УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ Российский патент 2006 года по МПК F16J15/40 

Изобретение относится к устройствам для изоляции и, в частности, к устройствам для изоляции, в которых использованы сухие газовые уплотнители.

Обычно в устройствах для изоляции, например, для газовых компрессоров, для герметичной изоляции камеры компрессора со стороны всасывания и выпуска, вал рабочего колеса с любой стороны снабжают устройствами для изоляции. Такие устройства для изоляции обычно включают два газовых уплотнителя, расположенных аксиально по отношению друг к другу, причем камера задается пространством между ними (SU 1132096 А, 30.12.1984).

Утечку газа через внутренний газовый уплотнитель собирают в камеру, создаваемую пространством между двумя газовыми уплотнителями, и вплоть до настоящего времени этот газ удаляют либо через факельную стойку, либо через атмосферный клапан.

В динамическом режиме утечка обычно составляет от 20 до 100 стандартных литров в минуту в зависимости от давления всасывания компрессора.

В связи с тем, что получаемый газ может быть загрязнен, обычно обеспечивают подачу фильтрованного газового продукта на обращенную к продукту сторону внутреннего уплотнителя. Получаемый газ подают либо из ступени высокого давления компрессора, либо из альтернативного источника, пропускают через систему фильтрации и направляют обратно на обращенную к продукту сторону внутреннего уплотнителя. Для обеспечения потока фильтрованного газа обращенные к продукту стороны внутренних уплотнителей функционируют при давлении всасывания. Количество фильтрованного газа, подаваемого на уплотнители, превышает объем утечки через уплотнители, так что избыток фильтрованного газа попадает в камеру компрессора, предотвращая контакт нефильтрованного газового продукта из камеры компрессора с внутренним уплотнителем.

Такие системы хорошо функционируют в динамических условиях, когда компрессор работает. Однако в статическом режиме давление всасывания и давление на выходе выравниваются. В таких условиях нет разницы давления, вызывающей поступление фильтрованного газа на обращенную к продукту сторону внутреннего уплотнителя, и необходима подкачка фильтрованного газа. В статических условиях утечка через внутренний уплотнитель снижается до 25% от уровня утечки в динамических условиях. Была поставлена задача создания системы, в которой отсутствовали бы эти недостатки.

Данная задача была решена настоящим изобретением.

Изобретение представляет собой устройство для изоляции, предназначенное для изоляции сжатого газового продукта, включающее два уплотнителя, расположенных аксиально, так что пространство между ними задает камеру, причем внутренний уплотнитель является газовым уплотнителем и расположен между сжатым газовым продуктом и камерой; устройство снабжено средствами подачи очищенного газа к входному отверстию, открывающемуся в ту сторону внутреннего уплотнителя, которая обращена к газовому продукту, отличающееся тем, что камера, задаваемая пространством между уплотнителями, соединена с резервуаром, причем резервуар имеет обратную связь с входным отверстием через усилитель напора, и устройство для изоляции снабжено средствами для подачи дополнительного очищенного газа в резервуар.

Резервуар может быть связан с факельной стойкой или через подпружиненный обратный клапан с атмосферным клапаном, давление в резервуаре поддерживается ниже рабочего противодавления факельной стойки или давления пружины обратного клапана.

Предпочтительно рабочее противодавление факельной стойки или давление пружины обратного клапана превышает атмосферное давление на величину вплоть до 5 бар, более предпочтительно на величину от 1 до 2 бар.

Усилитель напора предпочтительно поддерживает давление в резервуаре в пределах между 5% и 95% рабочего давления факельной стойки или давления пружины обратного клапана, более предпочтительно в пределах между 30% и 95%.

Усилитель напора может быть выполнен с возможностью накачки газа из резервуара со скоростью, превышающей скорость утечки газа через уплотнитель.

В устройстве могут быть предусмотрены средства для остановки работы усилителя напора в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки или давления пружины обратного клапана.

Средства для подачи дополнительного очищенного газа в резервуар могут включать клапан регулировки давления, причем клапан регулировки давления открывается для подачи очищенного газа в резервуар, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки или давления пружины обратного клапана.

В устройстве для изоляции могут быть предусмотрены средства для остановки работы усилителя напора в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки или давления пружины обратного клапана.

Клапан регулировки давления может открываться для подачи очищенного газа в резервуар, когда давление в резервуаре падает ниже 0.3 бар.

В данном устройстве могут быть предусмотрены средства для остановки работы усилителя напора в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки или давления пружины обратного клапана.

Усилитель напора может представлять собой поршневой насос, газовый бустерный насос, который приводится в действие сжатой жидкостью.

Давление просочившегося газа предпочтительно поднимается в результате многоступенчатого процесса, причем газ из первого резервуара накачивается первым усилителем напора во второй резервуар и так далее до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое давление, после чего газ закачивается обратно во входное отверстие.

Устройство может быть снабжено средствами для подачи дополнительного очищенного газа в резервуар конечную ступень многоступенчатого усилителя напора.

Очищенный газ предпочтительно является фильтрованным газовым продуктом.

Таким образом, в данном изобретении создана система, в которой газ, просачивающийся через внутренний уплотнитель, рециркулирует, что позволяет избежать необходимости сжигания газа или его выпускания в атмосферу и связанных с этим потерь газа. Дополнительная выгода состоит в существенном снижении выбросов в атмосферу.

Согласно одному аспекту данного изобретения устройство для изоляции, предназначенное для герметичной изоляции сжатого газового продукта, содержит: два уплотнителя, расположенные аксиально таким образом, чтобы пространство между ними образовало камеру для сбора утечки газа, причем внутренний уплотнитель является газовым уплотнителем и расположен между изолированным газовым продуктом и камерой; средства подачи очищенного газа к впускному отверстию внутреннего уплотнителя со стороны газообразного продукта; камеру, задаваемую пространством между уплотнителями, которая соединена с резервуаром, причем резервуар имеет обратную связь с входным отверстием через усилитель (гидроусилитель) напора; и средства для подачи дополнительного чистого газа в резервуар в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже заданного уровня.

С помощью описанного выше устройства для изоляции очищенный газ, просочившийся через внутренний уплотнитель, собирается в резервуар и возвращается обратно во внутреннюю часть внутреннего уплотнителя, что дает возможность избежать сжигания или выпускания в атмосферу любой утечки газа.

В динамических условиях напорный гидроусилитель регулируется таким образом, чтобы поддерживать давление в резервуаре в заданных пределах. Когда система соединена с факельной стойкой, заданные значения могут достигать противодавления факельной стойки, предпочтительно от 5% до 95% или, более предпочтительно, от 30% до 95% давления факельной стойки.

Когда система имеет выход в атмосферу, верхний заданный предел определяется давлением пружины обратного клапана, расположенного между резервуаром и атмосферным клапаном. Предпочтительные пределы составляют от 5% до 95% или, более предпочтительно, от 30% до 95% давления пружины.

Противодавление факельной стойки или давление пружины может превышать атмосферное давление на 5 бар, но обычно превышает атмосферное давление на величину от 1 до 2 бар.

В статических условиях напорный гидроусилитель регулируется таким образом, чтобы обеспечить избыточную скорость потока на входе во внутреннюю часть внутреннего уплотнителя по сравнению со скоростью утечки через внутренний уплотнитель. Необходимый для этого дополнительный очищенный газ поступает в резервуар из запаса очищенного газа.

Дополнительный очищенный газ вводят в резервуар для предотвращения образования в нем вакуума. Предпочтительно дополнительный очищенный газ вводят в резервуар, когда давление в резервуаре падает ниже 30% противодавления факельной стойки или давления пружины, более предпочтительно дополнительный очищенный газ вводят, когда давление в резервуаре падает ниже 0.3 барг.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения и внутренний, и внешний уплотнители, задающие камеру для сбора утечки газа, являются газовыми уплотнителями. Однако с внешней стороны камеры могут быть использованы и другие виды уплотнителей, например, сегментированные углеродные кольца, втулки с малым зазором или уплотнения с лабиринтной втулкой. Более того, между внутренним уплотнителем и камерой для продукта могут быть установлены дополнительные уплотнители.

Далее приведено описание данного изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:

На Фиг.1 приведено схематическое изображение устройства для изоляции согласно данному изобретению; и

На Фиг.2 приведено схематическое изображение альтернативного варианта осуществления данного изобретения.

Фиг.1 схематически иллюстрирует компрессор 10, имеющий всасывающее отверстие 12 и выпускное отверстие 14. Рабочее колесо 16 установлено с возможностью вращения на валу 18 в подшипниках 20. Устройства для изоляции 22 расположены между корпусом компрессора и подшипниками 20. Каждое устройство для изоляции 22 включает внутренний и внешний газовые уплотнители 24, 26, которые расположены аксиально, а пространство между ними определяет камеру 28. Газовые уплотнители 24, 26 имеют традиционную конструкцию с ротором 30, установленным с возможностью вращения с помощью вала 18, и статором 32, который предназначен для аксиального (осевого) движения и герметично изолирован от корпуса 34. Статор 32 с помощью упругих элементов (не показаны) аксиально подталкивается к контакту с ротором 30. На уплотняющих поверхностях ротора 30 или статора 32 расположены пазы, действие которых при вращении вала 18 приводит к созданию газовой подушки между ротором 30 и статором 32.

