УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУРБОМАШИН Российский патент 2019 года по МПК F01D11/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к турбомашинам. В частности, изобретение относится к усовершенствованиям, которые касаются уплотнительных устройств, предназначенных для отделения смежных отсеков в турбомашине, такой как турбомашина, работающая с влажным газом, то есть, газообразным потоком, содержащим жидкие и/или твердые включения.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Во многих отраслях промышленности, в частности, но не исключительно, в нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей промышленности применяют турбомашины для обработки газа, который может содержать твердые и/или жидкие включения, переносимые в основном газовом потоке, проходящем через турбомашину. Типичными примерами турбомашин по обработке влажного газа являются компрессоры, применяемые под водой, так как газообразные углеводороды, добываемые из газового месторождения, часто содержат более тяжелые углеводороды в виде капель жидкости и/или твердых веществ, увлекаемых газом, протекающим через турбомашину.

Турбомашины содержат элементы, которые очень чувствительны к наличию твердых и/или жидких включений. Типичные компоненты турбомашины, которые должны быть защищены от проникновения твердых и/или жидких веществ, например, компоненты центробежного компрессора, включают активные магнитные подшипники, масляные подшипники, электродвигатели и т.п., не ограничиваясь указанным. Как правило, указанные компоненты могут быть встроены в корпус турбомашины, например, в отсек, отделенный от отсека, в котором расположены рабочие колеса компрессора и в котором протекает влажный газ.

Для отделения первого отсека, содержащего компрессор, от смежных отсеков, содержащих чувствительные к загрязнениям компоненты, такие как подшипники и электродвигатели, обычно используют уплотнительные конструкции и устройства. В некоторых известных вариантах выполнения применяют буферные уплотнения для отделения отсека, содержащего один или несколько чувствительных к загрязнениям компонентов, от отсека, в котором расположен компрессор, и, в частности, его рабочие колеса, через которые протекает газ, содержащий загрязнения, а именно, газ, включающий загрязнения в виде жидких и/или твердых частиц.

К буферным уплотнениям подают сухой газ для создания газового барьера между двумя отсеками, предотвращающего попадание загрязнений из компрессорного отсека или отсека, в котором расположены рабочие колеса компрессора, в защищаемые отсеки, содержащие чувствительный к загрязнениям компонент (компоненты) компрессора.

Сухой газ иногда получают от внешнего источника очищенного газа. Наличие источника очищенного сухого газа является затратным, особенно на морских установках, поскольку вблизи указанных установок такого источника нет. Поэтому были разработаны системы, использующие тот же газ, который протекает через компрессор, для обеспечения сухого газа для буферных уплотнений. Газ отбирают из компрессора, очищают и доводят до соответствующего состояния в модуле обработки сухого газа или т.п., а затем подают к буферным уплотнениям.

Несмотря на попытки по усовершенствованию буферных или сухих газодинамических уплотнений все еще остается необходимость дальнейшего улучшения эффективности уплотнения, обеспечиваемой такими устройствами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно некоторым вариантам выполнения, для эффективной защиты компонента, чувствительного к загрязнениям, от загрязняющих веществ, содержащихся в газовом потоке, протекающем в первом отсеке такой турбомашины, как компрессор влажного газа, но не исключительно, между первым отсеком и вторым отсеком, в котором расположен по меньшей мере один чувствительный к загрязнениям компонент, установлено уплотнительное устройство. Уплотнительное устройство содержит вращающийся компонент и неподвижный компонент, при этом первый конец указанного устройства обращен к первому отсеку, а второй конец обращен ко второму отсеку. Вращающийся компонент может представлять собой часть вращающегося вала турбомашины или компонент, установленный на указанном валу с возможностью совместного с ним вращения. Уплотнительное устройство дополнительно содержит по меньшей мере первый уплотнительный элемент, расположенный между вращающимся компонентом и неподвижным компонентом в промежуточном положении между первым и вторым отсеками. В некоторых вариантах выполнения также может быть предусмотрено отверстие для подачи сухого газа, расположенное между вращающимся и неподвижным компонентами. Более того, между первым и вторым отсеками выполнен кольцевой улавливатель включений, содержащихся во влажном газе. Кольцевой улавливатель преимущественно выполнен неподвижным, то есть, зафиксирован в неподвижном компоненте уплотнительного устройства. На вращающемся компоненте может быть установлен маслоразбрызгивающий элемент, предпочтительно маслоразбрызгивающее кольцо, расположенное с возможностью вращения вместе с этим компонентом. Маслоразбрызгивающее кольцо и кольцевой улавливатель включений предпочтительно расположены примерно в одном и том же осевом положении вдоль оси вращения, так что указанный улавливатель окружает указанное кольцо. При этом, когда маслоразбрызгивающее кольцо вращается как единое целое с вращающимся валом вокруг оси вращения, жидкие и/или твердые частицы, контактирующие с указанным кольцом, в результате отбрасываются под действием центробежных сил в кольцевой улавливатель. Первый уплотнительный элемент преимущественно расположен между первым отсеком и маслоразбрызгивающим кольцом.

