Турбомашина и способ ее работы

Авторы патента:

F04D27/00 - Управление и регулирование компрессоров или вентиляторов и компрессорных или вентиляторных установок или систем

Владельцы патента RU 2623323:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к турбомашине, в частности турбокомпрессору, содержащей по меньшей мере один ротор, который проходит вдоль оси (Х), по меньшей мере одно газовое уплотнение, которое с помощью защитного газа уплотняет зазор между ротором и статором турбомашины, подготовительный модуль, который из отбираемой в положении высокого давления в месте отбора рабочей текучей среды готовит защитный газ, при этом защитный газ подается в газовое уплотнение. В первом трубопроводе турбомашины, который направляет рабочую текучую среду от положения высокого давления к подготовительному модулю, предусмотрен регулировочный клапан, турбомашина содержит регулировочный блок, который управляет регулировочным клапаном, турбомашина во втором трубопроводе для защитного газа между подготовительным модулем и газовым уплотнением имеет датчик, который определяет давление защитного газа между подготовительным модулем и газовым уплотнением, регулировочный блок выполнен так, что регулировочный клапан регулирует давления, или массовый поток, или объемный поток, измеренный датчиком. Изобретение направлено на уменьшение инвестиционных затрат на подготовку защитного газа для газового уплотнения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к турбомашине, в частности турбокомпрессору, содержащей по меньшей мере один ротор, который проходит вдоль оси, содержащей по меньшей мере одно положение высокого давления, содержащей по меньшей мере одно соевое положение низкого давления, при этом рабочая текучая среда в положении высокого давления имеет более высокое давление при работе турбомашины, чем в положении низкого давления, содержащая по меньшей мере одно газовое уплотнение, которое с помощью защитного газа уплотняет зазор между ротором и статором турбомашины, содержащей подготовительный модуль, который из отбираемой в положении высокого давления в месте отбора рабочей текучей среды готовит защитный газ, при этом защитный газ подается в газовое уплотнение. Кроме того, изобретение относится к способу работы турбомашины.

Турбомашины, в частности турбокомпрессоры, сгораемых и/или токсичных газов часто уплотняются с помощью газовых уплотнений, в частности сухих газовых уплотнений. Защитный газ для этих газовых уплотнений отбирается, как правило, из нагнетательных патрубков компрессора, обрабатывается с понижением его давления и подается в газовые уплотнения. В компрессорах с очень высокими давлениями с сухими газовыми уплотнениями трудно создавать компоненты для функциональной обработки (отделения жидкости, фильтрации, нагревания, регулирования давления). Кроме того, эти компоненты являются очень дорогостоящими.

Исходя из указанной в начале турбомашины, в основу изобретения положена задача уменьшения инвестиционных расходов для подготовки защитного газа для газового уплотнения.

Для решения задачи изобретения предлагается, согласно изобретению, устройство указанного в начале вида с дополнительными признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, для решения задачи предлагается способ, согласно пункту 5 формулы изобретения. Соответствующие зависимые пункты формулы изобретения содержат предпочтительные модификации изобретения.

Указания направления, такие как аксиальное, радиальное, тангенциальное или окружное направление, всегда относятся, если не указано иначе, к оси ротора турбомашины.

Подготовительный модуль, согласно изобретению, содержит существенную часть приготовления защитного газа из рабочей текучей среды. К этому относится по меньшей мере отделение жидкости, или фильтрация, или нагревание, или регулирование давления защитного газа. За счет расположения подготовительного модуля позади регулировочного клапана компоненты подготовительного модуля могут быть выполнены для меньшего давления и поэтому являются по меньшей мере более дешевыми. При особенно высоких давлениях компрессора можно, таким образом, исключить проблемы приобретения таких составляющих частей подготовительного модуля и особое их изготовление. За счет этого обеспечивается меньшая стоимость, более широкий выбор поставщиков и более короткие сроки поставки. В качестве дополнительного положительного эффекта значительно уменьшается возможная опасность на основании более низкого давления в подготовительном модуле, что имеет важное значение при горючих или токсичных газах.

Особенно целесообразным является применение изобретения для компрессора, в частности компрессора высокого давления для давлений свыше 100 бар.

