Система ущільнень турбокомпресора

Реферат: Система ущільнень турбокомпресора містить систему підведення захисного повітря до магнітних підшипників та систему підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень. Система підведення захисного повітря до магнітних підшипників містить щонайменше трубопровід підведення захисного повітря, регулятор тиску і лінії підведення захисного повітря до підшипників. Система підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень містить щонайменше трубопровід підведення, блок фільтрів, регулятор перепаду тиску і лінії підведення газу до торцевих газових ущільнень. Ділянка лінії підведення захисного повітря після регулятора тиску системи підведення захисного повітря сполучена з трубопроводом підведення буферного газу перед блоком фільтрів системи подачі буферного газу додатковим трубопроводом, в якому встановлений відсічний вентиль. UA 81044 U (12) UA 81044 U UA 81044 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до ущільнювальної техніки і може бути використана в системах ущільнень безмастильних турбокомпресорів різного призначення, зокрема, в системах ущільнень газоперекачувальних агрегатів, на яких встановлені компресори, ротори яких встановлені на магнітних підшипниках, а як кінцеві ущільнення використані торцеві газові ущільнення. Відома система ущільнень безмастильного турбокомпресора [Щербаков Η.С., Чернышов А.Б. Результаты испытаний безсмазочного компрессора ГПА-16С/76-1,35 на стендах ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» // Газотурбинные технологии - Сентябрь, 2005 г., № 6 (41). С. 20-23], що містить систему підведення захисного повітря до магнітних підшипників, в яку входять: трубопровід підведення захисного повітря від зовнішнього джерела, наприклад від системи повітрозабезпечення компресорної станції, в якому встановлений відсічний клапан, блок фільтрів, регулятор тиску повітря і лінії підведення захисного повітря до підшипників, які сполучені з повітродувкою, встановленою на агрегаті, а також систему підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень, яка складається з трубопроводу підведення від нагнітального патрубка компресора, блока фільтрів, регулятора перепаду тиску і ліній підведення газу до торцевих газових ущільнень. Відома також система ущільнень безмастильного турбокомпресора [Техническое описание компрессора 295 ГЦ2-190/44-100М (агрегат ГПА-Ц-16/102-2,32М, КС «Находкинская»)], що містить систему підведення захисного повітря до магнітних підшипників, в яку входять, щонайменше, трубопровід підведення захисного повітря від зовнішнього джерела, регулятор тиску повітря і лінії підведення захисного повітря до підшипників, а також і систему підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень, яка складається з трубопроводу підведення газу з нагнітального патрубка компресора і від зовнішнього джерела, блока фільтрів, регулятора перепаду тиску і ліній підведення газу в камери перед торцевими газовими ущільненнями. Спільним недоліком таких систем ущільнень безмастильних турбокомпресорів є те, що при тривалому простої агрегату в трубопроводах підведення повітря і в самих магнітних підшипниках, а також в трубопроводах підведення буферного газу і торцевих газових ущільненнях, з навколишнього повітря відбувається випадання крапельок конденсату. Це приводить до утворення корозії як на деталях магнітних підшипників, так і на деталях торцевих газових ущільнень. Волога на обмотках магнітних підшипників може викликати замикання в них. Крапельки вологи, що утворюється на бічних поверхнях напірних канавок обертових кілець торцевого ущільнення, приводить до кородування робочої поверхні твердосплавного кільця. А це, у свою чергу, викликає задирки на робочій поверхні аксіально-пересувного графітового кільця і спричиняє за собою збільшення протікань через торцеве ущільнення і, зрештою, відмову останнього, що значно знижує надійність роботи компресора, оскільки в разі значного збільшення протікань або відмови ущільнень відбувається аварійний зупин агрегату. Крім того, на деяких режимах роботи компресора, в камерах підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень можливе утворення конденсату (сконденсована рідина - вода або вуглеводні С6+). Попадання конденсату в торцеве ущільнення при роботі компресора приводить до різкого збільшення витрати через ущільнення і, як наслідок, до аварійного зупину. Особливо це виявляється під час подачі буферного газу при заповненні газового контуру компресора технологічним газом і запуску компресора. До того ж транспортування газу з вологісними параметрами (і з їх перевищенням) в газопроводах зустрічається досить часто. При