В примерных вариантах выполнения отверстие для подачи сухого газа расположено между маслоразбрызгивающим кольцом и вторым отсеком.

В контексте данного описания и формулы изобретения под сухим газом следует понимать газ, содержащий меньшее количество жидких и/или твердых частиц по сравнению с газом, протекающим через турбомашину.

Под выражением «кольцевой улавливатель включений, содержащихся во влажном газе» следует понимать улавливатель, который собирает негазообразные частицы, то есть как твердые, так и жидкие частицы, либо вкрапления, которые могут содержаться в газе, просачивающемся из первого отсека ко второму отсеку.

В примерных вариантах выполнения первый уплотнительный элемент может содержать расположенные по окружности зубцы, образующие лабиринтное уплотнение, смежное с маслоразбрызгивающим кольцом. Указанное кольцо может представлять собой один из окружных зубцов лабиринтного уплотнения. Однако в некоторых вариантах выполнения диаметр маслоразбрызгивающего кольца превышает диаметр зубцов, образующих лабиринтное уплотнение, с целью более эффективного улавливания загрязнений. Маслоразбрызгивающее кольцо, имеющее больший диаметр, обеспечивает более эффективное улавливание капель жидкости и/или твердых частиц, просачивающихся через лабиринтное уплотнение, поскольку закрывает увеличенную площадь поперечного сечения, окружающего вращающийся вал.

В особенно эффективных вариантах выполнения устройство может дополнительно содержать второй уплотнительный элемент между вращающимся и неподвижным компонентами, расположенный между маслоразбрызгивающим кольцом и вторым отсеком. Отверстие (отверстия) для подачи сухого газа может быть расположено между вторым отсеком и вторым уплотнительным элементом. Второй уплотнительный элемент может оказывать нагнетающее воздействие на поток сухого газа, выталкивая его по направлению к первому уплотнительному элементу и первому отсеку.

Согласно следующему аспекту, изобретение относится к компрессору влажного газа, содержащему корпус, по меньшей мере одно рабочее колесо, расположенное с возможностью вращения в корпусе в первом отсеке, по меньшей мере второй отсек, в котором расположен компонент, чувствительный к загрязнениям, и уплотнительное устройство, описанное выше. Под применяемым в данном документе выражением «компонент, чувствительный к загрязнениям» понимают любой компонент, который может быть поврежден загрязнениями, например, жидкими и/или твердыми частицами, содержащимися в газе, протекающем через турбомашину, в которой расположено уплотнительное устройство.

Согласно следующему аспекту, изобретение относится к способу отделения первого отсека от второго отсека в турбомашине, в которой в первом отсеке протекает технологический газ, содержащий загрязнения, а во втором отсеке расположен компонент, чувствительный к загрязнениям. Способ включает:

размещение неподвижного компонента и вращающегося компонента между первым и вторым отсеками;

расположение по меньшей мере первого уплотнительного элемента между первым и вторым отсеками;

расположение между первым и вторым отсеками кольцевого улавливателя включений, содержащихся во влажном газе, при этом указанный неподвижный улавливатель окружает вращающийся компонент;

расположение между первым уплотнительным элементом и вторым отсеком маслоразбрызгивающего элемента, например,

маслоразбрызгивающего кольца, устанавливаемого на вращающемся компоненте с возможностью совместного с ним вращения, при этом указанное кольцо окружено указанным кольцевым улавливателем включений;

обеспечение вращения вращающегося компонента и маслоразбрызгивающего кольца;

улавливание загрязнений, просачивающихся из первого отсека по направлению ко второму отсеку, посредством маслоразбрызгивающего кольца и отбрасывание указанных загрязнений под действием центробежной силы и посредством данного кольца к неподвижному кольцевому улавливателю включений, содержащихся во влажном газе.

Согласно некоторым вариантам выполнения предложенный способ может дополнительно включать этап выполнения между вторым отсеком и первым уплотнительным элементом отверстия для подачи сухого газа, а также этап подачи сухого газа через указанное отверстие по направлению к первому уплотнительному элементу.

