Система уплотнений турбокомпрессора
Владельцы патента RU 2357106:
ОАО "Сумское машиностроительное научно-производственное объединение имени М.В. Фрунзе" (UA)
Изобретение относится к уплотнительной технике, может быть использовано в системах уплотнений турбокомпрессоров различного назначения, в частности, в системах уплотнений газоперекачивающих агрегатов, и позволяет при своем использовании повысить надежность и экономичность работы за счет дополнительной установки в системе уплотнений клапана аварийного сброса газа. Указанный технический результат достигается в системе уплотнений вала турбокомпрессора, содержащей торцовые газовые уплотнения, двухступенчатые лабиринтные уплотнения, между ступенями которого расположены уравнительные камеры, и линию подачи газа в камеры между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, на которой установлены фильтры и ограничитель расхода, выполненный в виде регулятора перепада давлений. Система снабжена клапаном 11 аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами 7 между ступенями лабиринтных уплотнений 4, причем привод клапана соединен с сигнализаторами 14 повышения давления в линиях 12 отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений, а полость задающего давления регулятора перепада давлений соединена с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения отдельным трубопроводом. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в системах уплотнений турбокомпрессоров различного назначения, в частности, в системах уплотнений газоперекачивающих агрегатов.
Известна система уплотнений турбокомпрессора (Патент РФ №2133879, кл. F04D 29/10, 17/12 от 10.04.96 г. «Система уплотнений турбокомпрессора». Бюл. №21 от 27.07.99 г. - прототип), содержащая установленные на валу турбокомпрессора двухступенчатые внутренние лабиринтные уплотнения, между ступенями которых расположены уравнительные камеры, соединенные между собой уравнительной линией, а также первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа в камеру между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, выполненного в виде регулятора перепада давлений, полость задающего давления которого соединена со всасывающим патрубком турбокомпрессора, а также линии отвода утечек после первых и вторых ступеней торцовых уплотнений, причем на линии отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений установлен ограничитель расхода и сигнализатор повышения давления, который служит для подачи сигнала аварийного останова турбокомпрессора при разгерметизации уплотнения.
Недостатком данной системы уплотнений является большая инерционность системы при аварийном останове турбокомпрессора. При этом в течение всего времени, пока идет понижение давления газа в проточной части турбокомпрессора, рабочий газ под тем же давлением находится в камерах между лабиринтными и торцовыми уплотнениями. Это приводит к высоким протечкам газа при разгерметизации уплотнения, а, следовательно, к снижению надежности турбокомпрессора в целом и ухудшению его экономических показателей в результате значительного расхода газа.
В основе изобретения лежит техническая задача повышения надежности и экономичности работы системы уплотнений и турбокомпрессора в целом за счет дополнительной установки в системе уплотнений клапана аварийного сброса газа, соединенного с уравнительными камерами между ступенями лабиринтных уплотнений, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений, а полость задающего давления регулятора перепада давления соединена с уравнительными камерами.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой системе уплотнений турбокомпрессора, содержащей установленные на валу турбокомпрессора двухступенчатые лабиринтные уплотнения, между ступенями которых расположены уравнительные камеры, соединенные между собой уравнительной линией, первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа в камеры между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, выполненного в виде регулятора перепада давлений, а также линии отвода утечек после торцового уплотнения, причем на линиях отвода утечек после торцовых уплотнений установлены ограничители расхода и сигнализаторы повышения давления, согласно предлагаемому изобретению, дополнительно установлен клапан аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами между ступенями внутреннего лабиринтного уплотнения, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений, а полость задающего давления регулятора перепада давлений соединена с уравнительными камерами.
При этом клапан аварийного сброса газа соединен с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление участков двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из которых ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры перед торцовым уплотнением.
Кроме того, клапан аварийного сброса газа может быть соединен отдельным трубопроводом с уравнительной линией, соединяющей уравнительные камеры, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до уравнительных камер между ступенями лабиринтного уплотнения меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление участков двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из которых ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры перед торцовыми уплотнениями.
