本發(fā)明涉及用于密封渦輪機(jī)內(nèi)部環(huán)境的設(shè)備。具體而言，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備涉及在渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的密封件。更詳細(xì)地說，該密封件的目的是防止工作流體從渦輪機(jī)逸出到外部環(huán)境中。雖然根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可適用于任何種類的渦輪機(jī)，但其對于渦輪，尤其是對于ORC(有機(jī)蘭金循環(huán))渦輪而言是特別有用的。

背景技術(shù)：

具體而言，渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子、用于工作流體的入口和出口。工作流體可處于不同的相，例如在入口中可為蒸汽，且在出口中可完全地或是部分地冷凝。轉(zhuǎn)子置于入口與出口之間，且附接于軸。因此需要相對于外部環(huán)境適當(dāng)?shù)孛芊鉁u輪機(jī)的內(nèi)部環(huán)境，尤其是如果工作流體對外部環(huán)境而言是有毒的、污染的、或以其他方式破壞性的。

因此在本領(lǐng)域中已知一種用于密封渦輪機(jī)內(nèi)部環(huán)境的設(shè)備。在本公開的背景下，用語“內(nèi)部環(huán)境”應(yīng)理解為渦輪機(jī)的其中在正常運(yùn)行期間存在工作流體的每個部分。

設(shè)備自身包括與渦輪機(jī)的入口流體地連通的第一腔。在正常運(yùn)行期間，第一腔被保持在比渦輪入口低的壓力下，以便工作流體可從入口流到第一腔。通常，第一腔布置成鄰近于軸，在轉(zhuǎn)子后方。

第二腔布置成與潤滑回路流體地連通。因此，來自潤滑回路的潤滑劑填充第二腔。第二腔也鄰近于軸，緊接第一腔。密封件介于第一和第二腔之間，例如迷宮式密封件。如在非接觸式密封件的情況下典型的那樣，將存在一定量的泄漏。由于第二腔內(nèi)側(cè)的潤滑劑被保持在比第一腔中的工作流體低的壓力下，故工作流體將從第一腔泄漏到第二腔中。

因此將必須從第二腔取出潤滑劑和工作流體的混合物，且將其排放到儲蓄器(reservoir)中。該儲蓄器被保持在周圍壓力下。通常具有比潤滑劑低得多的蒸發(fā)溫度的工作流體因此蒸發(fā)。蒸汽聚集在儲蓄器的較高區(qū)中，從該較高區(qū)提取該蒸汽且將其重新壓縮，以便其可被重新引入渦輪機(jī)的內(nèi)部環(huán)境中，通常在出口中或出口附近。

已知的設(shè)備的一個缺點是，允許工作流體減壓直到大氣壓力，從而浪費(fèi)其內(nèi)能中的一部分。此種能量必須再次由壓縮機(jī)重新供應(yīng)，從而降低整個渦輪機(jī)的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個方面因此是一種用于密封渦輪機(jī)內(nèi)部環(huán)境的設(shè)備。此種設(shè)備包括第一腔，該第一腔能夠以流體連通的方式與渦輪機(jī)的高壓環(huán)境連接，以便工作流體可從高壓環(huán)境流到第一腔。該設(shè)備還包括第二腔，該第二腔與潤滑回路流體地連通，以便潤滑劑可從潤滑回路流到第二腔。第一腔和第二腔與彼此流體連通地布置，以便該工作流體可從第一腔流到第二腔。該設(shè)備包括與第一腔流體地連通的返回管線。返回管線能夠以流體連通的方式與渦輪機(jī)的低壓環(huán)境連接。因此，工作流體可從第一腔流至低壓環(huán)境。該設(shè)備還包括壓力調(diào)節(jié)裝置，該壓力調(diào)節(jié)裝置構(gòu)造成提供沿返回管線的預(yù)定壓降。

有利地，沿著返回管線的壓力調(diào)節(jié)裝置允許控制第二腔內(nèi)側(cè)的壓力。實際上，通過適當(dāng)?shù)叵拗乒ぷ髁黧w在返回管線內(nèi)側(cè)的流動，壓力調(diào)節(jié)裝置可選擇為以便在第二腔中提供更高的壓力。因此，整個系統(tǒng)可被保持在比其他情況下原本可能的壓力高的壓力下，以便在分離之后不再需要重新壓縮該工作流體。