В таких динамических условиях утечка через внутренний уплотнитель 24 обычно составляет примерно от 20 до 100 стандартных литров в минуту в зависимости от размера, давления всасывания и скорости компрессора 10. В статических условиях, когда компрессор не работает, упругие элементы подталкивают ротор 30 в контакт со статором 32, снижая утечку через внутренний уплотнитель. В таких статических условиях утечка через внутренний уплотнитель 24 обычно составляет порядка 25% утечки в динамических условиях. Газ, получаемый из выпускного отверстия на стороне высокого давления 14 компрессора 10 или из более высокой, нежели всасывание, ступени компрессора, отбирают и направляют в точку А фильтрующего модуля 36. Альтернативно, в точку А может быть направлен газ из альтернативного источника. Фильтрованный газ затем подают к входным отверстиям 38, открывающимся во внутренние уплотнители 24 со стороны продукта. Этот фильтрованный газ поступает со скоростью, превышающей скорость утечки через уплотнители 24, так что избыток фильтрованного газа нагнетается вдоль вала 18 в камеру компрессора, предотвращая контакт нефильтрованного газового продукта, который может быть загрязнен, с внутренними уплотнителями 24. Обращенная на сторону продукта часть внутреннего уплотнителя 24 на разгрузочной стороне (стороне высокого давления) компрессора 10 соединена линией 40 с всасывающим отверстием 12, так что в динамических условиях обращенная на сторону продукта часть внутреннего уплотнителя 24 на обеих сторонах компрессора 10 будет находиться под давлением всасывания. В результате, фильтрованный газ, находящийся под давлением выше давления всасывания, будет поступать на обращенные на сторону продукта части уплотнителей 24, находящиеся под более низким давлением всасывания.

В дальнейшем описании соединения с устройствами для изоляции 22 на каждой стороне компрессора являются идентичными, и поэтому дается ссылка на устройство для изоляции 22 только на одной стороне. Газ, просачивающийся через внутренний уплотнитель 24, собирается в камере 28 между уплотнителями 24 и 26. В уплотнителях этого типа рабочая утечка газа, собираемая в камере 28, до настоящего времени должна была по линии 52 подаваться на факельную стойку 44 или на атмосферный клапан. Давление на факельной стойке 44 обычно превышает атмосферное давление примерно на величину от 1 до 2 бар, но может быть выше атмосферного давления и на 5 бар. Атмосферный клапан должен находиться при атмосферном давлении.

Согласно данному изобретению резервуар 50 соединен с линией 52 между камерой 28 и факельной стойкой 44 или атмосферным клапаном. Обратный клапан 54 предотвращает поступление газа из резервуара 50 в камеру 28. Обратный клапан 60 расположен между соединением с резервуаром 50 и факельной стойкой 44 или атмосферным клапаном, причем обратный клапан 60 остается закрытым, когда давление на линии 52 оказывается ниже давления факельной стойки или давления, заданного пружиной обратного клапана 60. Поэтому пока давление в линии 52 остается ниже этих уровней, газ, просачивающийся через уплотнитель 24, будет собираться в резервуаре 50. Как только давление в линии 52 поднимется выше давления факельной стойки или давления пружины обратного клапана, обратный клапан 60 откроется, давая возможность газу выходить к факельной стойке 44 или к атмосферному клапану. Резервуар 50 снабжен предохранительным клапаном 58, который соединяет резервуар 50 с факельной стойкой 44 или атмосферным клапаном в том случае, если давление внутри поднимется выше заданного уровня из-за сбоя в работе системы, например, из-за повреждения уплотнителя 24.

Напорный гидроусилитель 70 соединен с резервуаром 50 для откачки газа из него. Напорный гидроусилитель предпочтительно представляет собой одноступенчатый или двухступенчатый бустерный насос, в котором поршень движется либо за счет сжатого азота или воздуха, либо за счет нагнетательной жидкости из емкости 72. Альтернативно, могут быть использованы и другие виды поршневых насосов, например, насос с электроприводом. Напорный гидроусилитель 70 регулируется с помощью блока управления 74. Напорный гидроусилитель 70 подает газ из резервуара 50 по линии 75 через обратный клапан 76, обратно к входному отверстию 38, где он рециркулирует через уплотнитель 24.