Таким образом, система уплотнений турбокомпрессора обладает следующими существенными отличительными признаками:
- система дополнительно снабжена клапаном аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами, расположенными между ступенями внутреннего лабиринтного уплотнения;
- клапан аварийного сброса газа может быть соединен отдельным трубопроводом с уравнительной линией, соединяющей уравнительные камеры, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до камер между ступенями лабиринтного уплотнения меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление участков двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из которых ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры перед торцовым уплотнением;
- клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения, причем гидравлическое сопротивление трубопровода меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из участков которого ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры подвода газа к торцовым уплотнениям;
- привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после торцовых уплотнений;
- полость задающего давления регулятора перепада давлений соединена с уравнительной камерой между ступенями лабиринтного уплотнения.
Перечисленные выше существенные отличительные признаки необходимы и достаточны для решения поставленной технической задачи, а именно повышения надежности и экономичности системы уплотнений:
- снабжение системы уплотнений клапаном аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтных уплотнений, при аварийном останове турбокомпрессора из-за разгерметизации торцовых уплотнений позволяет за очень короткий промежуток времени снизить давление в уравнительных камерах, а следовательно, и в полости задающего давление регулятора, при этом расход через регулятор уменьшится, что вызовет снижение давления газа в камерах между торцовыми и лабиринтными уплотнениями и, благодаря этому, значительно снизить утечки газа через 1-е ступени торцового уплотнения и предотвратить попадание газа в подшипниковую камеру и образование взрывоопасной смеси, что в конечном итоге снижает расход газа при аварийном останове и обеспечивает повышение надежности турбокомпрессора в целом;
- соединение привода клапана с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений позволяет открывать клапан аварийного сброса газа только при аварийном останове турбокомпрессора при повышении давления в какой-либо из линий отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений;
- соединение клапана аварийного сброса газа с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление двухступенчатых лабиринтных уплотнений, один из участков которых ограничивает поступление газа в уравнительные камеры со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камер подвода газа к торцовым уплотнениям, создает условия, при которых газ поступает в уравнительные камеры в количестве меньшем, чем сбрасывается из них, что и обеспечивает понижение давления;
- соединение клапана аварийного сброса газа отдельным трубопроводом с уравнительной линией, соединяющей уравнительные камеры, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до уравнительных камер, расположенных между ступенями лабиринтных уплотнений, меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление лабиринтного уплотнения, один из участков которого ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры подвода газа к торцовым уплотнениям, создает условия, при которых газ поступает в уравнительные камеры в количестве, меньшем, чем отводится из них, что и обеспечивает понижение давления в этих камерах;
- соединение полости задающего давления регулятора с уравнительными камерами создает условие, при котором в камерах перед торцовыми уплотнениями поддерживается давление выше, чем давление в уравнительных камерах лишь на величину настройки регулятора перепада давлений.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 представлены примеры конкретного осуществления изобретения.
На фиг.1 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с уравнительными камерами между ступенями лабиринтных уплотнений.
На фиг.2 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с уравнительной линией подвода очищенного газа на участке после ограничителя расхода до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями.
Система уплотнений на фиг.1 содержит собственно узлы торцовых уплотнений 1, установленные на валу 2 компрессора 3 и 2-х ступенчатые лабиринтные уплотнения 4, между ступенями которых выполнены уравнительные камеры 5, линию подвода газа 6, соединяющую нагнетательный патрубок 7 компрессора с камерой 8 между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, на которой установлены фильтры 9 и ограничитель расхода 10, выполненный в виде регулятора перепада давлений, полость задающего давления 11, которая соединена трубопроводом 12 с уравнительной линией 13. Камеры 5 соединены трубопроводом 14 с клапаном 15 аварийного сброса газа, открытие и закрытие которого осуществляется приводом 16. Система уплотнений также имеет линию отвода утечек 17 после первой ступени торцового уплотнения, на которой установлены ограничитель расхода 18 и сигнализатор повышения давления 19, и линию отвода утечек 20 после второй ступени торцового уплотнения.
В системе уплотнений на фиг.2 клапан 15 аварийного сброса газа соединен трубопроводом 14 с уравнительной линией 13, соединяющей уравнительные камеры 5.
