УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И НАСОСНАЯ СИСТЕМА, ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ УПЛОТНИТЕЛЬНУЮ СИСТЕМУ Российский патент 2022 года по МПК F04D29/12 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к уплотнительной системе, применимой к насосу для нагнетания летучей жидкости, такой как жидкий аммиак.

Уровень техники

[0002] Летучая жидкость, состоящая из летучего вещества, такого как аммиак, этилен или пропилен, испаряется при атмосферном давлении и рассеивается в окружающую атмосферу. Следовательно, насос для нагнетания летучей жидкости требуется, чтобы предотвращать утечку летучей жидкости. Таким образом, насос включает в себя механическое уплотнение, чтобы предотвращать утечку летучей жидкости. Кроме того, газоуплотнительная система соединяется с насосом. Эта газоуплотнительная система конфигурируется, чтобы подавать барьерный газ высокого давления на внешнюю периферийную сторону механического уплотнения для того, чтобы предотвращать утечку летучей жидкости через уплотнительные поверхности, которые являются контактными поверхностями уплотнительного кольца с вращающейся стороны и уплотнительного кольца с неподвижной стороны механического уплотнения.

[0003] Механическое уплотнение размещается в барьерной камере, и барьерный газ высокого давления вводится в барьерную камеру. Барьерный газ втекает на внутреннюю периферийную сторону механического уплотнения через мельчайший зазор между уплотнительными поверхностями уплотнительного кольца с вращающейся стороны и уплотнительного кольца с неподвижной стороны. Летучая жидкость в насосе протекает вдоль вращающегося вала насоса, чтобы достигать механического уплотнения, в то время как поток барьерного газа, сформированного в зазоре между уплотнительными поверхностями, предотвращает проникновение летучей жидкости в барьерную камеру. Таким образом, комбинация механического уплотнения и уплотнительной системы с барьерным газом может предотвращать утечку летучей жидкости в окружающую атмосферу.

Список ссылок

Патентная литература

[0004] Патентный документ 1: Патент США № 5,865, 441

Сущность изобретения

Техническая задача

[0005] Однако, когда уплотнительные поверхности повреждаются, расход барьерного газа, проходящего через зазор между уплотнительными поверхностями, увеличивается, и, в результате, давление в барьерной камере снижается. Кроме того, поскольку давление летучей жидкости вероятно должно изменяться в зависимости от окружающей температуры, давление летучей жидкости в насосе может увеличиваться. Если давление барьерного газа в барьерной камере ниже давления летучей жидкости, которая достигла уплотнительных поверхностей, летучая жидкость протекает в барьерную камеру.

[0006] Если летучая жидкость проникает в уплотнительные поверхности, летучая жидкость будет повреждать механическое уплотнение. В это время, если достаточное давление поддерживается в барьерной камере, летучая жидкость утекает в жидком состоянии. Если уплотнительные поверхности со стороны атмосферного давления повреждаются под воздействием жидкости или некоторым другим воздействием, давление в барьерной камере может снижаться. В таком случае, летучая жидкость переходит в газо-жидкостную двухфазную текучую среду с быстрым падением температуры, которое может вызывать серьезное повреждение в механическом уплотнении. Если механическое уплотнение не может выполнять свою функцию уплотнения, летучее вещество может утекать в окружающую атмосферу, таким образом, вызывая загрязнение окружающей среды.

[0007] Следовательно, настоящее изобретение предоставляет уплотнительную систему, приспособленную для надежного предотвращения утечки летучей жидкости в окружающую атмосферу. Кроме того, настоящее изобретение предоставляет насосную систему, имеющую такую уплотнительную систему.

Решение проблемы

[0008] В одном аспекте предоставляется уплотнительная система для насоса, сконфигурированного, чтобы нагнетать летучую жидкость, содержащая: сальниковую коробку, которая формирует барьерную камеру и уплотнительную камеру со стороны насоса; механическое уплотнение, расположенное в барьерном отделении; и систему подачи барьерного газа, сконфигурированную, чтобы подавать барьерный газ в барьерную камеру, барьерный газ имеет давление выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере со стороны насоса, при этом уплотнительная камера со стороны насоса располагается между крыльчаткой насоса и механическим уплотнением, и система подачи барьерного газа включает в себя клапан регулирования давления, сконфигурированный, чтобы поддерживать постоянную разницу между давлением в барьерной камере и давлением в уплотнительной камере со стороны насоса.

[0009] В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит: отводящую линию, соединенную с барьерной камерой; клапан сброса давления, присоединенный к отводящей линии; и актуатор клапана, сконфигурированный, чтобы открывать клапан сброса давления, когда давление в отводящей линии находится вне предварительно заданного диапазона давления.

В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит передатчик сигнала, сконфигурированный, чтобы выдавать сигнал остановки насоса, когда давление в отводящей линии находится вне диапазона давления.

В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит аккумулятор давления, соединенный с

В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит: дренажный сосуд, соединенный со отводящей линией; и датчик уровня жидкости, сконфигурированный, чтобы обнаруживать уровень жидкости в дренажном сосуде.

[0010] В одном аспекте сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения, уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, впускную линию для барьерного газа и линию утилизации барьерного газа, неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления располагается в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления, впускная линия для барьерного газа и линия утилизации барьерного газа находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления, и впускная линия для барьерного газа соединяется с системой подачи барьерного газа.

В одном аспекте неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, окружающим вращающийся вал насоса.

[0011] В одном аспекте сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения, уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, линию подачи раствора-растворителя, и линию утилизации раствора-растворителя, неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления располагается в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления, и линия подачи раствора-растворителя и линия утилизации раствора-растворителя находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления.

В одном аспекте неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, окружающим вращающийся вал насоса.

[0012] В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит внутреннее неконтактное уплотнение, предусмотренное в барьерной камере.

В одном аспекте внутреннее неконтактное уплотнение является лабиринтным уплотнением.

В одном аспекте система подачи барьерного газа имеет отверстие для подачи барьерного газа, обращенное в барьерную камеру, и внутреннее неконтактное уплотнение располагается со стороны атмосферного давления отверстия для подачи барьерного газа.

В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны насоса, размещенное в уплотнительной камере со стороны насоса.

В одном аспекте неконтактное уплотнение со стороны насоса является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, которое окружает вращающийся вал насоса.

[0013] В одном аспекте механическое уплотнение является двойным механическим уплотнением, включающим в себя первое уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и первое уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом, и дополнительно включает в себя второе уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом.

В одном аспекте уплотнительная система дополнительно содержит: первый датчик температуры, сконфигурированный, чтобы измерять температуру первого уплотнительного кольца с неподвижной стороны; и второй датчик температуры, сконфигурированный, чтобы измерять температуру второго уплотнительного кольца с неподвижной стороны.

[0014] В одном аспекте предоставляется насосная система для нагнетания летучей жидкости, содержащая: вращающийся вал; крыльчатку, прикрепленную к вращающемуся валу; корпус, в котором крыльчатка размещается; сальниковую коробку, которая формирует барьерную камеру и уплотнительную камеру со стороны насоса; механическое уплотнение, расположенное в барьерном отделении; и систему подачи барьерного газа, сконфигурированную, чтобы подавать барьерный газ в барьерную камеру, барьерный газ имеет давление выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере со стороны насоса, при этом уплотнительная камера со стороны насоса располагается между крыльчаткой и механическим уплотнением, и система подачи барьерного газа включает в себя клапан регулирования давления, сконфигурированный, чтобы поддерживать постоянную разницу между давлением в барьерной камере и давлением в уплотнительной камере со стороны насоса.

[0015] В одном аспекте насосная система дополнительно содержит: отводящую линию, соединенную с барьерной камерой; клапан сброса давления, присоединенный к отводящей линии; и актуатор клапана, сконфигурированный, чтобы открывать клапан сброса давления, когда давление в отводящей линии находится вне предварительно заданного диапазона давления.

В одном аспекте насосная система дополнительно содержит передатчик сигнала, сконфигурированный, чтобы выдавать сигнал остановки насоса, когда давление в отводящей линии находится за пределами диапазона давления.

В одном аспекте насосная система дополнительно содержит аккумулятор давления, соединенный со отводящей линией.

