涡轮机械、用于涡轮机械的平衡系统和方法技术方案

本公开提供一种涡轮机械、用于涡轮机械的平衡系统和方法。所述平衡系统具有：安装在涡轮机械的转子上的平衡体；以及安装在所述涡轮机械的定子上的密封环；所述密封环围绕所述平衡体布置，使得所述平衡体能够围绕旋转轴线旋转，因此所述平衡体与所述密封环之间存在间隙；此外，存在装置，其用于在所述涡轮机械的操作期间改变所述密封环的轴向位置，从而能够调节所述间隙。由于能够在所述涡轮机械的操作期间调节间隙，因此所述平衡系统能够在所述涡轮机械操作期间的任何时间提供泄漏小、机械干扰风险小的良好平衡作用。

Turbomachinery, balancing systems and methods for turbomachinery

【技术实现步骤摘要】
涡轮机械、用于涡轮机械的平衡系统和方法
本说明书中所公开主题的实施例与用于涡轮机械的平衡系统和平衡方法以及使用它们的涡轮机械相对应。
技术介绍
涡轮机械(turbomachines)例如压缩机(compressors)、泵(pumps)、涡轮(turbines)和膨胀机(expanders)当在其操作期间旋转时产生轴向力(axialforces)。推力轴承(thrustbearings)用在涡轮机械中以抵消所述轴向力。可以使用平衡系统来减少轴承所承受的推力。典型类型的平衡系统是所谓的“平衡鼓(balancedrum)”。它是固定到转子轴一端例如压缩机的圆筒(cylinder)，例如图1中示意性示出的圆筒，其中所述压缩机的平衡系统标记为100，所述轴标记为110，所述圆筒标记为120，并且其中设有密封环(sealingring)130，所述密封环固定到压缩机壳体的内壁140并且围绕圆筒120布置，使得圆筒120可以围绕旋转轴线A旋转。在压缩机操作期间，圆筒120的内侧(图1中的左侧)暴露于例如压缩机的排气压强(dischargepressure)下并且第一轴向力F1施加在圆筒120上；圆筒120的外侧(图1中的右侧)暴露于例如压缩机的吸入压强下，并且第二轴向力F2施加在圆筒120上。在压缩机操作期间，由于工作流体作用于旋转部件例如压缩机转子叶轮(图1中未示出)上，因此所述轴将承受轴向力；如果不使用平衡系统，所述轴的轴向力完全由推力轴承(图1中未示出)承受。在图1中，所述轴的轴向力F3被来自上述第一轴向力F1和上述第二轴向力F2的净轴向力抵消。图2示出类似于图1所示系统100的系统200，其中圆筒220在例如压缩机转子轴210的中间位置处固定到所述轴；其中还设有密封环230，所述密封环230固定到压缩机壳体的内壁240并且围绕圆筒220布置，使得圆筒120可以围绕旋转轴线A旋转。系统200用于例如分离压缩机的两级并且抵消由于工作流体作用于压缩机转子的旋转部件(图2中未示出)上而作用在轴210上的轴向力。如图1和图2所示，圆筒120/220与密封环130/230之间存在间隙C。通常，间隙C保持较小，以避免工作流体在涡轮机械操作期间通过间隙从圆筒的一侧(例如在排气压强下)过度泄漏到圆筒的另一侧(例如在吸入压强下)。但是，在组装涡轮机械时以及在涡轮机械操作期间，间隙C不设置成过小以避免圆筒与密封环之间发生机械干扰。应注意，在涡轮机械操作期间，“平衡鼓”的圆筒例如图1和图2中所示的圆筒可能由于涡轮机械内部流体的压强、涡轮机械部件的受热、涡轮机械转子的旋转而改变其位置和/或其形状和/或其尺寸。由于可能发生所述改变，导致在涡轮机械中使用具有相当大间隙的平衡系统(参见图1和图2)。期望具有用于涡轮机械的平衡系统能够在涡轮机械操作期间的任何时间提供泄漏小、机械干扰风险小的良好平衡作用。
技术实现思路
本说明书中所公开主题的第一实施例涉及一种用于涡轮机械的平衡系统。本说明书中所公开主题的第二实施例涉及一种平衡涡轮机械中的轴向推力的方法。本说明书中所公开主题的第三实施例涉及一种涡轮机械。本公开还提供以下多个技术方案。技术方案1：一种用于涡轮机械的平衡系统，所述涡轮机械具有转子和定子，所述平衡系统包括：安装在所述转子上的平衡体(balancingbody)；安装在所述定子上的密封环；其中所述密封环围绕所述平衡体的至少一部分布置，使得所述平衡体能够围绕纵向延伸穿过所述平衡体的旋转轴线旋转；所述平衡系统进一步包括调节器(adjuster)，所述调节器配置成在所述涡轮机械的操作期间改变所述密封环的轴向位置，使得能够在所述涡轮机械的所述操作期间调节所述平衡体与所述密封环之间的间隙(clearance)。技术方案2：根据技术方案1所述的平衡系统，其中所述密封环(330)的内表面是平截头体形(frustumshape)。技术方案3：根据技术方案1或2所述的平衡系统，其中所述平衡体的所述至少一部分的外表面是平截头体形。技术方案4：根据技术方案1或2或3所述的平衡系统，包括控制单元，所述控制单元布置成控制装置以便调节所述间隙。技术方案5：根据技术方案4所述的平衡系统，其中所述控制单元布置成执行开环控制或闭环控制。技术方案6：根据前述技术方案1到5中的任一个所述的平衡系统，其中所述装置包括执行器(actuator)，所述执行器为电动型的或磁性型的或液压型的或气动型的。技术方案7：根据前述技术方案1到6中的任一个所述的平衡系统，其中所述平衡体具有第一表面和第二表面，其中所述平衡体布置成使得处于第一压强下的流体在所述第一表面上施加力并且沿第一方向轴向推动所述平衡体，并且处于第二压强下的流体在所述第二表面上施加力并且沿第二方向轴向推动所述平衡体，所述第二方向与所述第一方向相反。技术方案8：一种涡轮机械，包括根据前述技术方案1到7中的任一个所述的平衡系统，其中所述平衡体固定到所述涡轮机械的轴。技术方案9：一种平衡涡轮机械中的轴向推力的方法，其中所述涡轮机械包括转子、定子、平衡体和密封环，其中所述平衡体固定到所述涡轮机械的所述转子的轴，其中所述密封环固定到所述涡轮机械的所述定子，其中所述密封环围绕所述平衡体的至少一部分布置，使得所述平衡体能够围绕旋转轴线旋转，其中所述方法包括以下步骤：A)启动所述涡轮机械，B)在所述平衡体的第一侧上以第一压强对流体加压，C)在所述平衡体的第二侧上以第二压强对流体加压，以及之后，在所述涡轮机械的操作期间：D)改变所述密封环的轴向位置，从而调节所述平衡体与所述密封环之间的间隙。技术方案10：根据技术方案9所述的方法，其中所述步骤D)在所述涡轮机械的操作期间重复，优选地周期性地重复。技术方案11：根据技术方案9或10所述的方法，其中所述步骤D)通过以下执行器中的一者来执行：电动执行器(electricactuator)，磁性执行器(magneticactuator)，液压执行器(hydraulicactuator)，气动执行器(pneumaticactuator)。技术方案12：根据技术方案9或10或11所述的方法，其中所述步骤D在手动控制或自动控制下进行，确切地说，在开环控制或闭环控制下进行。技术方案13：根据技术方案12所述的方法，其中所述自动控制包括首先测量以下参数中的一者或多者：所述涡轮机械的入口压强，所述涡轮机械的出口压强，所述涡轮机械的入口温度，所述涡轮机械的出口温度，所述涡轮机械的旋转速度，所述涡轮机械区域的温度，所述密封环区域的温度，所述平衡体区域的温度，所述平衡体与所述密封环之间的间隙中的流体流量，所述平衡体与所述密封环之间的间隙的尺寸，所述涡轮机械的轴承上的轴向推力；...

