ТУРБОМАШИНА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 2017 года по МПК F04D27/00 

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.

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.

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).