В одном аспекте насосная система дополнительно содержит: дренажный сосуд, соединенный со отводящей линией; и датчик уровня жидкости, сконфигурированный, чтобы обнаруживать уровень жидкости в дренажном сосуде.

[0016] В одном аспекте сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения, насосная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, впускную линию для барьерного газа и линию утилизации барьерного газа, неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления располагается в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления, впускная линия для барьерного газа и линия утилизации барьерного газа находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления, и впускная линия для барьерного газа соединяется с системой подачи барьерного газа.

В одном аспекте неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, окружающим вращающийся вал.

[0017] В одном аспекте сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения, уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, линию подачи раствора-растворителя, и линию утилизации раствора-растворителя, неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления располагается в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления, и линия подачи раствора-растворителя и линия утилизации раствора-растворителя находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления.

В одном аспекте неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением, окружающим вращающийся вал.

[0018] В одном аспекте насосная система дополнительно содержит внутреннее неконтактное уплотнение, предусмотренное в барьерной камере.

В одном аспекте внутреннее неконтактное уплотнение является лабиринтным уплотнением.

В одном аспекте система подачи барьерного газа имеет отверстие для подачи барьерного газа, обращенное в барьерную камеру, и внутреннее неконтактное уплотнение располагается со стороны атмосферного давления отверстия для подачи барьерного газа.

В одном аспекте насосная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны насоса, размещенное в уплотнительной камере со стороны насоса.

В одном аспекте неконтактное уплотнение со стороны насоса является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, которое окружает вращающийся вал.

[0019] В одном аспекте механическое уплотнение является двойным механическим уплотнением, включающим в себя первое уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и первое уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом, и дополнительно включает в себя второе уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом.

В одном аспекте насосная система дополнительно содержит: первый датчик температуры, сконфигурированный, чтобы измерять температуру первого уплотнительного кольца с неподвижной стороны; и второй датчик температуры, сконфигурированный, чтобы измерять температуру второго уплотнительного кольца с неподвижной стороны .

Полезные результаты изобретения

[0020] Согласно настоящему изобретению, давление барьерного газа в барьерной камере всегда поддерживается выше давления летучей жидкости, независимо от изменения в давлении в барьерной камере и/или давлении в уплотнительной камере со стороны насоса. Следовательно, уплотнительная система согласно настоящему изобретению может предотвращать утечку летучей жидкости в барьерную камеру.

Летучая текучая среда (которая может быть в жидкой фазе, газообразной фазе или газо-жидкостной двойной фазе) может быть утилизирована через клапан сброса давления и отводящей линии, даже если летучая жидкость утекает в барьерную камеру вследствие повреждения уплотнительных поверхностей. Кроме того, неконтактное уплотнение может блокировать поток летучей жидкости и может предотвращать утечку летучей жидкости в окружающую атмосферу.

Краткое описание чертежей

[0021] Фиг. 1 - это схема, показывающая вариант осуществления насосной системы;

Фиг. 2 - это укрупненный вид, показывающий вариант осуществления уплотнительной системы, включающей в себя механическое уплотнение;

Фиг. 3 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы;

Фиг. 4 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы;

Фиг. 5 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы;

Фиг. 6 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы;

Фиг. 7 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы; и

Фиг. 8 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы.

Описание вариантов осуществления

[0022] Далее в данном документе, варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1 - это схема, показывающая вариант осуществления насосной системы. Эта насосная система включает в себя насос 1 для нагнетания летучей жидкости и уплотнительную систему 2 для предотвращения утечки летучей жидкости в окружающую атмосферу. В этом варианте осуществления насос 1 является многоступенчатым насосом. В частности, насос 1 включает в себя вращающийся вал 5, множество крыльчаток 7, прикрепленных к вращающемуся валу 5, и корпус 8, в котором крыльчатки 7 размещаются. В настоящем варианте осуществления половина из множества крыльчаток 7 обращены в одном направлении, а другая половина обращена в противоположном направлении. Такая компоновка крыльчаток 7 делает возможным компенсацию осевых усилий, действующих на крыльчатки 7, когда крыльчатки 7 вращаются, чтобы нагнетать летучую жидкость. В одном варианте осуществления множество крыльчаток 7 может быть обращено в одном и том же направлении. В другом варианте осуществления насос 1 может быть одноступенчатым насосом с одной крыльчаткой.

[0023] Вращающийся вал 5 поддерживается с возможностью вращения посредством двух радиальных подшипников 10 и одного осевого подшипника 11. Вращающийся вал 5 соединяется с непоказанным первичным приводом (электромотором, двигателем внутреннего сгорания и т.д.) и вращается посредством первичного привода. Крыльчатки 7 вращаются вместе с вращающимся валом 5. Корпус 8 имеет всасывающее отверстие 8A и выпускное отверстие 8B для летучей жидкости. Летучая жидкость вводится в корпус 8 через всасывающее отверстие 8A. Когда крыльчатки 7 вращаются, летучая жидкость нагнетается в корпус 8 и выпускается из корпуса 8 через выпускное отверстие 8B.

[0024] Балансировочный механизм 15 размещается между одним из двух радиальных подшипников 10 и крыльчатками 7. Балансировочный механизм 15 является устройством, которое уменьшает давление летучей жидкости, нагнетаемой посредством вращения крыльчаток 7, до давления, соответствующего давлению всасывания. Уравнительная камера 16, которая располагается со со стороны атмосферного давления балансировочного механизма 15, соединяется через уравнительную линию 17 с всасывающим отверстием 8A, или с трубой подачи летучей жидкости (не показана), соединенной с всасывающим отверстием 8A, или с источником подачи летучей жидкости (не показан). Следовательно, давление в уравнительной камере 16 является практически таким же, что и давление всасывания.

[0025] Жидкость, которая должна быть обработана насосом 1, является летучей жидкостью. В этой спецификации летучая жидкость является жидкостью, состоящей из летучего вещества, которое существует в газообразном состоянии при атмосферном давлении. Более конкретно, летучая жидкость является жидкостью, которая является более летучей по сравнению с водой, другими словами, жидкостью, которая имеет более низкую точку кипения по сравнению с водой. Конкретные примеры летучей жидкости включают в себя жидкий аммиак, этилен, пропилен, двуокись углерода, спирт, бутан и пропан. Летучая жидкость подается в предварительно сжатом состоянии к насосу 1 из источника подачи летучей жидкости (не показан).

[0026] Если летучая жидкость утекает из насоса 1, она испаряется и рассеивается в окружающую атмосферу. Следовательно, уплотнительная система 2 предусматривается, чтобы предотвращать утечку летучей жидкости. Уплотнительная система 2 включает в себя два механических уплотнения 20, размещенных со сторон атмосферного давления крыльчаток 7, и систему 32 подачи барьерного газа, сконфигурированную, чтобы подавать барьерный газ в две барьерные камеры 30, в которых размещаются два механических уплотнения 20, соответственно. Два механических уплотнения 20 располагаются в двух сальниковых коробках 35, соответственно. В частности, каждая барьерная камера 30 формируется посредством каждой сальниковой коробки 35, и каждое механическое уплотнение 20 располагается в каждой барьерной камере 30. Две сальниковые коробки 35 прикрепляются к обеим сторонам корпуса 8.

[0027] Фиг. 2 является укрупненным видом, показывающим вариант осуществления уплотнительной системы 2, включающей в себя механические уплотнения 20. На фиг. 2, из двух механических уплотнений 20 показано одно механическое уплотнение 20 рядом с уравнительной камерой 16. Поскольку другое механическое уплотнение 20, размещенное со стороны всасывания, имеет такую же конфигурацию, их повторяющиеся описания будут пропущены.