Согласно следующему аспекту, изобретение относится к уплотнительному устройству для отделения первого отсека от второго отсека в турбомашине, такой как компрессор влажного газа, причем влажный газ протекает в первом отсеке, при этом уплотнительное устройство содержит:

вращающийся компонент,

неподвижный компонент,

по меньшей мере первый уплотнительный элемент, расположенный между вращающимся и неподвижным компонентами,

второй уплотнительный элемент, расположенный между вращающимся и неподвижным компонентами, при этом первый уплотнительный элемент расположен между вторым уплотнительным элементом и первым отсеком,

отверстие для подачи сухого газа, расположенное между вращающимся и неподвижным компонентами,

причем по меньшей мере один из первого и второго уплотнительного элементов имеет по меньшей мере один спиральный выступ, расположенный на вращающемся компоненте с возможностью совместного с ним вращения.

Также описан способ отделения первого отсека от второго отсека в компрессоре влажного газа или другой турбомашине, в которой технологический газ, содержащий загрязнения, протекает в первом отсеке, а во втором отсеке расположен компонент, чувствительный к загрязнениям, при этом способ включает следующие этапы:

размещение неподвижного компонента и вращающегося компонента между первым и вторым отсеками;

расположение первого уплотнительного элемента между первым и вторым отсеками;

расположение отверстия для подачи сухого газа между вторым отсеком и первым уплотнительным элементом;

расположение второго уплотнительного элемента между отверстием для подачи сухого газа и первым уплотнительным элементом;

обеспечение вращения вращающегося компонента и маслоразбрызгивающего кольца;

подачу сухого газа по направлению к первому уплотнительному элементу через отверстие для подачи сухого газа.

Ниже описаны характерные особенности и варианты выполнения изобретения, также изложенные в прилагаемой формуле изобретения, которая составляет неотъемлемую часть описания. В вышеизложенном кратком описании приведены характерные особенности разных вариантов выполнения изобретения, с целью лучшего понимания приведенного ниже подробного описания и оценки усовершенствований существующего уровня техники, обеспечиваемых изобретением. Разумеется, существуют и другие характерные особенности изобретения, которые описаны далее и изложены в формуле изобретения. В связи с этим, прежде чем перейти к подробному объяснению некоторых вариантов выполнения следует уяснить, что разные варианты выполнения изобретения не ограничены в их применении деталями конструкции и расположением компонентов согласно приведенному ниже описанию или изображениям на чертежах. Изобретение может предполагать другие варианты выполнения и может быть реализовано на практике и осуществлено разными способами. Кроме того, следует понимать, что используемая в данном документе фразеология и терминология является описательной и не должна считаться ограничивающей.

С учетом изложенного специалисты поймут, что концепция, на которой построено изобретение, может быть легко использована в качестве базы для разработки других конструкций, способов и/или систем, обеспечивающих реализацию некоторых целей изобретения. Таким образом, важно отметить, что формула изобретения считается включающей данные эквивалентные конструкции, если они не выходят за рамки сущности и объема изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное представление и понимание описанных вариантов выполнения изобретения и его многочисленных соответствующих преимуществ можно получить из приведенного ниже подробного описания, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - Фиг. 5 представляют собой схематические виды вариантов выполнения уплотнительных устройств согласно данному изобретению;

Фиг. 6 представляет собой разрез компрессора со встроенным электродвигателем, применяемого в подводных условиях и выполненного с предложенным уплотнительными устройствами, для защиты компонентов турбомашины, чувствительных к загрязнениям.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленное ниже подробное описание примерных вариантов выполнения приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковыми номерами позиций на разных чертежах обозначены одинаковые или подобные элементы. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Более того, приведенное ниже подробное описание не ограничивает изобретение. В действительности, объем изобретения определен формулой изобретения.

Используемая на протяжении данного описания ссылка на выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения», либо «некоторые варианты выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные применительно к одному варианту выполнения, относятся по меньшей мере к одному варианту выполнения обсуждаемого изобретения. Таким образом, фраза «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», либо «в некоторых вариантах выполнения», используемая в разных местах описания, не обязательно относится к одному и тому же варианту (вариантам) выполнения. Более того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или нескольких вариантах выполнения.

В приведенном ниже описании конкретно рассмотрен турбокомпрессор влажного газа, например, центробежный турбокомпрессор. Тем не менее, предмет, описанный в данном изобретении, может быть эффективно использован в других турбомашинах, в которых возникает подобная необходимость изоляции одного отсека от другого.

На Фиг. 1 схематически изображен первый вариант выполнения уплотнительного устройства согласно данному изобретению. Уплотнительное устройство, в целом обозначенное номером 1 позиции, обеспечивает изоляцию первого отсека 3 от второго отсека 5. Первый и второй отсеки 3, 5 могут быть расположены в турбомашине, например, центробежном компрессоре, таком как центробежный компрессор влажного газа. Более детальное описание примерной турбомашины, в которой применяют уплотнительные устройства согласно данному документу, будет приведено далее, со ссылкой на Фиг. 6.