Особенно целесообразно, датчик измеряет либо давление позади подготовительного модуля, либо разницу давления на дросселе, с целью надежного контролирования массового, соответственно, объемного потока защитного газа для газового уплотнения. Целесообразно, после регулировочного клапана находится отвод на более низкий уровень давления, который может быть заперт, например, с помощью предохранительного клапана для случая, что находящаяся в трубопроводе после регулировочного клапана возможно токсичная или горючая рабочая текучая среда за счет неисправности регулирования давления, соответственно разницы давления, превышает максимально допустимое давление, и за счет этого создается опасность выхода в окружение турбомашины. Этот низкий уровень давления может быть, например, отводом к факелу, где рабочая текучая среда, если она сгораема, сжигается в факеле.

Особенно предпочтительно регулировочный блок содержит преобразователь разницы давления, который регулирует разницу давления между давлением в месте отбора рабочей текучей среды и давлением защитного газа по потоку после подготовительного модуля на номинальное значение. Это номинальное значение может быть моментальным, заданным вышестоящим блоком регулирования номинальным значением, которое зависит от фактических рабочих условий турбомашины.

Особенно предпочтительно турбомашина имеет компенсирующий поршень, т.е. уступ в роторе R, который с помощью уплотнения вала обеспечивает, что воздействующие на уступ на обеих сторонах давления максимально компенсируют или уменьшают тягу турбомашины в номинальном режиме. Кроме того, камера компенсирующего поршня соединена со стороной всасывания турбомашины, и за счет этого уплотнительные давления газовых уплотнений на стороне всасывания и на стороне сжатия почти идентичны. Давление в камере компенсирующего поршня на основании потерь потока лишь немного выше давления на стороне всасывания и поэтому используется в качестве импульсного давления для регулирования. Рабочая текучая среда, которая отбирается для защитного газа посредством отбора в положении высокого давления, может предпочтительно отбираться в нагнетательном патрубке турбомашины в зоне этого компенсирующего поршня и подаваться, согласно изобретению, через регулировочный клапан в подготовительный модуль.

Ниже приводится более подробное описание изобретения на основе специального примера выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображено:

фиг. 1 – блок-схема турбомашины, согласно изобретению, соответственно способа, согласно изобретению.

На фиг. 1 показана блок-схема турбомашины ТМ, согласно изобретению, соответственно способа, согласно изобретению. Турбомашина ТМ выполнена в этом примере выполнения в виде турбокомпрессора СО с ротором R, который проходит вдоль оси Х. Вдоль оси Х турбокомпрессор СО имеет положение HPS высокого давления и положение LPS низкого давления, в которых во время работы находится рабочая текучая среда PF под более высоким давлением, соответственно, под более низким давлением на пути прохождения потока турбомашины ТМ. Между статором CAS и ротором R турбомашины ТМ не изображенный зазор GP уплотнен с помощью газового уплотнения DGS на обеих сторонах турбомашины. Турбомашина ТМ, соответственно статор CAS, который выполнен в виде корпуса, имеет вход INL и выход OTL, при этом рабочая текучая среда PF транспортируется через вход INL в турбомашину для сжатия до выхода OTL с более высоким уровнем давления и выходит из турбомашины. На выходе OTL предусмотрено место ЕХ отбора рабочей текучей среды PF, при этом рабочая текучая среда PF из этого положения HPS высокого давления с помощью трубопровода PIP1 турбомашины ТМ направляется к регулировочному клапану CV. В регулировочном клапане PF понижается давление рабочей текучей среды PF, и рабочая текучая среда направляется в подготовительный модуль SGM для обработки рабочей текучей среды PF в защитный газ SG. Из подготовительного модуля SGM защитный газ SG с помощью второго трубопровода PIP2 направляется к газовому уплотнению DGS. Регулировочный блок CU управляет положением регулировочного клапана CV так, что давление отбора понижается настолько, что в газовом уплотнении DGS устанавливается желаемое давление защитного газа SG. Для этого регулировочный клапан CV имеет преобразователь DPT разницы давления, который в качестве датчика SEN сравнивает давление после подготовительного модуля SGM с давлением на компенсирующем поршне ВР турбомашины ТМ и в зависимости от него регулирует посредством управления регулировочным клапаном CV давление защитного газа SG перед газовыми уплотнениями DGS. Во втором трубопроводе PIP2 и в соответствующих подводах к газовым уплотнениям DGS предусмотрены экраны ТН, на которых уменьшается разница давления. Предпочтительно, давление защитного газа SG устанавливается с помощью регулировочного клапана CV так, что падение давления на экранах ТН и в камере компенсирующего поршня РВ постоянно устанавливается на определенное номинальное значение.

При неисправности регулировочного клапана CV может возникнуть состояние полного открывания регулировочного клапана CV. За счет этого в направлении подготовительного модуля SGM и экранов ТН будет проходить намного больше рабочей текучей среды PF, и за счет этого, на основании характеристики сопротивления подготовительного модуля SGM и экранов ТН, давление перед газовыми уплотнениями DGS будет значительно выше, так что может быть превышено расчетное значение. Для защиты от этой неисправности предусмотрен предохранительный клапан SV по потоку после регулировочного клапана CV, который открывается, начиная с определенного давления срабатывания. Давление срабатывания лежит слегка выше максимально устанавливающегося давления во время работы после регулировочного клапана CV. Компоненты трубопроводов PIPI и PIP2, подготовительный модуль SGM, регулировочный клапан CV и экраны ТН выполнены по меньшей мере для такого давления срабатывания предохранительного клапана SV.

1. Турбомашина (ТМ), в частности турбокомпрессор (СО), содержащая

- по меньшей мере один ротор (R), который проходит вдоль оси (Х),

- по меньшей мере одно осевое положение (HPS) высокого давления вдоль пути прохождения рабочей текучей среды (PF) через турбомашину (ТМ),

- по меньшей мере одно осевое положение (LPS) низкого давления вдоль пути прохождения рабочей текучей среды (PF) через турбомашину (ТМ),

при этом рабочая текучая среда (PF) в положении (HPS) высокого давления имеет более высокое давление при работе турбомашины (ТМ), чем в положении (LPS) низкого давления,

- по меньшей мере одно газовое уплотнение (DGS), которое с помощью защитного газа (SG) уплотняет зазор (GP) между ротором (R) и статором (CAS) турбомашины (ТМ),

- подготовительный модуль (SGM), который из отбираемой в положении (HPS) высокого давления в месте (ЕХ) отбора рабочей текучей среды (PF) готовит защитный газ (SG), при этом защитный газ (SG) подается в газовое уплотнение (DGS),

отличающаяся тем, что

- в первом трубопроводе (PIP1) турбомашины (ТМ), который направляет рабочую текучую среду (PF) от положения (HPS) высокого давления к подготовительному модулю (SGM), предусмотрен регулировочный клапан (CV),

- турбомашина (ТМ) содержит регулировочный блок (CU), который управляет регулировочным клапаном (CV),

- турбомашина (ТМ) во втором трубопроводе (PIP2) для защитного газа (SG) между подготовительным модулем (SGM) и газовым уплотнением (DGS) имеет датчик (SEN), который определяет давление (PSG), или массовый поток (MSG), или объемный поток (VSG) защитного газа (SG) между подготовительным модулем (SGM) и газовым уплотнением (DGS),

- регулировочный блок (CU) выполнен так, что регулировочный клапан (CV) регулирует давления, или массовый поток, или объемный поток, измеренный датчиком (SEN).

2. Турбомашина по п. 1, в которой турбомашина (ТМ) является турбокомпрессором (СО).

3. Турбомашина по любому из пп. 1 или 2, в которой датчик (SEN) выполнен в виде измерителя разницы давления между давлением в положении у компенсирующего поршня (ВР) турбомашины (ТМ) и давлением защитного газа (SG) по потоку после подготовительного модуля (SGM) и направляет значение разницы давления в регулировочный блок (CU).

4. Турбомашина по п. 3, в которой регулировочный блок регулирует разницу давления, измеренную датчиком (SEN), с помощью регулировочного клапана (CV) на номинальное значение.

5. Способ работы турбомашины (ТМ), в частности турбомашины (ТМ) по любому из пп. 1–4, отличающийся тем, что

- рабочую текучую среду (PF) отбирают в месте (ЕХ) отбора в осевом положении (HPS) высокого давления вдоль пути прохождения потока через турбомашину (ТМ) и отобранную рабочую текучую среду (PF) направляют в подготовительный модуль (SGM),

- подготовительный модуль (SGM) готовит из отобранной рабочей текучей среды (PF) защитный газ (SG) посредством отделения жидкости, фильтрации, нагревания и/или согласования давления,

- при этом защитный газ (SG) направляют в газовое уплотнение (DGS) турбомашины (ТМ),

- при этом предусмотрено по меньшей мере одно осевое положение (LPS) низкого давления вдоль пути прохождения рабочей текучей среды (PF) через турбомашину (ТМ),

- при этом рабочая текучая среда (PF) в положении (HPS) высокого давления имеет более высокое давление при работе турбомашины (ТМ), чем в положении (LPS) низкого давления,

отличающийся тем, что

- в первом трубопроводе (PIP1) турбомашины (ТМ), который направляет рабочую текучую среду (PF) от положения (HPS) высокого давления к подготовительному модулю (SGM), дросселируют рабочую текучую среду с помощью регулировочного клапана (CV),

- регулировочный блок (CU) турбомашины (ТМ) управляет регулировочным клапаном (CV),

- защитный газ (SG) с помощью второго трубопровода (PIP2) направляют из подготовительного модуля (SGM) в газовое уплотнение (DGS),

- давление (PSG), или массовый поток (MSG), или объемный поток (VSG) во втором трубопроводе (PIP2) определяют с помощью датчика (SEN),

- регулировочный клапан (CV) регулирует давления, или массовый поток, или объемный поток, измеренный датчиком (SEN), посредством управления регулировочным клапаном (CV).

Группа изобретений относится к устройству регулирования газового потока при его прохождении через канал. Устройство регулирования газового потока в канале содержит множество поворотных лопаток (27, 28).

Опора вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты), цилиндрическая составляющая вала ротора, внешний стяжной элемент вала ротора // 2614018

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Задняя опора вала ротора КНД ТРД выполнена радиально-упорной, включает соединенные барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие вала ротора и содержит шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части.

Обогревательная установка // 2611221

Обогревательная установка содержит воздушное впускное отверстие, по меньшей мере одно воздушное выпускное отверстие, импеллер, электродвигатель, вращающий импеллер, интерфейс пользователя, позволяющий пользователю выбирать скорость вращения электродвигателя, и по меньшей мере один нагревательный узел, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом, для нагревания воздуха, проходящего от воздушного впускного отверстия к соответствующему воздушному выпускному отверстию.

Центробежный компрессор, снабженный маркером измерения износа, и способ мониторинга износа, использующий этот маркер // 2606165

Центробежный компрессор газовой турбины с радиальным воздухозаборником содержит крыльчатку, укомплектованную лопатками, и крышку истечения воздушного потока в лопатки крыльчатки.

Система автоматизированного управления модульной компрессорной станцией // 2601911

Изобретение относится к системам управления оборудованием компрессорных станций. Система содержит программируемый контроллер 1 сбора информации и управления, связанный с датчиком 2 давления воздуха в магистрали и с компрессорной установкой 3, снабженной силовой установкой 4 и устройством 5 плавного пуска.

Способ регулирования компрессорного цеха // 2591984

Изобретение относится к области эксплуатации цеховых регуляторов на компрессорных цехах компрессорных станций. В способе регулирования компрессорного цеха, включающем контроль расхода топливного газа, поочередно изменяют нагрузки групп ГПА, работающих в трассу, для чего двум ГПА группы одновременно меняют частоты вращения роторов турбин низкого давления в противоположных направлениях на одинаковую величину.

Турбокомпрессор с регулируемым наддувом // 2581506

Изобретение относится к турбокомпрессорам. Новым в устройстве является то, что газоприемный корпус содержит профилированные фронтальный и радиальный каналы для подвода газов, соединенные с нижними левым и правым нагнетательными каналами газоприемного корпуса соответственно, верхние каналы которого являются перепускными для отвода газов, при этом каналы для подвода газов соединяются попарно с перепускными каналами через устройство управления производительностью турбины в виде двух параллельных поворотных задвижек, установленных на валиках на входе газоприемного корпуса с управлением посредством пневмодвигателей, а рабочее колесо при этом представляет комбинацию лопаток специального профиля выполненного на цилиндрической и тороидальной части с переходами от одной геометрической поверхности к другой.

Способ управления электродвигателем вентилятора // 2574386

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем вентилятора, имеющего большой момент инерции. Технический результат заключается в уменьшении потребления электроэнергии из сети за счет использования энергии инерционных масс вентилятора.

Способ управления компрессором // 2570301

Изобретение относится к способу управления компрессором. Способ содержит следующие этапы: а) передача по меньшей мере одного заданного значения параметра компрессора, b) определение по меньшей мере двух значений регулирующего воздействия по меньшей мере двух исполнительных элементов компрессора на основе заданного значения, с) определение основанного на модели теоретического состояния компрессора на основе значений регулирующего воздействия, d) итерационная коррекция по меньшей мере одного из значений регулирующего воздействия в зависимости от теоретического состояния, е) управление по меньшей мере одним из исполнительных элементов на основе значения регулирующего воздействия.

Устройство для измерения температуры в проточном канале первичного потока двухконтурного турбореактивного двигателя // 2559563

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры в первичном потоке двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя.

Ступень компрессора // 2634648

Ступень (10) компрессора с всасывающим со стороны статора штуцером, через который уплотняемая на участке ступени компрессора среда может подаваться в ступень компрессора, с входным каналом (11) со стороны статора, через который уплотняемую среду, выходящую из штуцера, можно транспортировать в направлении к рабочему колесу (14) со стороны ротора. Рабочее колесо (14) имеет радиально внутреннюю ступицу (16), радиально внешний покрывной диск (17) и продолжающиеся между ступицей (16) и покрывным диском (17) лопатки (18) рабочего колеса, причем для измерения переменного перепада давления в ступени компрессора в ней предусмотрены положительная точка измерения и отрицательная точка измерения, причем отрицательная точка измерения позиционирована вверх по потоку рабочего колеса (14) снаружи входного канала (11) со стороны статора в ответвляющейся от входного канала кольцевой щели (24). Изобретение направлено на оптимизацию эксплуатации компрессора. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя // 2639923

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических и гидромеханических системах автоматического управления ГТД. Сущность изобретения заключается в упрощении реализации способа управления механизацией компрессора ГТД по приведенной частоте вращения турбокомпрессора (ТК) двигателя за счет определения приведенной частоты вращения ТК по внутридвигательным параметрам двигателя без измерения температуры воздуха на входе в двигатель. Это достигается тем, что частота вращения ТК двигателя, найденная по приведенной дроссельной характеристике двигателя с использованием расхода топлива в двигатель, приведенного только по давлению воздуха входе в двигатель, корректируется на величину, пропорциональную отклонению этой частоты от измеренной частоты вращения ТК. Коэффициент коррекции определяется характером приведенной дроссельной характеристики и режимом работы двигателя. Положительным эффектом изобретения является упрощение технических устройств управления механизацией компрессора ГТД и, как следствие, снижение стоимости и повышение надежности ГТД. 1 ил., 1 табл.

Компрессорная система и способ функционирования компрессорной системы в зависимости от фактической ситуации рельсового транспортного средства // 2640681

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Компрессорная система включает в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор, резервуар для сжатого воздуха. Электродвигатель выполнен с возможностью настройки посредством регулировочного устройства, по меньшей мере, с одной частотой вращения, в пределах от максимальной частоты вращения до минимальной частоты вращения. В расположенном по ходу потока от компрессора, проводящем сжатый воздух трубопроводе расположен датчик давления для определения давления для регулировочного устройства. Исполнительный орган для непрерывного воздействия на частоту вращения электродвигателя расположен между устройством подачи электроэнергии и электродвигателем. Настройка исполнительного органа осуществляется в соответствии с сенсорным устройством, включающим в себя датчик для регистрации внешнего граничного условия рельсового транспортного средства, через регулировочное устройство. Достигается повышение эффективности компрессорной системы и понижение шума при ее работе. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ сборки приводного силового гидроцилиндра и приводной силовой гидроцилиндр // 2645945

Узел турбомашины содержит компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, промежуточный корпус, размещенный между ними, клапан перепуска воздуха и приводной силовой гидроцилиндр клапана перепуска воздуха. Клапан перепуска воздуха расположен между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления и установлен во внутреннем кожухе промежуточного корпуса. Приводной силовой гидроцилиндр клапана перепуска воздуха содержит цилиндр, продолженный разделителем, используемым для крепления приводного силового гидроцилиндра к стенке корпуса турбомашины, и стержень поршня, окруженный разделителем и предназначенный для соединения с концом механизма передачи. Разделитель не содержит боковые отверстия, а расположенный вниз по потоку фланец промежуточного корпуса крепится на боковой стороне разделителя. При сборке приводного силового гидроцилиндра размещают стержень поршня так, что он выступает из разделителя, затем соединяют выступающий стержень поршня с концом механизма передачи, выступающим из стенки корпуса на стороне приводного силового гидроцилиндра. Втягивают стержень поршня так, чтобы подводить цилиндр ближе к указанной стенке корпуса, и крепят разделитель к стенке корпуса. Группа изобретений позволяет обеспечить противопожарную защиту приводного силового гидроцилиндра клапана перепуска воздуха без существенного усложнения процесса его сборки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.