[0028] Уплотнительная система 2 согласно настоящему варианту осуществления имеет газоуплотнительную систему, которая герметизирует летучую жидкость с помощью механических уплотнений 20 и барьерного газа. Как показано на фиг. 2, каждое механическое уплотнение 20 настоящего варианта осуществления является двойным механическим уплотнением, включающим в себя две пары уплотнительных колец 21A и 22A с вращающейся стороны и уплотнительных колец 21B и 22B с неподвижной стороны. Более конкретно, механическое уплотнение 20 включает в себя первое уплотнительное кольцо 21A с вращающейся стороны и первое уплотнительное кольцо 21B с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом, и второе уплотнительное кольцо 22A с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо 22B с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом. Механическое уплотнение 20 дополнительно имеет первые пружины 23, которые прижимают первое уплотнительное кольцо 21B с неподвижной стороны к первому уплотнительному кольцу 21A с вращающейся стороны, и вторые пружины 24, которые прижимают второе уплотнительное кольцо 22B с неподвижной стороны ко второму уплотнительному кольцу 22A с вращающейся стороны.

[0029] Втулка 38 вала прикрепляется к внешней периферийной поверхности вращающегося вала 5. Первое уплотнительное кольцо 21A с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо 22A с вращающейся стороны прикрепляются к втулке 38 вала. Более конкретно, держатель 40 уплотнительного кольца прикрепляется к втулке 38 вала, и первое уплотнительное кольцо 21A с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо 22A с вращающейся стороны удерживаются посредством держателя 40 уплотнительного кольца и внешней периферийной поверхности втулки 38 вала. Вращающийся вал 5, втулка 38 вала, первое уплотнительное кольцо 21A с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо 22A с вращающейся стороны имеют возможность вращения как единое целое.

[0030] Первое уплотнительное кольцо 21B с неподвижной стороны и второе уплотнительное кольцо 22B с неподвижной стороны поддерживаются посредством сальниковой коробки 35 таким образом, чтобы быть подвижными в осевом направлении. Первые пружины 23 и вторые пружины 24 удерживаются посредством сальниковой коробки 35. Первое уплотнительное кольцо 21B с неподвижной стороны, второе уплотнительное кольцо 22B с неподвижной стороны, первые пружины 23 и вторые пружины 24 не вращаются. Две пары уплотнительных колец 21A и 22A с вращающейся стороны и уплотнительных колец 21B и 22B с неподвижной стороны размещаются симметрично относительно плоскости (которая является воображаемой поверхностью), перпендикулярной вращающемуся валу 5. Первое уплотнительное кольцо 21A с вращающейся стороны и первое уплотнительное кольцо 21B с неподвижной стороны размещаются со стороны насоса, а второе уплотнительное кольцо 22A с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо 22B с неподвижной стороны размещаются со со стороны атмосферного давления.

[0031] Механическое уплотнение 20 располагается в барьерной камере 30. Барьерная камера 30 формируется посредством внутренней поверхности сальниковой коробки 35. Дополнительно, уплотнительная камера 43 со стороны насоса предусматривается со стороны насоса механического уплотнения 20. Уплотнительная камера 43 со стороны насоса также формируется посредством внутренней поверхности сальниковой коробки 35. Уплотнительная камера 43 со стороны насоса располагается между крыльчатками 7 и механическим уплотнением 20.

[0032] Летучая жидкость в корпусе 8 течет вдоль вращающегося вала 5 и втекает в уплотнительную камеру 43 со стороны насоса, чтобы заполнять уплотнительную камеру 43 со стороны насоса. Уплотнительная камера 43 со стороны насоса, показанная на фиг. 2, находится в сообщении с уравнительной камерой 16. Следовательно, летучая жидкость достигает уплотнительной камеры 43 со стороны насоса после прохождения через уравнительную камеру 16. Давление в уплотнительной камере 43 со стороны насоса является таким же, что и давление в уравнительной камере 16.

[0033] Система 32 подачи барьерного газа конфигурируется, чтобы подавать барьерный газ, имеющий давление выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса, в барьерную камеру 30. В частности, система 32 подачи барьерного газа включает в себя компрессор 47 для сжатия барьерного газа, подаваемого из источника 46 подачи барьерного газа, клапан 50 регулирования давления, сконфигурированный, чтобы регулировать давление барьерного газа в барьерной камере 30, линию 52 подачи барьерного газа, протягивающуюся от источника 46 подачи барьерного газа до барьерной камеры 30, и датчик 54 давления жидкости, сконфигурированный, чтобы измерять давление летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса.

[0034] Компрессор 47 и клапан 50 регулирования давления соединяются с линией 52 подачи барьерного газа. Клапан 50 регулирования давления размещается ниже по потоку от компрессора 47. Один конец линии 52 подачи барьерного газа соединяется с источником 46 подачи барьерного газа, а другой конец линии 52 подачи барьерного газа соединяется с барьерной камерой 30. Система 32 подачи барьерного газа имеет отверстие 53 для подачи барьерного газа, обращенное в барьерную камеру 30. Отверстие 53 для подачи барьерного газа состоит из открытого конца линии 52 подачи барьерного газа. Барьерный газ, подаваемый из источника 46 подачи барьерного газа, сжимается посредством компрессора 47, проходит через клапан 50 регулирования давления и протекает по линии 52 подачи барьерного газа в барьерную камеру 30 из отверстия 53 для подачи барьерного газа.

[0035] Примеры барьерного газа включают в себя инертный газ (например, азот), углекислый газ и воздух. Барьерный газ является текучей средой, отличной от вышеупомянутой летучей жидкости. Источник 46 подачи барьерного газа может быть источником подачи инертного газа, предусмотренным в качестве оборудования для вспомогательных работ на объекте, где насосная система устанавливается, или может быть резервуаром для хранения газообразного азота, который хранит внутри газообразный азот, который был выпущен в процессе производства летучей жидкости. Если давление барьерного газа, подаваемого из источника 46 подачи барьерного газа, является достаточно более высоким по сравнению с давлением летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса, компрессор 47 может быть не предусмотрен.

[0036] На фиг. 2 схематично иллюстрируется позиция установки датчика 54 давления жидкости. Датчик 54 давления жидкости является устройством измерения давления для измерения давления летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса. В этой спецификации непосредственное измерение давления летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса и измерение давления, соответствующего давлению летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны давления, означают измерение давления летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны давления.

[0037] Позиция установки датчика 54 давления жидкости особо не ограничивается, пока датчик 54 давления жидкости может измерять давление летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса или давление, соответствующее давлению летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса. Например, датчик 54 давления жидкости может быть соединен с уплотнительной камерой 43 со стороны насоса. В этом случае датчик 54 давления жидкости может непосредственно измерять давление летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 1, датчик 54 давления жидкости может быть соединен с уравнительной линией 17, или может быть соединен с всасывающим отверстием 8A корпуса 8, или может быть соединен с трубой для подачи летучей жидкости (не показана), соединенной с всасывающим отверстием 8A. Поскольку давление в уравнительной линии 17 является практически таким же, что и давление в уплотнительной камере 43 со стороны насоса, датчик 54 давления жидкости, соединенный с уравнительной линией 17, может измерять давление, соответствующее давлению летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса. Давление летучей жидкости во всасывающем отверстии 8A корпуса 8 и давление летучей жидкости в трубе подачи летучей жидкости также являются практически такими же, что и давление в уплотнительной камере 43 со стороны насоса.

[0038] В случае, когда балансировочный механизм 15, уравнительная камера 16 и уравнительная линия 17 не предусматриваются, давление летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса соответствует выпускному давлению насоса 1. В этом случае, датчик 54 давления жидкости может быть соединен с выпускным отверстием 8B корпуса 8.

[0039] Как показано на фиг. 2, уплотнительная система 2 дополнительно включает в себя отводящую линию 56, соединенную с барьерной камерой 30, клапан 57 сброса давления, присоединенный со отводящей линией 56, датчик 60 давления газа для измерения давления в отводящей линии 56, и актуатор 61 клапана, сконфигурированный, чтобы открывать клапан 57 сброса давления, когда давление в отводящей линии 56 находится вне предварительно заданного диапазона давления. Датчик 60 давления газа располагается между барьерной камерой 30 и клапаном 57 сброса давления. Отводящая линия 56 имеет жидкостное впускное отверстие 58, обращенное в барьерную камеру 30. Барьерный газ, который подается из системы 32 подачи барьерного газа в барьерную камеру 30, протекает через жидкостное впускное отверстие 58 в отводящую линию 56.