Например, первый отсек 3 может представлять собой отсек, в котором установлено одно или несколько рабочих колес компрессора, вращающихся вокруг оси А-А. В отсеке 5 может быть расположен компонент, чувствительный к загрязнениям, то есть, компонент, который может быть поврежден жидкими и/или твердыми загрязнениями, содержащимися в газовом потоке, протекающем через отсек 3. Компонент, чувствительный к загрязнениям, может представлять собой подшипник, обеспечивающий опору для вращающегося вала 7 турбомашины. В некоторых вариантах выполнения подшипник может представлять собой активный магнитный подшипник. В некоторых вариантах выполнения компонент, чувствительный к загрязнениям, может содержать электродвигатель, либо комбинацию одного или нескольких элементов, таких как двигатели и подшипники.

На схематическом изображении Фиг. 1 номером 9 позиции обозначен обычный компонент, чувствительный к загрязнениям, в котором установлено уплотнительное устройство 1.

Номером 11 позиции схематически обозначен неподвижный компонент турбомашины, например, диафрагма компрессора или неподвижная перегородка, разделяющая отсеки 3 и 5.

В некоторых вариантах выполнения уплотнительное устройство 1 содержит маслоразбрызгивающее кольцо 13, которое установлено на валу 7 с возможностью совместного с ним вращения. Под применяемым в данном документе выражением «маслоразбрызгивающее кольцо» в широком смысле следует понимать любой компонент в форме диска или кольца, который может вращаться вместе с валом 7 и мешать переносу жидких и/или твердых частиц из отсека 3 по направлению к отсеку 5, вдоль вала 7 согласно стрелке FC. Частицы загрязнений наталкиваются на кольцо 13 и отбрасываются в радиальном наружном направлении под действием центробежной силы, образуемой в результате вращения указанного кольца вокруг оси А-А.

Согласно некоторым вариантам выполнения, маслоразбрызгивающее кольцо может иметь такую форму, которая способствует отделению от указанного кольца жидких и/или твердых загрязнений под действием центробежной силы. Как представлено в примерных вариантах выполнения, проиллюстрированных чертежами, кольцо 13 имеет биконическую форму с острым кольцевым краем. В других вариантах выполнения может быть предусмотрена другая форма. Толщина маслоразбрызгивающего кольца предпочтительно уменьшается в радиально-наружном направлении, так что внешняя периферия кольца тоньше, чем остальная его часть.

Согласно некоторым вариантам выполнения, с целью ограничения потока газообразных, жидких или твердых веществ из отсека 3 по направлению к уплотнительному устройству 1 и через данное устройство, первый уплотнительный элемент 15 расположен между валом 7 и неподвижным компонентом 11. В некоторых примерных вариантах выполнения элемент 15 может быть расположен между маслоразбрызгивающим кольцом и вторым отсеком 5. В других вариантах выполнения первый уплотнительный элемент расположен между первым отсеком 3 и маслоразбрызгивающим кольцом 13.

В примерном варианте выполнения, представленном на Фиг. 1, первый уплотнительный элемент 15 расположен между первым отсеком 3 и маслоразбрызгивающим кольцом. Первый уплотнительный элемент 15 может состоять их одного или нескольких кольцевых зубцов 15Т, образующих лабиринтное уплотнение. Каждый зубец 15Т фактически образован кольцом, проходящим от вала 7 по направлению к неподвижному компоненту 11, и вращается вместе с указанным валом вокруг оси А-А вращения.

Согласно некоторым вариантам выполнения, как изображено в качестве примера на Фиг. 1, второй уплотнительный элемент 17 может быть расположен на валу 7 между кольцом 13 и вторым отсеком 5. Как изображено на Фиг. 1, в примерных вариантах выполнения второй уплотнительный элемент 17 состоит из одного или нескольких спиральных выступов 17Н, расположенных на валу 7 и выступающих в направлении неподвижного компонента 11. Спиральные выступы 17Н образуют своего рода однооборотный, то есть однозаходный винт или многооборотный, то есть многозаходный винт.