Входное отверстие в резервуар 50 также соединено с линией 78 ниже фильтрующего модуля 36 посредством линии 80. Обратный клапан 82, расположенный дальше на линии 80, предотвращает попадание газа с линии 75 на линию 80. Линия 80 также включает клапан регулировки давления 84, который открывается в том случае, когда давление в резервуаре 50 падает ниже заданного уровня до величины порядка 0.3 барг (относительно вакуума). Линия 75 также соединена с факельной стойкой 44 или атмосферным клапаном через клапан сброса давления 86 и обратный клапан 88.

В действии, когда компрессор 10 работает, фильтрованный газ обычным способом подается на обращенную к продукту сторону газовых уплотнителей 24 через входное отверстие 38 за счет разницы давления на всасывающей стороне и давления на разгрузочной стороне (стороне высокого давления) компрессора 10. Фильтрованный газ, просачивающийся через уплотнители 24, вместо сжигания на факельной стойке 44 или сброса через атмосферный клапан, собирают в резервуаре 50. Напорный гидроусилитель 70 повышает давление собранного в резервуаре 50 просочившегося газа, так что он может быть возвращен во входное отверстие 38 и повторно использован. Для поддержания давления в резервуаре 50 на уровне между 30% и 95% давления на факельной стойке или давления пружины обратного клапана 60 снабженной клапанами системы напорный гидроусилитель 70 регулируется с помощью блока управления 74. В таких условиях клапан регулировки давления 84 остается закрытым, так что дополнительный фильтрованный газ в резервуар 50 не поступает. Переключатели индикаторов давления 90, 92, 94 соединены с резервуаром 50, индикатор 90 указывает на повышенное давление в резервуаре 50, индикатор 92 указывает на пониженное давление в резервуаре 50 и индикатор 94 указывает на то, что давление в резервуаре 50 является очень низким. Электромагнитный клапан 96 автоматически закрывает источник нагнетательной жидкости для напорного гидроусилителя и, таким образом, останавливает накачку из резервуара 50 в том случае, если давление в нем очень низкое.

В статических условиях, когда компрессор 10 не работает, нет разницы между давлением на всасывающей стороне и давлением на нагнетательной стороне компрессора 10, вызывающей движение фильтрованного газа через входные отверстия 38 на обращенную к продукту сторону уплотнителей 24. В этих условиях напорный гидроусилитель 70 регулируется с помощью блока управления 74 таким образом, чтобы накачивать газ из резервуара 50 во входное отверстие 38 со скоростью, превышающей скорость нормальной эксплуатационной утечки через уплотнители 24, которая обычно составляет порядка 25% динамической утечки. Перекачивание газа с такой скоростью вызовет падение давления в резервуаре 50, и когда оно упадет ниже заданного уровня (обычно 0.3 барг) клапан регулировки давления 84 откроется, давая возможность поступления дополнительного фильтрованного газа из линии 78. Этот газ, также как и газ, просачивающийся через уплотнители 24, будет затем закачан обратно во входное отверстие 38 с помощью напорного гидроусилителя 70. Таким образом, фильтрованный газ постоянно циркулирует через уплотнители 24 и создает барьер очищенного газа между газом в камере компрессора и уплотнителями 24.

В зависимости от производительности напорного гидроусилителя 70, описанная выше система обычно способна увеличить давление вплоть до примерно 50 бар. Для использования более высоких давлений, может быть использована система многоступенчатого сжатия, например, как показано на Фиг.2.

Фиг.2 иллюстрирует устройство двухступенчатого сжатия, которое подходит для повышения давления до примерно 100 бар. Для обозначения элементов, аналогичных использованным в варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг.1, использованы те же номера. Согласно этому варианту осуществления изобретения, газ из первого резервуара 50 сжимается с помощью напорного гидроусилителя 70 описанным выше способом и накачивается во второй резервуар 50'. В динамических условиях второй напорный гидроусилитель 70' регулируется для поддержания давления во втором резервуаре 50' на заданном уровне (порядка 30 бар). В этом варианте осуществления линия 80 соединена с входным отверстием второго резервуара 50', и клапан регулировки давления 84 открывается, когда давление во втором резервуаре 50' падает ниже заданного уровня (порядка 20 бар). Затем газ во втором резервуаре 50' с помощью напорного гидроусилителя 70' может быть накачан до требуемого давления подачи (вплоть до примерно 100 бар) и направлен обратно во входное отверстие 38.

Несмотря на то, что выше изобретение было раскрыто со ссылкой на вариант осуществления, в котором было использовано два устройства для изоляции, данное изобретение может быть использовано и для других устройств для изоляции, в которых газовый уплотнитель расположен на внутренней части камеры, утечка газа из которой отводится к факельной стойке или выбрасывается в атмосферу. Кроме того, изобретение может быть использовано для любой системы, имеющей небольшой объем или низкое давление утечки газа.