[0040] Клапан 57 сброса давления является обычно закрытым. Следовательно, во время нормальной работы, внутренность отводящей линии 56 является заполненной барьерным газом, но поток барьерного газа практически не формируется в отводящей линии 56. Поскольку отводящая линия 56 сообщается с барьерной камерой 30, давление в барьерной камере 30 является таким же, что и давление в отводящей линии 56. Следовательно, датчик 60 давления газа, соединенный со отводящей линией 56, может измерять давление, соответствующее давлению в барьерной камере 30. В настоящей спецификации непосредственное измерение давления в барьерной камере 30 и измерение давления, соответствующего давлению в барьерной камере 30, означают измерение давления в барьерной камере 30.

[0041] Датчик 60 давления газа электрически соединяется с клапаном 50 регулирования давления, так что датчик 60 давления газа передает измеренное значение давления (т.е., измеренное значение давления в барьерной камере 30) клапану 50 регулирования давления. Датчик 54 давления жидкости также электрически соединяется с клапаном 50 регулирования давления, так что датчик 54 давления жидкости передает измеренное значение давления (т.е., измеренное значение давления в уплотнительной камере 43 со стороны насоса) клапану 50 регулирования давления. Клапан 50 регулирования давления конфигурируется так, что разница между измеренным значением давления, переданным от датчика 54 давления жидкости, и измеренным значением давления, переданным от датчика 60 давления газа (т.е., разница между давлением в уплотнительной камере 43 со стороны насоса и давлением в барьерной камере 30), поддерживается постоянной. Более конкретно, клапан 50 регулирования давления работает так, что давление барьерного газа в барьерной камере 30 поддерживается выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса на предварительно определенное значение смещения. Конкретные примеры клапана 50 регулирования давления включают в себя приводимый актуатором клапан регулирования дифференциального давления.

[0042] Согласно настоящему варианту осуществления давление барьерного газа в барьерной камере 30 всегда поддерживается выше давления летучей жидкости, даже если давление в барьерной камере 30 и/или давление в уплотнительной камере 43 со стороны насоса изменяется. Следовательно, барьерный газ в барьерной камере 30 втекает в уплотнительную камеру 43 со стороны насоса через мельчайший зазор между уплотнительными поверхностями, которые являются контактными поверхностями первого уплотнительного кольца 21A с вращающейся стороны и первого уплотнительного кольца 21B с неподвижной стороны. Такой поток барьерного газа может препятствовать утечке летучей жидкости в барьерную камеру 30.

[0043] Уплотнительная камера 63 со стороны атмосферного давления предусматривается со со стороны атмосферного давления механического уплотнения 20. Уплотнительная камера 63 со стороны атмосферного давления формируется посредством внутренней поверхности сальниковой коробки 35. Барьерная камера 30 располагается между уплотнительной камерой 43 стороны насоса и уплотнительной камерой 43 со стороны атмосферного давления. Барьерный газ в барьерной камере 30 также втекает в уплотнительную камеру 43 со стороны атмосферного давления через мельчайший зазор между уплотнительными поверхностями, которые являются контактными поверхностями второго уплотнительного кольца 22A с вращающейся стороны и второго уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны. Сальниковая коробка 35, которая формирует барьерную камеру 30, уплотнительную камеру 43 насосной стороны и уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления, является единой конструкцией, в то время как в одном варианте осуществления сальниковая коробка 35 может состоять из комбинации множества конструкций.

[0044] Уплотнительная система 2 дополнительно включает в себя впускную линию 66 для барьерного газа, соединенную с системой 32 подачи барьерного газа, клапан 69 регулирования давления, присоединенный к впускной линии 66 для барьерного газа, линию 72 утилизации барьерного газа, сообщающуюся с уплотнительной камерой 63 со стороны атмосферного давления, и плавающее уплотнение 73, служащее в качестве неконтактного уплотнения со стороны атмосферного давления, предусмотренного в уплотнительной камере 63 со стороны атмосферного давления. Один конец впускной линии 66 для барьерного газа соединяется с линией 52 подачи барьерного газа, а другой конец впускной линии 66 барьерного газа сообщается с уплотнительной камерой 63 со стороны атмосферного давления. Клапан 69 регулирования давления является клапаном уменьшения давления, сконфигурированным, чтобы уменьшать давление барьерного газа, отправляемого из системы 32 подачи барьерного газа, до предварительно определенного давления, которое выше атмосферного давления. Точка соединения впускной линии 66 для барьерного газа и линии 52 подачи барьерного газа находится выше по потоку от клапана 50 регулирования давления и находится ниже по потоку от компрессора 47.

[0045] Плавающее уплотнение 73 прижимается пружинами 77 к стопорному кольцу 75, прикрепленному к сальниковой коробке 35. Плавающее уплотнение 73 размещается таким образом, чтобы окружать вращающийся вал 5. Более конкретно, плавающее уплотнение 73 размещается вокруг втулки 38 вала, прикрепленной к внешней периферийной окружности вращающегося вала 5. Вращающийся вал 5 и втулка 38 вала протягиваются через плавающее уплотнение 73. Мельчайший зазор формируется между внутренней периферийной поверхностью плавающего уплотнения 73 и внешней периферийной поверхностью втулки 38 вала, так что плавающее уплотнение 73 находится вне соприкосновения с втулкой 38 вала и вращающимся валом 5. Плавающее уплотнение 73 существует в кольцеобразной форме и состоит, например, из графитового кольца.

[0046] Барьерный газ вводится в уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления через впускную линию 66 для барьерного газа и далее вытекает из уплотнительной камеры 63 со стороны атмосферного давления через линию 72 утилизации барьерного газа. Таким образом, поток барьерного газа всегда формируется в уплотнительной камере 63 со стороны атмосферного давления. Барьерный газ, который протек из барьерной камеры 30 через зазор между уплотнительными поверхностями второго уплотнительного кольца 22A с вращающейся стороны и второго уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны, втекает в линию 72 утилизации барьерного газа вместе с барьерным газом, введенным из впускной линии 66 для барьерного газа. Барьерный газ, который протек через линию 72 утилизации барьерного газа, может быть утилизирован или выпущен в факельный ствол. В одном варианте осуществления неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, размещенное в уплотнительной камере 63 со стороны атмосферного давления, может быть лабиринтным уплотнением, вместо плавающего уплотнения 73.

[0047] Если уплотнительные поверхности уплотнительных колец 22A и 22B со со стороны атмосферного давления повреждаются по какой-то причине, давление в барьерной камере 30 падает. В этом случае, летучая жидкость в уплотнительной камере 43 со стороны насоса втекает в барьерную камеру 30 через уплотнительные поверхности уплотнительных колец 21A и 21B. Летучая жидкость переходит в газо-жидкостную двухфазную текучую среду в барьерной камере 30 с падением температуры, и ее объем расширяется. Такая низкотемпературная газо-жидкостная двухфазная текучая среда может повреждать механическое уплотнение 20 и может выводить из строя механическое уплотнение 20.

[0048] Таким образом, для того, чтобы предотвращать такое повреждение механического уплотнения 20, актуатор 61 клапана открывает клапан 57 сброса давления, когда давление в отводящей линии 56 находится вне предварительно заданного диапазона давления. Когда летучая жидкость протекает в барьерную камеру 30, по меньшей мере, часть летучей жидкости испаряется. В результате, давление в отводящей линии 56, сообщающейся с барьерной камерой 30, увеличивается. Датчик 60 давления газа обнаруживает это увеличение давления и приводит в действие актуатор 61 клапана. Актуатор 61 клапана открывает клапан 57 сброса давления, чтобы предоставлять возможность летучей текучей среде (которая может быть в жидкой фазе, газообразной фазе или газо-жидкостной двойной фазе) вытекать из барьерной камеры 30 через отводящую линию 56. Летучая текучая среда, вместе с барьерным газом, утилизируется через отводящую линию 56. Утилизированная летучая текучая среда может быть нейтрализована посредством сжигающей обработки или т.п.

[0049] В настоящем варианте осуществления актуатор 61 клапана состоит из комбинации пневматического цилиндра 78 и клапана 80 подачи рабочей среды. Пневматический цилиндр 78 соединяется с клапаном 57 сброса давления и конфигурируется, чтобы открывать клапан 57 сброса давления. Пневматический цилиндр 78 соединяется с источником 81 подачи рабочей среды через клапан 80 подачи рабочей среды. Примером источника 81 подачи рабочей среды является источник подачи воздуха. Источник подачи воздуха может быть линией подачи воздуха, предусмотренной в качестве оборудования для вспомогательных работ на объекте, где насосная система устанавливается. В одном варианте осуществления актуатор 61 клапана может быть приводимым в действие с помощью мотора актуатором.

[0050] Датчик 60 давления газа электрически соединяется с клапаном 80 подачи рабочей среды и конфигурируется, чтобы передавать измеренное значение давления в отводящей линии 56 клапану 80 подачи рабочей среды. Клапан 80 подачи рабочей среды имеет память (не показана) в себе, и верхний предел и нижний предел диапазона давления сохраняются в этой памяти заранее. Когда измеренное значение давления в отводящей линии 56 находится вне диапазона давления, клапан 80 подачи рабочей среды открывается, и рабочая среда подается из источника 81 подачи рабочей среды к пневматическому цилиндру 78. В результате, пневматический цилиндр 78 срабатывает, чтобы открывать клапан 57 сброса давления. Летучая текучая среда (которая может быть в жидкой фазе, газообразной фазе или газо-жидкостной двойной фазе) выпускается из барьерной камеры 30 через отводящую линию 56.

[0051] Когда летучая жидкость втекает в барьерную камеру 30, летучая текучая среда (которая может быть в жидкой фазе, газообразной фазе или газо-жидкостной двойной фазе) проходит через зазор между уплотнительными поверхностями второго уплотнительного кольца 22A с вращающейся стороны и второго уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны, размещенных со со стороны атмосферного давления. Даже в таком случае, летучая текучая среда переносится в линию 72 утилизации барьерного газа барьерным газом, вводимым из впускной линии 66 для барьерного газа, и утилизируется вместе с барьерным газом через линию 72 утилизации барьерного газа.

[0052] Как описано выше, уплотнительная система 2 настоящего варианта осуществления может не только предотвращать утечку летучей жидкости в барьерную камеру 30, но также может предотвращать утечку летучей жидкости (или летучей текучей среды) в окружающую атмосферу, даже если летучая жидкость протекает в барьерную камеру 30. Следовательно, настоящее изобретение может предоставлять насосную систему, приспособленную для безопасной обработки летучей жидкости.

[0053] Датчик 60 давления газа электрически соединяется с передатчиком 85 сигнала и конфигурируется, чтобы передавать измеренное значение давления в отводящей линии 56 передатчику 85 сигнала. Передатчик 85 сигнала имеет память (не показана) в себе, и верхний предел и нижний предел диапазона давления сохраняются в этой памяти заранее. Передатчик 85 сигнала конфигурируется, чтобы выдавать сигнал остановки насоса, когда измеренное значение давления в отводящей линии 56 находится вне диапазона давления. Передатчик 85 сигнала соединяется с операционным контроллером 87 по проводной связи или беспроводной связи. Операционный контроллер 87 конфигурируется, чтобы управлять работой первичного привода (не показан) насоса 1. Сигнал остановки насоса передается операционному контроллеру 87, и операционный контроллер 87 принимает сигнал остановки насоса и останавливает первичный привод насоса 1. В результате, работа насоса 1 прекращается, так что распространение утечки летучей жидкости может быть предотвращено.

[0054] Если уплотнительные поверхности уплотнительных колец 21A и 21B со стороны насоса повреждаются, летучая жидкость может протекать в барьерную камеру 30. Когда достаточное давление поддерживается в барьерной камере 30, летучая жидкость протекает в барьерную камеру 30, поскольку летучая жидкость сохраняет свое жидкое состояние. Однако, когда летучая жидкость достигает уплотнительных колец 22A и 22B со стороны атмосферного давления, уплотнительные поверхности уплотнительных колец 22A и 22B могут быть повреждены. В таком случае давление в барьерной камере 30 уменьшается. Дополнительно, если уплотнительные поверхности уплотнительных колец 22A и 22B со стороны атмосферного давления повреждаются по какой-либо причине, или если система 32 подачи барьерного газа не может увеличивать давление подачи барьерного газа, давление в барьерной камере 30 падает.

[0055] В виду этого, когда давление в барьерной камере 30, измеряемое посредством датчика 60 давления газа, находится вне диапазона давления (т.е., когда давление в барьерной камере 30 находится ниже нижнего предела диапазона давления), или когда абсолютное значение степени изменения давления в барьерной камере 30 больше предварительно определенного значения, передатчик 85 сигнала выдает сигнал остановки насоса. Дополнительно, когда давление в барьерной камере 30 падает, является возможным, что вытекшая летучая жидкость будет улетучиваться. Следовательно, когда давление в барьерной камере 30, измеряемое посредством датчика 60 давления газа, находится вне диапазона давления (т.е., когда давление в барьерной камере 30 находится ниже нижнего предела диапазона давления), или когда абсолютное значение степени изменения давления в барьерной камере 30 больше предварительно определенного значения, актуатор 61 клапана открывает клапан 57 сброса давления, чтобы высвобождать улетучившуюся газо-жидкостную двухфазную текучую среду. Даже в таком случае, поскольку барьерный газ протекает через уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления, уплотнительная система может надежно препятствовать испарению и рассеянию летучей жидкости в атмосферу.

[0056] Фиг. 3 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы 2. Конфигурации и операции этого варианта осуществления, которые не будут описаны конкретно, являются такими же, что и конфигурации и операции варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1 и 2, и их повторяющиеся описания будут пропущены. В этом варианте осуществления уплотнительная система 2 включает в себя аккумулятор 88 давления, присоединенный к отводящей линии 56. Аккумулятор 88 давления находится в сообщении с барьерной камерой 30 через отводящую линию 56.

[0057] Диафрагма 88a размещается внутри аккумулятора 88 давления, и газ, такой как газообразный азот, заключается внутри. Часть барьерного газа в отводящей линии 56 вводится в аккумулятор 88 давления и накаливается в аккумуляторе 88 давления. Барьерный газ, накопившийся в аккумуляторе 88 давления, сжимается посредством давления газа, ранее заключенного в аккумуляторе 88 давления. Когда подача барьерного газа из системы 32 подачи барьерного газа прекращается, или давление подачи барьерного газа падает по некоторой причине, аккумулятор 88 давления подает барьерный газ в барьерную камеру 30 через отводящую линию 56, так что давление в барьерном газе 30 может поддерживаться выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере 43 со стороны насоса.

[0058] Дренажный сосуд 90 соединяется со отводящей линией 56. Датчик 91 уровня жидкости для обнаружения уровня жидкости в дренажном сосуде 90 присоединяется к дренажному сосуду 90. Если уплотнительные поверхности уплотнительных колец 21A и 21B со стороны насоса повреждаются, летучая жидкость может протекать в барьерную камеру 30. Когда достаточное давление поддерживается в барьерной камере 30, летучая жидкость протекает в барьерную камеру 30, поскольку летучая жидкость сохраняет свое жидкое состояние. Летучая жидкость протекает через отводящую линию 56 и собирается в дренажном сосуде 90. Когда датчик 91 уровня жидкости обнаруживает, что уровень жидкости для летучей жидкости в дренажном сосуде 90 достиг заданного уровня, датчик 91 уровня жидкости выдает сигнал обнаружения утечки. Этот сигнал обнаружения утечки передается операционному контроллеру 87. Операционный контроллер 87 принимает сигнал обнаружения утечки и останавливает первичный привод насоса 1. Конкретная конфигурация датчика 91 уровня жидкости особо не ограничивается, и примеры датчика 91 уровня жидкости включают в себя датчик уровня жидкости контактного типа, датчик уровня жидкости бесконтактного типа и поплавковое реле.

[0059] Фиг. 4 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы 2. Конфигурации и операции этого варианта осуществления, которые не будут описаны конкретно, являются такими же, что и конфигурации и операции варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1 и 2, и их повторяющиеся описания будут пропущены. В этом варианте осуществления уплотнительная система 2 включает в себя лабиринтное уплотнение 95, служащее в качестве внутреннего неконтактного уплотнения, предусмотренного в барьерной камере 30. Это лабиринтное уплотнение 95 предусматривается на внешней периферийной поверхности держателя 40 уплотнительного кольца, прикрепленного к втулке 38 вала.

[0060] Мельчайший зазор формируется между лабиринтным уплотнением 95 и внутренней поверхностью сальниковой коробки 35, формирующей барьерную камеру 30. Лабиринтное уплотнение 95 не находится в контакте с сальниковой коробкой 35. Лабиринтное уплотнение 95 располагается со стороны атмосферного давления отверстия 53 для подачи барьерного газа, обращенного в барьерную камеру 30. Дополнительно, лабиринтное уплотнение 95 находится со со стороны атмосферного давления жидкостного впускного отверстия 58, обращенного в барьерную камеру 30. Отверстие 53 для подачи барьерного газа и жидкостное впускное отверстие 58 располагаются между уплотнительным кольцом 21B с неподвижной стороны и лабиринтным уплотнением 95. Лабиринтное уплотнение 95 располагается между первым уплотнительным кольцом 21B с неподвижной стороны и вторым уплотнительным кольцом 22B с неподвижной стороны .

[0061] Часть барьерного газа, подаваемого из отверстия 53 для подачи барьерного газа в барьерную камеру 30, проходит через мельчайший зазор между уплотнительными поверхностями первого уплотнительного кольца 21A с вращающейся стороны и первого уплотнительного кольца 21B с неподвижной стороны, размещенных со стороны насоса, и втекает в уплотнительную камеру 43 со стороны насоса. В то же самое время, часть барьерного газа, подаваемого из отверстия 53 для подачи барьерного газа в барьерную камеру 30, проходит через лабиринтное уплотнение 95, протекает через мельчайший зазор между уплотнительными поверхностями второго уплотнительного кольца 22A с вращающейся стороны и второго уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны, размещенных со стороны атмосферного давления, и протекает по направлению к уплотнительной камере 63 со стороны атмосферного давления.

[0062] Даже если летучая жидкость в уплотнительной камере 43 со стороны насоса протекает в барьерную камеру 30, летучая текучая среда (которая может быть в газообразной фазе, жидкой фазе или газо-жидкостной двойной фазе) блокируется посредством лабиринтного уплотнения 95, и, следовательно, предохраняется от достижения второго уплотнительного кольца 22A с вращающейся стороны и второго уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны, размещенных со со стороны атмосферного давления.

[0063] Как описано выше, когда летучая жидкость протекает в барьерную камеру 30, актуатор 61 клапана открывает клапан 57 сброса давления. В результате, поток барьерного газа, направленный из отверстия 53 для подачи барьерного газа к жидкостному впускному отверстию 58, формируется в барьерной камере 30. Летучая жидкость, которая протекла в барьерную камеру 30, втекает в жидкостное впускное отверстие 58 вместе с барьерным газом и утилизируется через отводящую линию 56. Таким образом, лабиринтное уплотнение 95 имеет функцию направления летучей текучей среды, которая протекла в барьерную камеру 30, в жидкостное впускное отверстие 58 и может препятствовать протеканию летучей текучей среды в сторону атмосферного давления. В одном варианте осуществления внутреннее неконтактное уплотнение может быть резьбовым уплотнением, вместо лабиринтного уплотнения 95.

[0064] Фиг. 5 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы 2. Конфигурации и операции этого варианта осуществления, которые не будут описаны конкретно, являются такими же, что и конфигурации и операции варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1 и 2, и их повторяющиеся описания будут пропущены. В этом варианте осуществления уплотнительная система 2 включает в себя плавающее уплотнение 97, служащее в качестве неконтактного уплотнения со стороны насоса, размещенное в уплотнительной камере 43 со стороны насоса.

[0065] Плавающее уплотнение 97 прижимается пружинами 98 к вертикальной поверхности 35a сальниковой коробки 35, формирующей уплотнительную камеру 43 со стороны насоса. Плавающее уплотнение 97 размещается таким образом, чтобы окружать вращающийся вал 5. Более конкретно, плавающее уплотнение 97 размещается вокруг втулки 38 вала, прикрепленной к внешней периферийной окружности вращающегося вала 5. Вращающийся вал 5 и втулка 38 вала протягиваются через плавающее уплотнение 97. Мельчайший зазор формируется между внутренней периферийной поверхностью плавающего уплотнения 97 и внешней периферийной поверхностью втулки 38 вала, так что плавающее уплотнение 97 находится вне соприкосновения с втулкой 38 вала и вращающимся валом 5. Плавающее уплотнение 97 существует в кольцеобразной форме и состоит, например, из графитового кольца.

[0066] Пока механическое уплотнение 20 функционирует нормально, поток летучей жидкости практически не формируется в уплотнительной камере 43 со стороны насоса. Когда летучая жидкость в уплотнительной камере 43 со стороны насоса утекает в барьерную камеру 30 в результате повреждения или чрезмерного износа механического уплотнения 20, летучая жидкость протекает через мельчайший зазор, сформированный между внутренней периферийной поверхностью плавающего уплотнения 97 и внешней периферийной поверхностью втулки 38 вала. В это время давление летучей жидкости уменьшается, в то время как температура летучей жидкости растет. В результате, по меньшей мере, часть летучей жидкости испаряется. Испарившаяся летучая текучая среда менее вероятно должна повреждать механическое уплотнение 20 по сравнению с летучей жидкостью. Следовательно, плавающее уплотнение 97 может минимизировать повреждение механического уплотнения 20, когда летучая текучая среда утекает. В одном варианте осуществления неконтактное уплотнение со стороны насоса, размещенное в уплотнительной камере 43 со стороны насоса, может быть лабиринтным уплотнением, вместо плавающего уплотнения 97.

[0067] Фиг. 6 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы 2. Конфигурации и операции этого варианта осуществления, которые не будут описаны конкретно, являются такими же, что и конфигурации и операции варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1 и 2, и их повторяющиеся описания будут пропущены. В этом варианте осуществления уплотнительная система 2 дополнительно включает в себя обходную линию 100, которая обходит клапан 50 регулирования давления, обходной вентиль 101, присоединенный к обходной линии 100, и двухпозиционный вентиль 102, присоединенный к впускной линии 66 для барьерного газа. Один конец обходной линии 100 присоединяется к линии 52 подачи барьерного газа в позиции выше по потоку от клапана 50 регулирования давления, а другой конец обходной линии 100 соединяется с линией 52 подачи барьерного газа в позиции ниже по потоку от клапана 50 регулирования давления.

[0068] Обходной вентиль 101 и двухпозиционный вентиль 102 являются ручными вентилями. Во время обычной работы двухпозиционный вентиль 102 находится в открытом состоянии, в то время как обходной вентиль 101 находится в закрытом состоянии. Когда летучая жидкость утекает в барьерную камеру 30 в результате повреждения механического уплотнения 20, и становится необходимым разбирать механическое уплотнение 20, двухпозиционный вентиль 102 закрывается, а обходной вентиль 101 открывается. Барьерный газ протекает по обходной линии 100, вместо впускной линии 66 для барьерного газа, в линию 52 подачи барьерного газа, так что барьерный газ подается в барьерную камеру 30. Согласно настоящему варианту осуществления, поскольку больший объем барьерного газа подается в барьерную камеру 30, летучая текучая среда, которая утекла в барьерную камеру 30, вероятно должна вытекать через отводящую линию 56.

[0069] Фиг. 7 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы 2. Конфигурации и операции этого варианта осуществления, которые не будут описаны конкретно, являются такими же, что и конфигурации и операции варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1 и 2, и их повторяющиеся описания будут пропущены. В этом варианте осуществления уплотнительная система 2 включает в себя, вместо впускной линии 66 для барьерного газа, линию 110 подачи раствора-растворителя, которая подает раствор-растворитель в уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления. Уплотнительная система 2 дополнительно включает в себя, вместо линии 72 утилизации барьерного газа, линию 111 утилизации раствора-растворителя для утилизации раствора-растворителя, который был подан в уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления.

[0070] Один конец линии 110 подачи раствора-растворителя соединяется с источником 112 подачи раствора-растворителя, а другой конец линии 110 подачи раствора-растворителя сообщается с уплотнительной камерой 63 со стороны атмосферного давления. Один конец линии 111 утилизации раствора-растворителя сообщается с уплотнительной камерой 63 со стороны атмосферного давления. Примеры раствора-растворителя включают в себя воду и водный раствор. Раствор-растворитель подается из линии 110 подачи раствора-растворителя в уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления и выпускается из уплотнительной камеры 63 со стороны атмосферного давления через линию 111 утилизации раствора-растворителя. Неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, размещенное в уплотнительной камере 63 со стороны атмосферного давления, является плавающим уплотнением 73, которое может надежно предотвращать утечку раствора-растворителя в сторону атмосферного давления.

[0071] Некоторые из летучих жидкостей более вероятно должны растворяться в жидкости (или растворителе), чем испаряться. Аммиак является типичным примером. В случае, когда летучая жидкость является аммиаком, вода (или водный раствор) подается в качестве растворителя для аммиака из линии 110 подачи раствора-растворителя в уплотнительную камеру 63 со стороны атмосферного давления во время нормальной работы, так что аммиак растворяется в воде, прежде чем аммиак испаряется. Следовательно, уплотнительная система может надежно предотвращать испарение аммиака и рассеяние аммиака в атмосферу.

[0072] Аммиак формирует тепло, когда растворяется в воде, и вода становится мутной. Следовательно, для того, чтобы проверять степень утечки аммиака, датчик 114 температуры раствора-растворителя для измерения температуры раствора-растворителя и проточный участок 115 для наблюдения степени мутности раствора-растворителя присоединяются к линии 111 утилизации раствора-растворителя. В случае, когда окружающая среда, в которой насос 1 устанавливается, является холодным регионом ниже точки замерзания, требуется раствор-растворитель, который не замерзает. Следовательно, является предпочтительным использовать незамерзающий раствор, в частности, водный раствор глицерина в качестве раствора-растворителя.

[0073] Фиг. 8 - это схема, показывающая другой вариант осуществления уплотнительной системы 2. Конфигурации и операции этого варианта осуществления, которые не будут описаны конкретно, являются такими же, что и конфигурации и операции варианта осуществления, описанного со ссылкой на фиг. 1 и 2, и их повторяющиеся описания будут пропущены. В этом варианте осуществления уплотнительная система 2 включает в себя первый датчик 121 температуры для измерения температуры первого уплотнительного кольца 21B с неподвижной стороны и второй датчик 122 температуры для измерения температуры второго уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны.

[0074] Уплотнительные поверхности уплотнительных колец 21A и 21B и уплотнительные поверхности уплотнительных колец 22A и 22B находятся в контакте с барьерным газом во время устойчивой работы. Однако, когда летучая жидкость утекает в барьерную камеру 30, часть летучей жидкости испаряется на уплотнительных поверхностях вследствие теплоты трения уплотнительных поверхностей. В результате, давление растет локально на уплотнительных поверхностях, и давление уплотнительной поверхности становится неустойчивым. Кроме того, сопротивление трению уплотнительных поверхностей различается между влажной средой и сухой средой. Следовательно, предполагается, что скользящее состояние уплотнительных поверхностей становится неустойчивым. Такое состояние выглядит как изменение в температуре уплотнительных колец 21B и 22B с неподвижной стороны.

[0075] Таким образом, уплотнительная система 2 настоящего варианта осуществления включает в себя первый датчик 121 температуры и второй датчик 122 температуры, сконфигурированные, чтобы измерять температуры уплотнительных колец 21B и 22B с неподвижной стороны механического уплотнения 20, соответственно. Первый датчик 121 температуры и второй датчик 122 температуры электрически соединяются с передатчиком 125 сигнала и конфигурируются, чтобы передавать измеренные значения температур уплотнительных колец 21B и 22B с неподвижной стороны передатчику 125 сигнала. Передатчик 125 сигнала конфигурируется, чтобы выдавать сигнал остановки насоса, когда измеренное значение температуры уплотнительного кольца 21B с неподвижной стороны или измеренное значение температуры уплотнительного кольца 22B с неподвижной стороны превышает пороговое значение. Сигнал остановки насоса передается операционному контроллеру 87, и операционный контроллер 87 принимает сигнал остановки насоса и останавливает первичный привод насоса 1. В результате, работа насоса 1 прекращается, так что распространение утечки летучей жидкости может быть предотвращено. Передатчик 125 сигнала и передатчик 85 сигнала вышеописанных вариантов осуществления могут состоять из одного передатчика сигнала.

[0076] Вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены при необходимости. Например, лабиринтное уплотнение 95, показанное на фиг. 4, и плавающее уплотнение 97, показанное на фиг. 5, могут быть объединены с вариантами осуществления, показанными на фиг. 3, 6, 7 и 8. Дополнительно, лабиринтное уплотнение 95, показанное на фиг. 4, может быть объединено с вариантом осуществления, показанным на фиг. 5.

[0077] Насос 1, показанный в каждом из вышеописанных вариантов осуществления, является многоступенчатым насосом, имеющим множество крыльчаток, но настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления. Настоящее изобретение может также быть применено к одноступенчатому насосу с двойным всасыванием и к одноступенчатому насосу с единственным всасыванием.

[0078] Предыдущее описание вариантов осуществления предусмотрено, чтобы предоставлять возможность специалисту в области техники выполнять и использовать настоящее изобретение. Кроме того, различные модификации этих вариантов осуществления будут легко очевидны специалистам в области техники, и общие принципы и конкретные примеры, определенные в данном документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления. Следовательно, настоящее изобретение не предполагает ограничиваться вариантами осуществления, описанными в данном документе, но должно соответствовать самым широким рамкам, которые определены посредством ограничения формулы изобретения.

Промышленная применимость

[0079] Настоящее изобретение является применимым к уплотнительной системе для насоса, сконфигурированной, чтобы нагнетать летучую жидкость, такую как жидкий аммиак.

Список номеров ссылок

[0080] 1 насос

2 уплотнительная система

5 вращающийся вал

7 крыльчатка

8 корпус

8A всасывающее отверстие

8B выпускное отверстие

10 радиальный подшипник

11 осевой подшипник

15 балансировочный механизм

16 уравнительная камера

17 уравнительная линия

20 механическое уплотнение

21A первое уплотнительное кольцо с вращающейся стороны

21B первое уплотнительное кольцо с неподвижной стороны

22A второе уплотнительное кольцо с вращающейся стороны

22B второе уплотнительное кольцо с неподвижной стороны

23 первая пружина

24 вторая пружина

30 барьерная камера

32 система подачи барьерного газа

35 сальниковая коробка

38 втулка вала

40 держатель уплотнительного кольца

43 уплотнительная камера со стороны насоса

46 источник подачи барьерного газа

47 компрессор

50 клапан регулирования давления

52 линия подачи барьерного газа

53 отверстие для подачи барьерного газа

54 датчик давления жидкости

56 отводящая линия

57 клапан сброса давления

58 жидкостное впускное отверстие

60 датчик давления газа

61 актуатор клапана

63 уплотнительная камера со стороны атмосферного давления

66 впускная линия для барьерного газа

69 клапан регулирования давления

72 линия утилизации барьерного газа

73 плавающее уплотнение

75 стопорное кольцо

77 пружина

78 пневматический цилиндр

80 клапан подачи рабочей среды

81 источник подачи рабочей среды

85 передатчик сигнала

87 операционный контроллер

88 аккумулятор давления

88a диафрагма

90 дренажный сосуд

91 датчик уровня жидкости

95 лабиринтное уплотнение

97 плавающее уплотнение

98 пружина

100 обходная линия

101 обходной вентиль

102 двухпозиционный вентиль

110 линия подачи раствора-растворителя

111 линия утилизации раствора-растворителя

112 источник подачи раствора-растворителя

114 датчик температуры раствора-растворителя

115 проточный участок

121 первый датчик температуры

122 второй датчик температуры

125 передатчик сигнала

Настоящее изобретение относится к уплотнительной системе для насоса, сконфигурированного, чтобы нагнетать летучую жидкость, такую как жидкий аммиак. Уплотнительная система включает в себя сальниковую коробку, формирующую барьерную камеру и уплотнительную камеру со стороны насоса, механическое уплотнение, размещенное в барьерной камере, и систему подачи барьерного газа для подачи барьерного газа в барьерную камеру. Барьерный газ имеет давление выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере со стороны насоса. Уплотнительная камера со стороны насоса располагается между крыльчаткой насоса и механическим уплотнением. Система подачи барьерного газа включает в себя клапан регулирования давления, сконфигурированный, чтобы поддерживать постоянную разницу между давлением в барьерной камере и давлением в уплотнительной камере со стороны насоса. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Уплотнительная система для насоса, выполненного с возможностью нагнетания летучей жидкости, содержащая:

сальниковую коробку, которая формирует барьерную камеру и уплотнительную камеру со стороны насоса;

механическое уплотнение, расположенное в барьерном отделении; и

систему подачи барьерного газа, выполненную с возможностью подачи барьерного газа в барьерную камеру, барьерный газ имеет давление выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере со стороны насоса,

при этом уплотнительная камера со стороны насоса расположена между крыльчаткой насоса и механическим уплотнением, и

система подачи барьерного газа включает в себя клапан регулирования давления, выполненный с возможностью поддержания постоянной разницы между давлением в барьерной камере и давлением в уплотнительной камере со стороны насоса.