Согласно некоторым вариантам выполнения, устройство 1 дополнительно имеет по меньшей мере одно отверстие 19 для подачи сухого газа, которое выполнено и расположено с возможностью подачи потока FG буферного газа или сухого газа в устройство 1 или вокруг указанного устройства. Поток FG сухого газа может быть получен посредством модуля обработки сухого газа (не показан на чертеже), который обеспечивает очистку и обработку газа, отбираемого из основного потока газа, переносимого турбомашиной, в которой установлено устройство 1. Согласно другим вариантам выполнения поток FG сухого или буферного газа может обеспечиваться отдельным источником сухого газа, например, так называемой шланго-кабельной системой, соединяющей турбомашину с удаленным источником чистого газа. В некоторых вариантах выполнения может быть предусмотрено несколько отверстий 19, например, расположенных окружным образом вокруг оси А-А вращения, предпочтительно с постоянным угловым шагом.

Согласно варианту выполнения, показанному на Фиг. 1, уплотнительное устройство 1 дополнительно содержит кольцевой улавливатель 21 включений, содержащихся во влажном газе. Улавливатель 21 может проходить кольцевым образом вокруг вала 7 и может быть соответствующим образом расположен примерно в том же самом осевом местоположении, что и кольцо 13. При этом жидкие и/или твердые частицы, задерживаемые кольцом 13 и отбрасываемые, тем самым, радиально наружу под действием центробежной силы, собираются в кольцевом улавливателе и могут накапливаться в его нижней части, которая изображена как «W» на Фиг. 1.

В данном варианте выполнения турбомашина, в которой установлено уплотнительное устройство 1, расположена горизонтально, то есть ось А-А вращения проходит по существу горизонтально, так что жидкие и/или твердые частицы накапливаются под осью А-А вращения вала 7. В других вариантах выполнения турбомашина может быть установлена при по существу вертикальном положении оси А-А. В данном случае улавливатель 21 может иметь такую форму, что жидкие и/или твердые частицы накапливаются в объеме, расположенном в радиально-наружном направлении в нижней части указанного улавливателя.

Далее описана работа уплотнительного устройства 1. В процессе работы турбомашины вал 7 вращается вокруг оси А-А. Рабочие колеса турбомашины (не показаны на чертеже), установленные на валу 7, обрабатывают основной поток MG газа, повышая его давление от более низкого давления всасывания до более высокого давления подачи. Основной поток газа может содержать жидкие и/или твердые включения. Из-за разницы давления между первым отсеком 3 и вторым отсеком 5 газ может протекать через уплотнительное устройство 1, несмотря на наличие первого уплотнительного элемента 15. В данную протечку, обозначенную стрелкой FC, могут быть вовлечены жидкие и/или твердые загрязнения. Частицы загрязнения собираются посредством кольца 13, которое вращается как единое целое с валом 7. Загрязнения, контактирующие с поверхностью кольца 13, отбрасываются в радиально наружном направлении согласно стрелке С, к кольцевому улавливателю 21, предотвращая проникновение загрязнений во второй отсек 5, в котором расположен компонент 9 турбомашины, чувствительный к загрязнениям.

Далее, через отверстие (отверстия) 19 для подачи сухого газа и по направлению к уплотнительным элементам 17 и 15 водят буферный или сухой уплотняющий газ FG. В варианте выполнения, представленном на Фиг. 1, спиральный выступ 17Н второго уплотнительного элемента 17 оказывает нагнетающее воздействие на сухой газ FG по направлению к первому отсеку 3. Данное воздействие еще более способствует предотвращению или уменьшению потока газа из отсека 3 к отсеку 5.

Таким образом, добиваются результативного барьерного эффекта, препятствующего проникновению технологического газа и соответствующих загрязнений во второй отсек 5.

Жидкие и/или твердые загрязняющие частицы, собранные в местоположении W в кольцевом улавливателе 21, могут быть удалены либо в процессе работы турбомашины, либо после ее остановки.

На Фиг. 2 изображен еще один вариант выполнения уплотнительного устройства согласно данному изобретению. Одинаковыми номерами позиций обозначены компоненты, одинаковые или соответствующие компонентам Фиг. 1. Вариант выполнения, представленный на Фиг. 2, отличается от варианта выполнения, представленного на Фиг. 1, тем, что касается угла наклона спирального выступа (выступов) 17Н. Спиральный выступ (выступы), изображенные на Фиг. 2, наклонены в противоположную сторону по сравнению с выступом (выступами), изображенными на Фиг. 1.

На Фиг. 3 изображен следующий вариант выполнения уплотнительного устройства согласно данному изобретению. Одинаковыми номерами позиций обозначены компоненты, одинаковые или подобные компонентам, изображенным на Фиг. 1 и Фиг. 2. Вариант выполнения, представленный на Фиг. 3, отличается от варианта выполнения, представленного на Фиг. 1, в части конструкции первого уплотнительного элемента 15. В варианте выполнения, представленном на Фиг. 3, первый уплотнительный элемент 15 подобен по конструкции второму уплотнительному элементу 17, поскольку они оба содержат один или несколько спиральных выступов 15Н, 17Н, которые образуют однозаходный или многозаходный винт.

В варианте выполнения, показанном на Фиг. 3, первый уплотнительный элемент 15 создает подсасывающий эффект, оказывающий сопротивление протечке газа из первого отсека 3 по направлению ко второму отсеку 5, дополнительно способствуя герметизирующему воздействию устройства 1.

На Фиг. 4 схематически изображен следующий вариант выполнения устройства 1 согласно изобретению. Одинаковые или подобные компоненты обозначены теми же номерами позиций, что и на Фиг. 1. В варианте выполнения, показанном на Фиг. 4, второй уплотнительный элемент 17 состоит из кольцевых уплотнительных зубцов 17Т вместо спиральных выступов 17Н, изображенных на Фиг. 1, то есть оба уплотнительных элемента 15 и 17 состоят из кольцевых или круговых уплотнительных зубцов, а не спиральных выступов.

Следующий вариант выполнения предложенного уплотнительного устройства 1 показан на Фиг. 5. Одинаковыми номерами позиций обозначены компоненты, одинаковые или подобные компонентам, изображенным на Фиг. 1. Вариант выполнения, представленный на Фиг. 5, отличается от варианта выполнения, представленного на Фиг. 1, тем, что второй уплотнительный элемент 17 отсутствует. Сухой или буферный газ FG, вводимый через отверстие (отверстия) 19 для подачи сухого газа, протекает непосредственно к маслоразбрызгивающему кольцу 13. В данном случае уплотнение, препятствующее попаданию газа через уплотнительное устройство 1 из первого отсека 3 по направлению ко второму отсеку 5, обеспечено первым уплотнительным элементом 15 во взаимодействии с потоком сухого газа, подаваемого из отверстия (отверстий) 19.

На Фиг. 6 схематически изображен компрессор 30 со встроенным электродвигателем, в разрезе по плоскости, содержащей ось А-А вращения. В некоторых вариантах выполнения компрессор 30 может представлять собой компрессор, применяемый в подводных условиях, например, для извлечения газа из газового месторождения и подачи газа к плавучей платформе или судну, где газ дополнительно обрабатывают, например, превращают в жидкое состояние с целью транспортировки на берег.

Компрессор 30 содержит корпус 31. Внутреннее пространство корпуса 31 может быть разделено на первый отсек 3 и второй отсек 5. В первом отсеке 3 расположен сам компрессор, который обозначен номером 33 позиции в целом. Во втором отсеке 5 расположен электродвигатель 35. Компрессор 33 может содержать одно или несколько рабочих колес 37, которые установлены на валу 7 и как единое целое вращаются с указанным валом.

Вал 7 проходит через оба отсека 3 и 5, а на указанном валу установлен ротор 39 электродвигателя 35. Статор 41 электродвигателя 35 неподвижно установлен в отсеке 5. Электродвигателя 35 после включения приводит во вращение вал 7 и рабочие колеса 37 компрессора 33. Газ всасывается в компрессор 33 по каналу 43 для впуска газа. Сжатый газ при более высоком давлении выпускается через канал 45 для выпуска газа. В частности, газ, поступающий в канал 43, проходит в приемную камеру 47, откуда всасывается в первое рабочее колесо первой ступени компрессора и подвергается последовательному сжатию, проходя разные ступени компрессора 33.

В примерном варианте выполнения, представленном на Фиг. 6, компрессор 33 содержит четыре ступени и четыре соответствующих рабочих колеса 37. В других вариантах выполнения предусмотрено другое количество ступеней, например, одна, две, три или более четырех ступеней, каждая из которых включает соответствующее рабочее колесо.

Вокруг каждого рабочего колеса 37 расположены диффузоры 49. Газ, получивший ускорение в каждом рабочем колесе 37, поступает в соответствующий диффузор 49, в котором кинетическая энергия газа, получившего ускорение в рабочем колесе ступени, превращается в энергию давления. Из каждого диффузора 49 газ идет обратно на впуск следующего рабочего колеса. Диффузор 49 последнего рабочего колеса проточно сообщается с улиткой 50, которая накапливает сжатый газ и подает его по направлению к каналу 45 для выпуска газа.

Вал 7 может опираться на подшипники. Подшипники могут представлять собой подшипники качения. В других вариантах выполнения подшипники могут представлять собой опорные подшипники. В следующих вариантах выполнения подшипники могут представлять собой активные магнитные подшипники. Кроме того, можно применять комбинацию разных подшипников. Активные магнитные подшипники могут представлять собой активные магнитные подшипники, заключенные в герметичный кожух или выполненные без кожуха.