該分離裝置還可包括儲蓄器，該儲蓄器構(gòu)造成在預(yù)定操作壓力下被加壓，該預(yù)定操作壓力比渦輪內(nèi)側(cè)的低壓環(huán)境的壓力高。這確保工作流體可直接從儲蓄器流到渦輪。

分離裝置還包括加熱裝置，該加熱裝置與儲蓄器相關(guān)且構(gòu)造成加熱潤滑劑和工作流體的混合物。因此，可在更高的壓力下執(zhí)行工作流體和潤滑劑的分離，只要工作流體具有比潤滑劑低的沸騰溫度。

壓力調(diào)節(jié)裝置可為孔口，該孔口構(gòu)造成限制工作流體在返回管線內(nèi)側(cè)的流動。這允許，如果第二腔中和儲蓄器中的壓力值是事先已知的，且不認(rèn)為在渦輪的正常運(yùn)行期間是可變的，則選擇構(gòu)造上簡單的解決方案。

壓力調(diào)節(jié)設(shè)備可備選地為調(diào)節(jié)閥。這允許，如果預(yù)期壓力條件是可變的，則改變返回管線內(nèi)側(cè)的流動。

附圖說明

更多的細(xì)節(jié)和具體實施例將參照附圖1，附圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的設(shè)備的示意表示。

具體實施方式

示范實施例的下列描述參照附圖。不同附圖中的相同參考標(biāo)號標(biāo)識相同或相似的元件。下列詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。

遍及說明書對一個“實施例”、或“實施例”的引用指的是與實施例結(jié)合地描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包括在所公開主題的至少一個實施例中。因此，短語“一個實施例中”或“在實施例中”的在貫穿說明書的各種位置中的出現(xiàn)不一定指相同的實施例。而且，具體特征、結(jié)構(gòu)、或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個或更多個實施例中。

參照附圖，其中數(shù)字1指示根據(jù)本發(fā)明實施例的用于密封渦輪機(jī)100內(nèi)部環(huán)境的設(shè)備。

將僅為了容易說明設(shè)備1來詳細(xì)說明渦輪機(jī)100，因為其不是本發(fā)明的自身部分。例如，渦輪機(jī)100可為適于根據(jù)有機(jī)蘭金循環(huán)(ORC)來操作的渦輪系統(tǒng)。

渦輪機(jī)100包括渦輪腔101。渦輪轉(zhuǎn)子102具有置于腔101內(nèi)側(cè)的多個葉片(圖中未示出)。軸103同軸地附接于轉(zhuǎn)子102，以便通過轉(zhuǎn)子102從工作流體提取功。軸103由軸承107支撐。

渦輪機(jī)100還包括軸103的潤滑回路106。具體而言，此種潤滑回路106在上面提及的軸承107上起作用，以便潤滑劑可用于潤滑且冷卻軸承107。潤滑回路106自身可具有已知的類型和構(gòu)造，且因此不會詳細(xì)說明。

設(shè)備1包括第一腔2。第一腔2能夠以流體連通的方式與渦輪機(jī)100的高壓環(huán)境“HP”連接。以此方式，工作流體可從高壓環(huán)境100流至第一腔2。

第二腔3布置成優(yōu)選地通過軸130的軸承107而與潤滑回路106流體地連通。以此方式，潤滑劑可從潤滑回路106流至第二腔3。

參照圖1，腔2、3可圍繞軸103布置。具體而言，第一腔2布置成緊接轉(zhuǎn)子102，而第二腔3布置成緊接軸承。

第一腔2和第二腔3與彼此流體連通地布置。實際上，工作流體可從第一腔2流至第二腔3。換言之，在操作條件下，第一腔2包含處于比第二腔3內(nèi)側(cè)的潤滑劑高的壓力下的工作流體。因此，在第二腔3的內(nèi)側(cè)形成工作流體和潤滑劑的混合物。此種混合物通過排泄管線8而從第二腔3排泄。設(shè)備1的置于排泄管線8下游的構(gòu)件將在本公開的后續(xù)部分中得到說明。