【技术保护点】
1.一种用于涡轮机械的平衡系统，所述涡轮机械具有转子和定子，所述平衡系统包括：/n安装在所述转子上的平衡体；/n安装在所述定子上的密封环；/n其中所述密封环围绕所述平衡体的至少一部分布置，使得所述平衡体能够围绕纵向延伸穿过所述平衡体的旋转轴线旋转；/n所述平衡系统进一步包括调节器，所述调节器配置成在所述涡轮机械的操作期间改变所述密封环的轴向位置，使得能够在所述涡轮机械的所述操作期间调节所述平衡体与所述密封环之间的间隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮机械的平衡系统，所述涡轮机械具有转子和定子，所述平衡系统包括：
安装在所述转子上的平衡体；
安装在所述定子上的密封环；
其中所述密封环围绕所述平衡体的至少一部分布置，使得所述平衡体能够围绕纵向延伸穿过所述平衡体的旋转轴线旋转；
所述平衡系统进一步包括调节器，所述调节器配置成在所述涡轮机械的操作期间改变所述密封环的轴向位置，使得能够在所述涡轮机械的所述操作期间调节所述平衡体与所述密封环之间的间隙。


2.根据权利要求1所述的平衡系统(300)，其中所述密封环(330)的内表面(333)是平截头体形，以及所述平衡体(320)的所述至少一部分的外表面(323)是平截头体形。


3.根据权利要求1或2所述的平衡系统(300)，包括控制单元(720)，所述控制单元布置成控制装置(710)以便调节所述间隙(C)，其中所述控制单元(720)布置成执行开环控制或闭环控制。


4.根据权利要求3所述的平衡系统(300)，其中所述装置(710)包括执行器(730)，所述执行器为电动型的或磁性型的或液压型的或气动型的。


5.根据权利要求1或2所述的平衡系统(300)，其中所述平衡体(320)具有第一表面(321)和第二表面(322)，其中所述平衡体(320)布置成使得处于第一压强(p1)下的流体在所述第一表面(321)上施加力并且沿第一方向轴向推动所述平衡体(320)，并且处于第二压强(p2)下的流体在所述第二表面(322)上施加力并且沿第二方向轴向推动所述平衡体(320)，所述第二方向与所述第一方向相反。


6.一种涡轮机械(1000)，包括根据前述权利要求1到5中的任一权利要求所述的平衡系统(300)，其中所述平衡体(320)固定到所述涡轮机械(1000)的轴(310)。


7.一种平衡涡轮机械(1000)中的轴向推力的方法(900)，其中所述涡轮机械(1000)包括转子、定子、平衡体(320)和密封环(330)，其中所述平衡体(320)固定到所述涡轮机械(1000)的所述转子的轴(310)，其中所述密封环(330)固定到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·斯卡博洛，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT