СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОКОМПРЕССОРА Российский патент 2004 года по МПК F04D29/08 

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 [1], содержащая установленные на валу турбокомпрессора лабиринтные уплотнения, первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа, соединяющую нагнетательный патрубок турбокомпрессора с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, 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 в этой линии, который служит для аварийной остановки агрегата при разгерметизации уплотнения.

Недостатком данной системы уплотнений является большая инерционность системы аварийной остановки агрегата. При этом в течение всего времени, пока идет понижение давления газа в проточной части турбоагрегата, рабочий газ при том же давлении находится в камерах между лабиринтными и торцовыми уплотнениями. Это приводит к высоким перетечкам газа при разгерметизации уплотнения, а следовательно, к снижению надежности турбоагрегата в целом.

В основе изобретения лежит техническая задача повышения надежности и экономичности работы системы уплотнений за счет установки в системе уплотнений клапана аварийного сброса газа, соединенного с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе уплотнений турбокомпрессора, содержащей установленные на валу турбокомпрессора лабиринтные уплотнения, первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа, соединяющую нагнетательный патрубок турбокомпрессора с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, 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, согласно предлагаемому изобретению дополнительно установлен клапан аварийного сброса газа, который соединен с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений.

При этом клапан аварийного сброса газа может быть соединен с камерами, расположенными между лабиринтными и торцовыми уплотнениями отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа.

Кроме того, клапан аварийного сброса газа может быть соединен отдельным трубопроводом с линией подвода очищенного газа на участке после ограничителя расхода до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и линии подвода очищенного газа от места подсоединения клапана до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа.

Таким образом, система уплотнений турбокомпрессора обладает следующими существенными отличительными признаками:

- система дополнительно снабжена клапаном аварийного сброса газа, который соединен с камерами, расположенными между торцовыми и лабиринтными уплотнениями;

- привод клапана соединен с сигнализатором повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений;

- клапан аварийного сброса газа может быть соединен с камерами, расположенными между лабиринтными и торцовыми уплотнениями, отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа;

- клапан аварийного сброса газа может быть соединен отдельным трубопроводом с линией подвода очищенного газа на участке после ограничителя расхода до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и линии подвода очищенного газа от места подсоединения клапана до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа.

Перечисленные выше существенные отличительные признаки необходимы и достаточны для решения поставленной технической задачи, а именно повышения надежности и экономичности системы:

- снабжение системы клапаном аварийного сброса газа, который соединен с камерами, расположенными между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, при аварийной остановке компрессора из-за разгерметизации торцовых уплотнений позволяет за очень короткий промежуток времени уменьшить давление в камерах между торцовыми и лабиринтными уплотнениями и благодаря этому значительно снизить утечки газа через торцовое уплотнение, а значит, повысить надежность компрессора;

- соединение привода клапана с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений позволяет открывать клапан аварийного сброса газа только в случае аварийной остановки компрессора по повышению давления в какой-либо из линий отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений;

- соединение клапана аварийного сброса газа с камерами, расположенными между лабиринтными и торцовыми уплотнениями, отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа, создает условия, при которых газ поступает в камеры в количестве, меньшем, чем сбрасывается из них, что и обеспечивает понижение давления;

- соединение клапана аварийного сброса газа отдельным трубопроводом с линией подвода очищенного газа на участке после ограничителя расхода до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и линии подвода очищенного газа от места подсоединения клапана до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа, обеспечивает сброс газа из камер в большем количестве, чем поступает в них через лабиринтные уплотнения и ограничитель расхода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлены примеры конкретного осуществления изобретения.

На фиг.1 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями.

На фиг.2 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с 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 1 и лабиринтных 2 уплотнений, установленных на валу 3 компрессора 4, линию подвода 5 газа, соединяющую нагнетательный патрубок 6 компрессора с камерой 7 между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, на которой установлены фильтры 8 и ограничитель расхода 9. Камеры 7 соединены трубопроводом 10 с клапаном 11 аварийного сброса газа, открытие и закрытие которых осуществляется приводом 12. Система уплотнений также имеет линию отвода утечек 13 после первой ступени торцового уплотнения, на которой установлены ограничитель расхода 14 и сигнализатор повышения давления 15 и линию отвода утечек 16 после второй ступени торцового уплотнения.

В системе уплотнений на фиг.2 клапан 11 аварийного сброса газа соединен трубопроводом 10 с линией 5 подвода очищенного газа к узлам уплотнений на участке от ограничителя расхода 9 до камер 7 между торцовыми 1 и лабиринтными 2 уплотнениями.

Система работает следующим образом. Газ из нагнетательного патрубка 6 компрессора 4 по линии подвода 5 поступает в фильтр 8, а затем, пройдя через ограничитель расхода 9, в камеры 7 между торцовыми 1 и лабиринтными 2 уплотнениями. Из камер 7 основной поток газа проходит через лабиринтные уплотнения 2 в проточную часть компрессора 4. Одновременно часть газа проходит через первые ступени торцовых уплотнений 1 в линии отвода утечек 13 и далее через ограничитель расхода 14 на сброс в атмосферу. Чем выше расход газа через ограничитель расхода 14, тем больше давление в линии отвода утечек 13. Это давление контролируется сигнализатором повышения давления 15.

Одновременно часть газа, прошедшего через первые ступени торцовых уплотнений 1, проходит через вторые ступени торцовых уплотнений и далее в линию отвода утечек 16. При исправной работе торцовых уплотнений расход газа через них небольшой и обычно не превышает 40...80 нл/мин.

По мере разгерметизации торцовых уплотнений возрастают утечки газа через первую ступень торцового уплотнения 1 и, следовательно, повышается перепад давления на ограничителе расхода 14, что приводит к росту давления в линии отвода 13. При определенном давлении в этой линии сигнализатор повышения давления 15 выдает предупредительный сигнал, а при дальнейшем повышении давления - сигнал на аварийный останов турбокомпрессора и одновременно на привод 12, который открывает клапан 11 аварийного сброса газа из камер 7 между торцовыми 1 и лабиринтными 2 уплотнениями.

Газ из камер 7 по трубопроводу 10 отводится через клапан 11 аварийного сброса в линию сброса утечек. При этом независимо от давления в проточной части компрессора в камерах между торцовыми и лабиринтными уплотнениями устанавливается давление, равное давлению в линии аварийного сброса газа, т.е. практически атмосферное. Это обеспечивается тем, что гидравлическое сопротивление клапана 11 аварийного сброса газа и трубопровода 10, соединяющих его с камерами 7, значительно ниже, чем сопротивление протеканию газа через лабиринтные 2 уплотнения и ограничитель расхода 9, установленный на линии подвода газа 5.

Таким образом, в камеры 7 газа поступает меньше, чем уходит из них. Следовательно, благодаря тому что давление в камерах 7 перед торцовыми уплотнениями упадет, утечки газа через первые ступени торцовых уплотнений значительно уменьшатся. При соединении клапана 11 трубопроводом 10 с линией подвода 5 на участке после ограничителя расхода 9 до камер 7 газ поступает при аварийном открытии клапана 11 из камер 7 по участку линии подвода 5, а затем по трубопроводу 10 к клапану 11 и далее в линию сброса утечек.

Благодаря тому что суммарное гидравлическое сопротивление участка линии подвода 5, по которой идет утечка, а также трубопровода 10 и клапана 11 меньше, чем сопротивление лабиринтных уплотнений 2 и ограничителя расхода 9, по которым газ поступает в камеры 7, давление газа в этих камерах начнет быстро понижаться. При этом утечка газа через первые ступени торцовых уплотнений также снизится. Следует отметить, что открытие клапана аварийного сброса газа из камер между торцовыми и лабиринтными уплотнениями осуществляется только при аварийном останове компрессора по разгерметизации торцовых уплотнений. При нормальных остановках компрессора по другим причинам клапан аварийного сброса не открывается.

Таким образом, заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями обладает значительными технико-экономическими преимуществами, заключающимися в повышении надежности и экономичности путем уменьшения утечек газа через торцовое уплотнение, при разгерметизации последнего за счет практически мгновенного уменьшения давления газа в камерах перед торцовыми уплотнениями.

Заявляемая конструкция системы уплотнений турбокомпрессора может быть применена в качестве системы уплотнений в турбокомпрессорах, перекачивающих различные газовые среды в химической, газовой и других областях промышленности.

Источник информации

1. Сухие газовые уплотнения для турбокомпрессоров и насосов. Проспект Научно-производственной фирмы "Грейс-инжинеринг", 1997 (прототип).

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в системах уплотнений турбокомпрессоров различного назначения, в частности в системах уплотнений газоперекачивающих агрегатов, для повышения надежности и экономичности работы. Система снабжена клапаном аварийного сброса газа, который соединен с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Система уплотнений турбокомпрессора, содержащая установленные на валу турбокомпрессора лабиринтные уплотнения, первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа, соединяющую нагнетательный патрубок турбокомпрессора с камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, 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 камерами между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений.2. Система уплотнений турбокомпрессора по п.1, отличающаяся тем, что клапан аварийного сброса газа соединен с камерами между лабиринтными и торцовыми уплотнениями отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа.3. Система уплотнений турбокомпрессора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с линией подвода очищенного газа на участке после ограничителя расхода до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и линии подвода очищенного газа от места подсоединения клапана до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями меньше, чем гидравлическое сопротивление лабиринтных уплотнений и ограничителя расхода, установленного в линии подачи газа.