2. Уплотнительная система по п. 1, дополнительно содержащая:

отводящую линию, соединенную с барьерной камерой;

клапан сброса давления, присоединенный к отводящей линии; и

актуатор клапана, выполненный с возможностью открывания клапана сброса давления, когда давление в отводящей линии находится вне предварительно заданного диапазона давления.

3. Уплотнительная система по п. 2, дополнительно содержащая передатчик сигнала, выполненный с возможностью выдавания сигнала остановки насоса, когда давление в отводящей линии находится вне диапазона давления.

4. Уплотнительная система по п. 2 или 3, дополнительно содержащая аккумулятор давления, соединенный с отводящей линией.

5. Уплотнительная система по любому из пп. 2-4, дополнительно содержащая:

дренажный сосуд, соединенный с отводящей линией; и

датчик уровня жидкости, выполненный с возможностью определения уровня жидкости в дренажном сосуде.

6. Уплотнительная система по любому из пп. 1-5, при этом:

сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения;

уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, впускную линию для барьерного газа и линию утилизации барьерного газа;

неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления находится в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления;

впускная линия для барьерного газа и линия утилизации барьерного газа находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления; и

впускная линия для барьерного газа соединена с системой подачи барьерного газа.

7. Уплотнительная система по п. 6, в которой неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, окружающим вращающийся вал насоса.

8. Уплотнительная система по любому из пп. 1-5, в которой:

сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения;

уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, линию подачи раствора-растворителя и линию утилизации раствора-растворителя;

неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления находится в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления; и

линия подачи раствора-растворителя и линия утилизации раствора-растворителя находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления.

9. Уплотнительная система по п. 8, при этом неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, окружающим вращающийся вал насоса.

10. Уплотнительная система по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащая внутреннее неконтактное уплотнение, предусмотренное в барьерной камере.

11. Уплотнительная система по п. 10, в которой внутреннее неконтактное уплотнение является лабиринтным уплотнением.

12. Уплотнительная система по п. 10 или 11, в которой система подачи барьерного газа имеет отверстие для подачи барьерного газа, обращенное в барьерную камеру, и внутреннее неконтактное уплотнение, расположенное со стороны атмосферного давления отверстия для подачи барьерного газа.

13. Уплотнительная система по любому из пп. 1-12, дополнительно содержащая неконтактное уплотнение со стороны насоса, размещенное в уплотнительной камере со стороны насоса.

14. Уплотнительная система по п. 13, в которой неконтактное уплотнение со стороны насоса является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, которое окружает вращающийся вал насоса.

15. Уплотнительная система по любому из пп. 1-14, в которой механическое уплотнение является двойным механическим уплотнением, включающим в себя первое уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и первое уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в контакте друг с другом, и дополнительно включает в себя второе уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в контакте друг с другом.

16. Уплотнительная система по п. 15, дополнительно содержащая:

первый датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры первого уплотнительного кольца с неподвижной стороны; и

второй датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры второго уплотнительного кольца с неподвижной стороны.

17. Насосная система для нагнетания летучей жидкости, содержащая:

вращающийся вал;

крыльчатку, прикрепленную к вращающемуся валу;

корпус, в котором крыльчатка размещается;

сальниковую коробку, которая формирует барьерную камеру и уплотнительную камеру со стороны насоса;

механическое уплотнение, расположенное в барьерном отделении; и

систему подачи барьерного газа, выполненную с возможностью подачи барьерного газа в барьерную камеру, барьерный газ имеет давление выше давления летучей жидкости в уплотнительной камере со стороны насоса,

при этом уплотнительная камера со стороны насоса расположена между крыльчаткой и механическим уплотнением, и

система подачи барьерного газа включает в себя клапан регулирования давления, выполненный с возможностью поддержания постоянной разницы между давлением в барьерной камере и давлением в уплотнительной камере со стороны насоса.

18. Насосная система по п. 17, дополнительно содержащая:

отводящую линию, соединенную с барьерной камерой;

клапан сброса давления, присоединенный к отводящей линии; и

актуатор клапана, выполненный с возможностью открывания клапана сброса давления, когда давление в отводящей линии находится вне предварительно заданного диапазона давления.

19. Насосная система по п. 18, дополнительно содержащая передатчик сигнала, выполненный с возможностью выдавания сигнала остановки насоса, когда давление в отводящей линии находится вне диапазона давления.

20. Насосная система по п. 18 или 19, дополнительно содержащая аккумулятор давления, соединенный с отводящей линией.

21. Насосная система по любому из пп. 18-20, дополнительно содержащая:

дренажный сосуд, соединенный с отводящей линией; и

датчик уровня жидкости, выполненный с возможностью определения уровня жидкости в дренажном сосуде.

22. Насосная система по любому из пп. 17-21, в которой:

сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения;

насосная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, впускную линию для барьерного газа и линию утилизации барьерного газа;

неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления находится в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления;

впускная линия для барьерного газа и линия утилизации барьерного газа находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления; и

впускная линия для барьерного газа соединена с системой подачи барьерного газа.

23. Насосная система по п. 22, в которой неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, окружающим вращающийся вал.

24. Насосная система по любому из пп. 17-21, при этом:

сальниковая коробка дополнительно формирует уплотнительную камеру со стороны атмосферного давления, расположенную со стороны атмосферного давления механического уплотнения;

уплотнительная система дополнительно содержит неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления, линию подачи раствора-растворителя и линию утилизации раствора-растворителя;

неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления находится в уплотнительной камере со стороны атмосферного давления; и

линия подачи раствора-растворителя и линия утилизации раствора-растворителя находятся в сообщении с уплотнительной камерой со стороны атмосферного давления.

25. Насосная система по п. 24, в которой неконтактное уплотнение со стороны атмосферного давления является плавающим уплотнением, окружающим вращающийся вал.

26. Насосная система по любому из пп. 17-25, дополнительно содержащая внутреннее неконтактное уплотнение, предусмотренное в барьерной камере.

27. Насосная система по п. 26, в которой внутреннее неконтактное уплотнение является лабиринтным уплотнением.

28. Насосная система по п. 26 или 27, в которой система подачи барьерного газа имеет отверстие для подачи барьерного газа, обращенное в барьерную камеру, и внутреннее неконтактное уплотнение располагается со стороны атмосферного давления отверстия для подачи барьерного газа.

29. Насосная система по любому из пп. 17-28, дополнительно содержащая неконтактное уплотнение со стороны насоса, размещенное в уплотнительной камере со стороны насоса.

30. Насосная система по п. 29, в которой неконтактное уплотнение со стороны насоса является плавающим уплотнением или лабиринтным уплотнением, которое окружает вращающийся вал.

31. Насосная система по любому из пп. 17-30, в которой механическое уплотнение является двойным механическим уплотнением, включающим в себя первое уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и первое уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом, и дополнительно включает в себя второе уплотнительное кольцо с вращающейся стороны и второе уплотнительное кольцо с неподвижной стороны, которые находятся в соприкосновении друг с другом.

32. Насосная система по п. 31, дополнительно содержащая:

первый датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры первого уплотнительного кольца с неподвижной стороны; и

второй датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры второго уплотнительного кольца с неподвижной стороны.