更詳細(xì)地說，裝置1包括在第一腔2與第二腔3之間的密封件14。實際上，第一腔2和第二腔3通過工作流體穿過密封件14的泄漏而流體地連接。密封件14的存在確保對工作流體流動的充分阻礙，以確保在第一腔2和第二腔3之間保持壓差。

此外，另一密封件15置于第一腔2與渦輪機(jī)100的高壓環(huán)境(HP)之間。類似地，第一腔2與高壓環(huán)境“HP”之間的流體連通是穿過該另一密封件15而發(fā)生的。

設(shè)備1包括用于工作流體的返回管線4。此種返回管線布置成與第一腔2流體地連通。返回管線還能夠以流體連通的方式與渦輪機(jī)100的低壓環(huán)境“LP”連接。以此方式，工作流體可從第一腔2流至低壓環(huán)境101。換言之，工作流體可從高壓環(huán)境“HP”流到第一腔2再穿過返回管線4到低壓環(huán)境“LP”。

設(shè)備壓力調(diào)節(jié)裝置5沿著返回管線4。壓力調(diào)節(jié)裝置5具有提供預(yù)定壓降的功能。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，壓力調(diào)節(jié)裝置5是孔口6。此種孔口6構(gòu)造成限制工作流體在返回管線4內(nèi)側(cè)的流動，以便獲得期望的預(yù)定壓降。

在本發(fā)明的備選實施例中，壓力調(diào)節(jié)裝置5是調(diào)節(jié)閥(未示出)。在該情況下，調(diào)節(jié)閥能夠在打開構(gòu)造與關(guān)閉構(gòu)造之間連續(xù)地調(diào)節(jié)。在打開構(gòu)造中，工作流體在返回管線4內(nèi)側(cè)的流動不受限制。在調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉構(gòu)造中，返回管線4被完全阻礙。以此方式，可能在渦輪機(jī)100工作時調(diào)節(jié)該預(yù)定壓降。

設(shè)備1還包括與第二腔3流體地連通的分離裝置7。此種分離裝置7可以以流體連通的方式與渦輪機(jī)100的低壓環(huán)境“LP”連接。實際上，分離裝置7構(gòu)造成從第二腔3抽吸潤滑劑和工作流體的混合物。實際上，上面提到的排泄管線8與第二腔3且與分離裝置7流體地連通。分離裝置7具有從潤滑劑分離工作流體的功能。

詳細(xì)地說，分離裝置7具有用于工作流體的第一出口9。此種第一出口9布置成與返回管線4流體地連通。具體而言，出口9在壓力調(diào)節(jié)裝置5的下游連接于返回管線4。更詳細(xì)地說，另一返回管線10附接于分離裝置7，且在壓力調(diào)節(jié)裝置5的下游連結(jié)返回管線4。

分離裝置7包括儲蓄器11。此種儲蓄器11構(gòu)造成在預(yù)定操作壓力下被加壓。此種預(yù)定操作壓力可為對于環(huán)境情況而言適當(dāng)?shù)牡鹊蛪涵h(huán)境“LP”的壓力高的任何壓力。優(yōu)選地，儲蓄器11內(nèi)側(cè)的壓力在1和6bar之間。

分離裝置7包括與儲蓄器11相關(guān)的加熱裝置12。此種加熱裝置具有加熱潤滑劑和工作流體的混合物的功能。以此方式，具有比潤滑劑低的沸點的工作流體蒸發(fā)。更詳細(xì)地說，第一出口9布置在儲蓄器11的較高側(cè)，以便主要包含工作流體的蒸汽可從儲蓄器11離開，而不與液體潤滑劑再次混合。除霧器16附接于第一出口9，且與儲蓄器11流體地連通。除霧器16也布置成與該另一返回管線10流體地連通。以此方式，可在該另一返回管線10的上游從蒸汽移除工作流體的微滴。此種除霧器16自身對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，且因此不會更詳細(xì)地說明。

第二出口13布置在儲蓄器11的較低側(cè)上。以此方式，穿過第二出口13離開儲蓄器11的流體主要包含油。第二出口13能夠以流體連通的方式與油箱108連接，油箱108是潤滑回路106的一部分。