простої компресора сконденсована рідина (вода) викликає корозію, а вуглеводні С 6+ утворюють маслянисті відкладення, в'язкість яких при охолоджуванні значно зростає і, зрештою, перешкоджає переміщенню аксіально-пересувного кільця торцевого ущільнення під час пуску компресора. Технічною задачею технічного рішення, що заявляється, є підвищення надійності і економічності системи ущільнень і турбокомпресора в цілому за рахунок усунення вказаних недоліків шляхом подачі теплого і сухого повітря до магнітних підшипників і торцевих газових ущільнень при знаходженні агрегату в «холодному резерві», або ж, при підготовці компресора до пуску після тривалого простою агрегату, шляхом короткочасного продування підігрітим повітрям магнітних підшипників і камер підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень. Технічний результат, на досягнення якого направлена корисна модель, що заявляється, полягає в забезпеченні протікання теплого повітря через магнітні підшипники і газові ущільнення торців, чим забезпечується висока передпускова готовність компресора при знаходженні агрегату в «холодному резерві», а також просушування магнітних підшипників і підігрівання торцевих газових ущільнень при підготовці до запуску компресора і, отже, в підвищенні надійності роботи компресора і агрегату в цілому. Короткочасне продування 1 UA 81044 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підігрітим повітрям камер підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень дасть можливість значно прискорити підготовку компресора до пуску. Крім того, підігрівання буферного газу, що подається в камери перед торцевими ущільненнями, особливо до і під час заповнення газового контуру під час пуску агрегату, виключить утворення в ньому конденсату. Це досягається за рахунок підведення теплого повітря не лише до магнітних підшипників, але і в камери перед торцевими газовими ущільненнями, шляхом установки додаткового трубопроводу, в якому встановлений замковий вентиль, а також шляхом установлення підігрівачів і елементів системи контролю температури повітря, що подається, до магнітних підшипників і в камери перед торцевими ущільненнями. Крім того, виконання в нижній частині ліній підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень дренажних каналів, сполучених через запірні крани з трубопроводами скидання, дає можливість, при тривалому простої, а також при підготовці до пусків і під час пуску агрегату, видаляти конденсат (сконденсовану рідину - воду або вуглеводні С6+) шляхом продування трубопроводів. Для досягнення вказаного технічного результату система ущільнення турбокомпресора, що містить систему підведення захисного повітря до магнітних підшипників, в яку входять, щонайменше, трубопровід підведення захисного повітря, регулятор тиску і лінії підведення захисного повітря до підшипників, а також систему підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень, яка складається, щонайменше, з трубопроводу підведення, блока фільтрів, регулятора перепаду тиску (або інших елементів регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя) і ліній підведення газу до торцевих газових ущільнень, згідно з корисною моделлю, система ущільнень забезпечена додатковим трубопроводом, який сполучає ділянку лінії підведення захисного повітря після регулятора тиску системи підведення захисного повітря з трубопроводом підведення буферного газу перед блоком фільтрів системи подачі буферного газу, причому в додатковому трубопроводі встановлений відсічний вентиль. Крім того, на лінії підведення буферного газу може бути встановлений підігрівач, а в нижній частині цих ліній виконані дренажні канали, сполучені через запірні крани з трубопроводами скидання. До того ж, в додатковому трубопроводі можливе встановлення двох відсічних вентилів, причому ділянка трубопроводу між вентилями сполучена через запірний кран з атмосферою або з трубопроводом скидання. Таким чином, система ущільнень турбокомпресора має наступні істотні відмітні ознаки: - система ущільнень додатково забезпечена окремим трубопроводом, який сполучає ділянку лінії підведення захисного повітря після регулятора тиску повітря з трубопроводом підведення буферного газу перед блоком фільтрів системи подачі буферного газу, причому в додатковому трубопроводі встановлений відсічний вентиль; - система ущільнень може бути додатково забезпечена підігрівачем, встановленим на лінії підведення буферного газу після регулятора перепаду «газ-газ» (або інших елементів регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя); - у системі ущільнень можуть бути додатково виконані в нижній частині ліній підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень дренажні канали, сполучені через запірні крани з трубопроводами скидання; - система ущільнень може бути забезпечена додатковим трубопроводом, в якому встановлено два відсічні вентилі, причому ділянка трубопроводу між вентилями сполучена через запірний кран з атмосферою або з трубопроводом скидання. Перераховані вище істотні відмітні ознаки необхідні і достатні для вирішення поставленої технічної задачі, а саме, підвищення надійності і економічності системи ущільнень і турбокомпресора в цілому при простої агрегату в режимі «холодного резерву» і підвищення передпускової готовності турбокомпресора: - окремий трубопровід, який сполучає ділянку лінії підведення захисного повітря (після регулятора тиску повітря) з трубопроводом підведення буферного газу (перед блоком фільтрів системи подачі буферного газу), дозволяє підводити, при простої агрегату в режимі «холодного резерву», повітря у фільтри тонкого очищення і далі в камери перед торцевими газовими ущільненнями; - установка в додатковому трубопроводі відсічного вентиля дозволяє підводити повітря лише при простої турбокомпресора, коли в систему не підводиться буферний газ; - підігрівач, встановлений на лінії підведення буферного газу після регулятора перепаду «газ-газ (або інших елементів, регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя), дозволяє підтримувати вищу температуру повітря, яке надходить до торцевих газових ущільнень; - виконання в нижній частині ліній підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень додаткових дренажних каналів, сполучених через запірні крани з трубопроводами 2 UA 81044 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 скидання, дозволяє при підготовці до пусків і під час пуску агрегату видаляти конденсат (сконденсовану рідину - воду або вуглеводні С6+) шляхом короткочасного продування трубопроводів, що забезпечить підвищення надійності роботи компресора і дозволить практично повністю виключити потрапляння конденсату у вузли ущільнень; - виконання виміру температури в лініях підведення дозволить контролювати температуру повітря і тим самим забезпечити потрібний режим продування магнітних підшипників і торцевих газових ущільнень; - установлення в додатковому трубопроводі двох відсічних вентилів і з'єднання ділянки трубопроводу між вентилями через запірний кран з атмосферою або з трубопроводом скидання дозволить виключити при роботі агрегату попадання буферного газу в систему підведення захисного повітря. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1, фіг. 2 і фіг. 3 представлені приклади конкретного здійснення пропонованого технічного рішення. На фіг. 1 представлена система ущільнень турбокомпресора, в якій встановлений додатковий трубопровід, що сполучає ділянку лінії підведення повітря після регулятора тиску системи підведення захисного повітря з трубопроводом підведення буферного газу перед блоком фільтрів системи подачі буферного газу, причому в додатковому трубопроводі встановлений відсічний вентиль. На фіг. 2 представлена система ущільнень турбокомпресора, в якій на лінії підведення буферного газу після регулювальника перепаду «газ-газ (або інших елементів, регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя) встановлений додатковий підігрівач, а в нижній частині цих ліній виконані дренажні канали, сполучені через запірні крани з трубопроводами скидання. На фіг. 3 представлена система ущільнень турбокомпресора, в якій встановлений додатковий трубопровід з двома відсічними вентилями, а ділянка трубопроводу між вентилями сполучена через запірний кран з атмосферою або з трубопроводом скидання. Система ущільнень турбокомпресора, показана на фіг. 1, містить систему підведення захисного повітря до магнітних підшипників, що складається, щонайменше, з трубопроводу підведення 1, регулятора тиску 2 і лінії підведення 3 захисного повітря до підшипників, а також і систему підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень, яка складається, щонайменше, з трубопроводу підведення 4, блока фільтрів 5, регулятора перепаду тиску «газгаз» 6 (або інших елементів, регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя) і ліній підведення 7 газу до торцевих газових ущільнень, а також додаткового трубопроводу 8 із запірним вентилем 9, причому додатковий трубопровід сполучає ділянка лінії підведення 3 повітря, після регулятора тиску 2, з трубопроводом 4 перед блоком фільтрів 5 систем підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень. Для контролю за температурою повітря, що подається, встановлений датчик температури 10. Підведення буферного газу залежно від режиму роботи компресора здійснюється або з