Изобретение относится к уплотнительной технике. Устройство для изоляции, предназначенное для изоляции сжатого газового продукта, включает два уплотнителя, расположенные аксиально, так что пространство между ними задает камеру, причем внутренний уплотнитель является газовым уплотнителем и расположен между сжатым газовым продуктом и камерой. Устройство снабжено средствами подачи очищенного газа к входному отверстию, открывающемуся в ту сторону внутреннего уплотнителя, которая обращена к газовому продукту. Камера, задаваемая пространством между уплотнителями, соединена с резервуаром, причем резервуар имеет обратную связь с входным отверстием через усилитель напора, и устройство для изоляции снабжено средствами для подачи дополнительного очищенного газа в резервуар. Изобретение повышает надежность уплотнения. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для изоляции, предназначенное для изоляции сжатого газового продукта, включающее два уплотнителя (24, 26), расположенных аксиально, так что пространство между ними задает камеру 28, причем внутренний уплотнитель (24) является газовым уплотнителем и расположен между сжатым газовым продуктом и камерой (28); устройство снабжено средствами подачи очищенного газа к входному отверстию (38), открывающемуся в ту сторону внутреннего уплотнителя (24), которая обращена к газовому продукту, отличающееся тем, что камера (28), задаваемая пространством между уплотнителями, соединена с резервуаром (50), причем резервуар (50) имеет обратную связь с входным отверстием (38) через усилитель напора (70), и устройство для изоляции снабжено средствами для подачи дополнительного очищенного газа в резервуар (50).2. Устройство для изоляции по п.1, отличающееся тем, что резервуар (50) связан с факельной стойкой (44) или через подпружиненный обратный клапан (60) с атмосферным клапаном, давление в резервуаре (50) поддерживается ниже рабочего противодавления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).3. Устройство для изоляции по п.2, отличающееся тем, что рабочее противодавление факельной стойки или давление пружины превышает атмосферное давление на величину вплоть до 5 бар.4. Устройство для изоляции по п.2, отличающееся тем, что рабочее противодавление факельной стойки или давление пружины превышает атмосферное давление на величину от 1 до 2 бар.5. Устройство для изоляции по п.2, отличающееся тем, что усилитель напора (70) поддерживает давление в резервуаре (50) в пределах между 5 и 95% рабочего давления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).6. Устройство для изоляции по п.2, отличающееся тем, что усилитель напора (70) поддерживает давление в резервуаре (50) в пределах между 30 и 95% рабочего давления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).7. Устройство для изоляции по 2, отличающееся тем, что усилитель напора (70) выполнен с возможностью накачки газа из резервуара (50) со скоростью, превышающей скорость утечки газа через уплотнитель (24).8. Устройство для изоляции по п.2, отличающееся тем, что в нем предусмотрены средства для остановки работы усилителя напора (70) в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).9. Устройство для изоляции по п.1, отличающееся тем, что средства для подачи дополнительного очищенного газа в резервуар (50) включают клапан регулировки давления (84), причем клапан регулировки давления (84) открывается для подачи очищенного газа в резервуар (50), когда давление в резервуаре (50) падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).10. Устройство для изоляции по п.9, отличающееся тем, что в нем предусмотрены средства для остановки работы усилителя напора (70) в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).11. Устройство для изоляции по п.9, отличающееся тем, что клапан регулировки давления (84) открывается для подачи очищенного газа в резервуар (50), когда давление в резервуаре (50) падает ниже 0,3 бар.12. Устройство для изоляции по п.11, отличающееся тем, что в нем предусмотрены средства для остановки работы усилителя напора (70) в тех случаях, когда давление в резервуаре падает ниже 30% рабочего давления факельной стойки (44) или давления пружины обратного клапана (60).13. Устройство для изоляции по п.1, отличающееся тем, что усилитель напора (70) представляет собой поршневой насос.14. Устройство для изоляции по п.13, отличающееся тем, что усилитель напора (70) представляет собой газовый бустерный насос, который приводится в действие сжатой жидкостью.15. Устройство для изоляции по п.1, отличающееся тем, что давление просочившегося газа поднимается в результате многоступенчатого процесса, причем газ из первого резервуара (50) накачивается первым усилителем напора (70) во второй резервуар (50') и так далее до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое давление.16. Устройство для изоляции по п.15, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для подачи дополнительного очищенного газа в резервуаре (50') конечной ступени многоступенчатого усилителя напора.17. Устройство для изоляции (22) по любому из пп.1 - 16, отличающееся тем, что очищенный газ является фильтрованным газовым продуктом.