В варианте выполнения, показанном на Фиг. 6, вал 7 опирается на три радиальных активных магнитных подшипника 51, 53 и 55. Один радиальный активный магнитный подшипник расположен у одного конца вала 7, с противоположной стороны от компрессора 33. Следующий подшипник 53 расположен между электродвигателем 35 и компрессором 33. Еще один подшипник 55 расположен на конце вала 7 с противоположной стороны от электродвигателя 35.

Также может быть предусмотрен осевой подшипник 57 для обеспечения возможности осевой нагрузки. В варианте выполнения, представленном на Фиг. 6, осевой подшипник 57 представляет собой активный магнитный подшипник. В некоторых вариантах выполнения осевой подшипник 57 может быть расположен с внешней стороны компрессора 33, то есть, на той стороне компрессора, которая противоположна электродвигателю. В других вариантах выполнения осевой подшипник 57 может быть расположен между компрессором 33 и электродвигателем 35.

В варианте выполнения, представленном на Фиг. 6, осевой подшипник 57 установлен со стороны электродвигателя 35, противоположной компрессору 33.

Компрессор 30 со встроенным электродвигателем может быть выполнен с системой охлаждения электродвигателя 35 и с системой охлаждения активных магнитных подшипников, при этом в данном документе не представлено подробное описание указанных систем. Системы охлаждения могут содержать открытый, либо закрытый или полузакрытый контур охлаждения.

Отсек 3 отделен от отсека 5 диафрагмой 61, в которой расположено уплотнительное устройство 1, обеспечивающее разделительный барьер между отсеками 3 и 5. Устройство 1 может иметь любую вышеописанную конфигурацию, представленную на Фиг. 1 - Фиг. 5.

Таким образом, уплотнительное устройство 1 обеспечивает изоляцию отсека 3, в котором расположен компрессор 33, от отсека 5, в котором расположены радиальный магнитный подшипник 53, электродвигатель 35 и осевой магнитный подшипник 57. Если через компрессор 33 протекает влажный газ или любой газ, содержащий твердые и/или жидкие загрязнения, устройство 1 обеспечивает эффективное отделение отсека 3 от отсека 5, предотвращая или ограничивая проникновение загрязнений в отсек 5.

В некоторых вариантах выполнения, в компрессоре 30 могут быть предусмотрены дополнительные уплотнительные устройства 1. Например, устройство 1 может быть расположено между компрессором 33 и радиальным активным магнитным подшипником 55, обеспечивая эффективное разделение между загрязненным газом, протекающим в компрессоре 33, и магнитным подшипником 55, чувствительным к загрязнениям.

Хотя обсуждаемые выше варианты выполнения изобретения проиллюстрированы на чертежах, а также обстоятельно и подробно описаны выше применительно лишь к некоторым примерным вариантам выполнения, специалистам понятно, что возможны многочисленные модификации, изменения и опущения, по существу не выходящие за рамки новаторских идей, принципов и концепций, описанных в данном документе, а также преимуществ изобретения, изложенного в формуле изобретения. Следовательно, соответствующий объем описанных инноваций должен быть определен толкованием формулы изобретения исключительно в самом широком смысле, включая все такие модификации, изменения и опущения. Кроме того, порядок или последовательность любых этапов процесса или способа могут быть изменены или установлены заново согласно альтернативным вариантам выполнения.

Описано уплотнительное устройство (1) для отделения первого отсека (3) от второго отсека (5) в турбомашине, причем влажный газ протекает в первом отсеке. Уплотнительное устройство содержит вращающийся компонент (7) и неподвижный компонент (11). Уплотнительный элемент (15Т) расположен между вращающимся и неподвижным компонентами. Устройство дополнительно содержит кольцевой улавливатель (21) включений, содержащихся во влажном газе, и маслоразбрызгивающий элемент (13), установленный на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения. Маслоразбрызгивающий элемент окружен указанным кольцевым улавливателем включений, так что указанные включения, контактирующие с маслоразбрызгивающим элементом, под действием центробежной силы отбрасываются в указанный улавливатель. Изобретение направлено на повышение эффективности уплотнения, обеспечиваемой такими устройствами. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Уплотнительное устройство (1) для отделения первого отсека (3) от второго отсека (5) в турбомашине, содержащее:

вращающийся компонент (7),

неподвижный компонент (11),

по меньшей мере первый уплотнительный элемент (15), расположенный между вращающимся компонентом (7) и неподвижным компонентом (11),

кольцевой улавливатель (21) включений, содержащихся во влажном газе,

маслоразбрызгивающий элемент (13), установленный на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения и окруженный указанным кольцевым улавливателем (21) включений, так что частицы, содержащиеся во влажном газе и контактирующие с маслоразбрызгивающим элементом (13), отбрасываются под действием центробежной силы в указанный кольцевой улавливатель (21),

отверстие (19) для подачи сухого газа, расположенное с обеспечением подачи указанного газа между вращающимся компонентом (7) и неподвижным компонентом (11) по направлению к первому уплотнительному элементу (15),

причем первый уплотнительный элемент (15) расположен между первым отсеком (3) и маслоразбрызгивающим элементом (13).