Система уплотнений работает следующим образом. Газ из нагнетательного патрубка 7 турбокомпрессора 3 по линии подвода 6 поступает в фильтр 9, а затем, пройдя через ограничитель расхода, выполненный в виде регулятора перепада давлений 10, в камеры 8 между торцовыми 1 и лабиринтными 4 уплотнениями. Из камер 8 основной поток газа проходит через лабиринтные уплотнения 4 вначале в уравнительные камеры 5 и далее в проточную часть компрессора 3. При этом регулятор 10 поддерживает давление в камерах 8 выше, чем давление в уравнительных камерах 5 на величину настройки регулятора (обычно на 0,2…0,5 кГ/см2). Одновременно часть газа проходит через первые ступени торцовых уплотнений 1 в линии отвода утечек 17 и далее через ограничитель расхода 18 на сброс в атмосферу. Чем выше расход газа через ограничитель расхода 18, тем больше давление в линии отвода утечек 17. Это давление контролируется сигнализатором повышения давления 19. Часть газа, прошедшего через первые ступени торцовых уплотнений 1, проходит через вторые ступени торцовых уплотнений и далее - в линию отвода утечек 20.
При нормальной работе торцовых уплотнений расход газа через них небольшой и обычно не превышает: через 1-е ступени - 20…70 нл/мин, а через 2-е ступени - 2…5 нл/мин.
По мере разгерметизации торцовых уплотнений возрастают утечки газа через первую ступень торцового уплотнения и, следовательно, повышается перепад давления на ограничителе расхода 18, что приводит к росту давления в линии отвода 17. При определенном давлении в этой линии сигнализатор повышения давления 19 выдает предупредительный сигнал, а при дальнейшем повышении давления - сигнал на аварийный останов турбокомпрессора. Одновременно подается сигнал на привод 16, который открывает клапан 15 и газ из уравнительных камер по трубопроводу 14 через клапан 15 поступает в линию отвода утечек.
При этом независимо от давления в проточной части турбокомпрессора, в уравнительных камерах между ступенями лабиринтных уплотнений устанавливается давление, равное давлению в линии отвода утечек, т.е. практически атмосферное. Это обеспечивается тем, что гидравлическое сопротивление клапана 15 аварийного сброса газа и трубопровода 14, который соединяет его с камерами 5, значительно ниже, чем сопротивление протеканию газа через ступени лабиринтного уплотнения 4. Одновременно давление газа в полости 11 регулятора перепада давлений начнет понижаться, при этом регулятор 10 уменьшит подачу газа в камеры между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, т.е. давление в камерах 5 также будет падать. Таким образом, давление в камерах 5 перед торцовыми уплотнения понизится, следовательно, утечки газа через 1-е ступени торцовых уплотнений значительно уменьшатся.
При соединении клапана аварийного сброса газа 15 трубопроводом 14 с уравнительной линией, в случае аварийного останова турбокомпрессора в результате разгерметизации торцового уплотнения, газ поступает из уравнительных камер по линии 13, а затем по трубопроводу 14 через клапан 15 в линию отвода утечек. Суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до уравнительных камер меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из участков которого ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части компрессора, а другой - из камеры подвода газа к торцовым уплотнениям. Благодаря этому создаются условия, при которых газ поступает в уравнительные камеры в меньшем количестве, чем отводится из них, что и обеспечивает понижение давления в этих камерах.
Открытие клапана 15 и сброс газа из уравнительных камер осуществляется только при аварийном останове турбокомпрессора в результате разгерметизации торцовых уплотнений. При нормальных остановках или при аварийных остановках компрессора по другим причинам клапан аварийного сброса не открывается.
Система уплотнений вала турбокомпрессора, содержащая установленные на валу турбокомпрессора двухступенчатые лабиринтные уплотнения, между ступенями которых расположены уравнительные камеры, соединенные между собой уравнительной линией, первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа в камеры между торцовыми и лабиринтными уплотнениями с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, выполненным в виде регулятора перепада давления, а также линии отвода утечек после первых и вторых ступеней торцовых уплотнений, причем на линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений установлены ограничители расхода и сигнализаторы повышения давления, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена клапаном аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами между ступенями лабиринтных уплотнений, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений, а полость задающего давления регулятора перепада давлений соединена с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения, отдельным трубопроводом.
