的基本上径向延伸的间隙区域。因此，在压缩机叶轮的后壁上形成的边界层在开始就主要由所供给的冷却介质形成。特别是，在涡轮压缩机的这一特别危险的区域保证了改善的冷却效果。

将注入装置的供给管道和分隔间隙的基本上径向延伸的间隙区域的入口区设置成它们沿径向对准特别有用。这样，可以避免在进入的冷却介质中的压力损失以及由于扩散造成的加热。这样就改善了冷却效果。此外，冷却介质部分地甚至完全地阻止了泄漏的热空气进入基本上径向延伸的间隙区域。

此外，将一组沿压缩机叶轮的转动方向指向的冷却介质用注入管道设置在供给管道中特别有利。为此，供给管道有一组由凹槽隔断的导向腹板，凹槽同时形成了冷却介质的注入管道。尽管采用了较为简单的部件，但却可以沿压缩机叶轮的转动方向注入冷却介质，这进一步减小了摩擦损耗以及对压缩机叶轮的加热。

最后，最好将密封件设置在分隔间隙内在基本上径向延伸的间隙区域的入口区的上游。这就可以将从压缩机叶轮到达的泄漏流束的压力减小到这样一个程度，即可以以小于压缩机出口处压力的一个压力注入冷却介质。

在分隔间隙的基本上径向延伸的间隙区域的入口区的下游处的非接触密封与上述措施的组合被发现特别有利。采用这种设置，自径向向外位置到达的冷却介质到达了密封的各个密封件，并在压缩机叶轮的后壁上产生薄膜式冷却。与现有技术相反，冷却介质不会径向向外流动而是径向向内流动，这样就不会发生与压缩机叶轮后壁上由流束形成的边界层的混合，同样不会在后壁上增加摩擦。结果，可以增强冷却效果并进一步改善了压缩机叶轮的寿命。

参照下面的详细描述，可更完全地了解本发明及其优点，其中：

图1示出了通过根据本发明的带有注入装置的涡轮压缩机的局部纵向剖面；

图2示出了在根据第二实施例的扩压器板区域处的图1的细节。

图3示出了通过注入装置的注入管道的局部剖面，是沿图2中III-III线所取的。

图4示出了图1中在分隔间隙的基本上径向延伸的间隙区域的入口区的放大细节，是根据第三实施例。