2. Устройство по п. 1, в котором отверстие (19) для подачи сухого газа расположено между маслоразбрызгивающим элементом (13) и вторым отсеком (5).

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором маслоразбрызгивающий элемент (13) представляет собой кольцо.

4. Устройство по п. 3, в котором маслоразбрызгивающее кольцо имеет острый периферический край для облегчения отбрасывания частиц, содержащихся во влажном газе, в кольцевой улавливатель частиц (21).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором первый уплотнительный элемент (15) имеет окружные зубцы, образующие лабиринтное уплотнение, смежное с маслоразбрызгивающим элементом (13).

6. Устройство по п. 5, в котором окружные зубцы расположены на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором первый уплотнительный элемент (15) имеет по меньшей мере один спиральный выступ, расположенный на вращающемся компоненте с возможностью совместного с ним вращения.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, содержащее второй уплотнительный элемент (17) между вращающимся компонентом (7) и неподвижным компонентом (11), расположенный между маслоразбрызгивающим элементом (13) и вторым отсеком (5).

9. Устройство по п. 8, в котором второй уплотнительный элемент (17) имеет окружные зубцы, образующие лабиринтное уплотнение, смежное с маслоразбрызгивающим элементом (13).

10. Устройство по п. 9, в котором окружные зубцы второго уплотнительного элемента (17) расположены на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения.

11. Устройство по п. 8, в котором второй уплотнительный элемент (17) имеет по меньшей мере один спиральный выступ, расположенный на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения.

12. Компрессор влажного газа, содержащий корпус (31), по меньшей мере одно рабочее колесо (37), расположенное с возможностью вращения в первом отсеке (3) в корпусе (31), по меньшей мере второй отсек (5), в котором расположен по меньшей мере один компонент, чувствительный к загрязнениям, и уплотнительное устройство (1) по любому из пп. 1-11, расположенное между первым отсеком (3) и вторым отсеком (5).

13. Способ отделения первого отсека (3) от второго отсека (5) в турбомашине, в которой в первом отсеке (3) протекает технологический газ, содержащий загрязнения, а во втором отсеке (5) расположен компонент, чувствительный к загрязнениям, при этом способ включает следующие этапы:

размещение неподвижного компонента (11) и вращающегося компонента (7) между первым отсеком (3) и вторым отсеком (5);

расположение по меньшей мере первого уплотнительного элемента (15) между первым отсеком (3) и вторым отсеком (5);

расположение кольцевого улавливателя (21) включений, содержащихся во влажном газе, между первым отсеком (3) и вторым отсеком (5), при этом указанный улавливатель (21) окружает вращающийся компонент (7);

расположение маслоразбрызгивающего элемента (13) на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения и между первым уплотнительным элементом (15) и вторым отсеком (5), причем маслоразбрызгивающий элемент (13) окружен указанным кольцевым улавливателем (21) включений;

обеспечение вращения вращающегося компонента (7) совместно с маслоразбрызгивающим элементом (13);

улавливание загрязнений посредством маслоразбрызгивающего элемента (13) и отбрасывание им этих загрязнений под действием центробежной силы в указанный кольцевой улавливатель (21) включений;

выполнение отверстия (19) для подачи сухого газа между вторым отсеком (5) и первым уплотнительным элементом (15); и

подачу сухого газа по направлению к первому уплотнительному элементу (15) через отверстие (19) для подачи сухого газа.

14. Способ по п. 13, в котором располагают второй уплотнительный элемент (17) между маслоразбрызгивающим элементом (13) и вторым отсеком (5), при этом отверстие (19) для подачи сухого газа располагают между вторым отсеком (5) и вторым уплотнительным элементом (17).

15. Способ по п. 13 или 14, в котором первый уплотнительный элемент (15) имеет по меньшей мере один спиральный выступ, расположенный на вращающемся компоненте (7) с возможностью совместного с ним вращения, причем сухой газ направляют из отверстия (19) для подачи сухого газа по направлению к первому отсеку (3) путем вращения указанного спирального выступа.