нагнітального патрубка компресора по трубопроводу 11 або від зовнішнього джерела по трубопроводу 12, причому на кожному з них встановлена запірна арматура, наприклад, відсічні вентилі 13 і 14, відповідно. На фіг. 2 представлена система ущільнень турбокомпресора, в якій на лінії підведення 7 після регулювальника перепаду тиску «газ-газ» 6 (або інших елементів, регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя) встановлений підігрівач 15, а після нього датчик температури 16. Крім того в нижній частині ліній підведення 7 виконані дренажні канали, сполучені через запірні крани 17 з трубопроводами скидання. На фіг. 3 представлена система ущільнень турбокомпресора, в якій на додатковому трубопроводі 8 з відсічним вентилем 9 встановлений другий відсічний вентиль 18, а ділянка трубопроводу між вентилями 9 і 18 сполучений через запірний кран 19 з атмосферою або з трубопроводом скидання. Це дозволить виключити при роботі агрегату потрапляння буферного газу в систему підведення захисного повітря. Система ущільнень працює таким чином. При простої турбокомпресора відсічні вентилі 13 і 14 трубопроводів 11 і 12 підводу буферного газу від нагнітального патрубка компресора і від зовнішнього джерела закриваються, а запірний вентиль 9 додаткового трубопроводу 8 відкривається. Повітря з трубопроводу підведення 1 через регулятор тиску 2 надходить в лінії підведення 3 до магнітних підшипників, і одночасно через додатковий трубопровід 8 і вентиль 9 в трубопровід підведення 4, і далі через блок фільтрів 5 і регулятор перепаду тиску «газ-газ» 6 (або інший елемент, регулюючий підведення буферного газу, наприклад, дросель) в лінії підведення 7 до торцевих газових ущільнень, а від них в проточну частину компресора. 3 UA 81044 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Під час тривалого простою турбокомпресора в режимі «холодний резерв» для забезпечення високої передпускової готовності магнітних підшипників і торцевих газових ущільнень регулятором тиску 2 встановлюється мінімальний тиск повітря в лінії підведення 3, забезпечуючи протікання повітря при його мінімальній витраті, так званий режим «легкий вітерець». Тепле повітря із станційної системи надходить до агрегату в трубопровід підведення 1. Контроль над температурою повітря, що подається, здійснюється датчиком температури 10. При цьому в магнітні підшипники, а також в торцеві газові ущільнення і від них в проточну частину компресора надходить така кількість повітря і з такою температурою, щоб виключити утворення в них крапельок конденсату. Цим забезпечується номінальний режим, при якому виключається утворення корозії, як в підшипникових і в ущільнювальних вузлах, так і в проточній частині компресора, що значно підвищує надійність і передпускову готовність турбокомпресора. При підготовці агрегату до пуску в трубопроводі підведення 1 регулятором 2 збільшується тиск повітря до номінального значення. При цьому кількість повітря, що проходить через магнітні підшипники і торцеві газові ущільнення, також збільшиться, а отже збільшиться і їх температура. Проте розділове повітря, що подається в магнітні підшипники, повинне забезпечувати не лише їх вибухозахист, але й охолоджування, тобто температура його обмежена. В той же час для прогрівання торцевих газових ущільнень температура повітря має бути підвищеною, для чого вмикають підігрівач 15 (див. фіг. 2). Підігрівач 15, встановлений на лінії 4 підведення буферного газу після регулятора перепаду «газ-газ» 6 (або інших елементів, регулюючих підвід буферного газу, наприклад, дроселя), дозволяє підтримувати вищу температуру повітря, що надходить до торцевих газових ущільнень. Вимір температури захисного повітря, що надходить до камер перед торцевими газовими ущільненнями, здійснюється додатковим датчиком температури 16. При підвищенні температури в'язкість мастила, а також вуглеводнів С6+, створюючих маслянисті відкладення в ущільненнях, зменшується, що зрештою сприяє переміщенню аксіально-пересувного кільця торцевого газового ущільнення. Таким чином, забезпечується номінальний температурний режим магнітних підшипників і торцевих газових ущільнень, що значно підвищує передпускову готовність компресора. У нижній частині ліній підведення 7 протягом часу під час тривалого простою можлива конденсація пари води. Для її видалення в нижній частині цих ліній можуть бути виконані дренажні канали, сполучені через запірні крани 17 з трубопроводами скидання. При відкритті кранів 17 шляхом короткочасного продування волога видаляється з ліній підведення 7. Після цього запірний кран 9 додаткового трубопроводу 8 закривається і система ущільнень компресора готова до пуску агрегату. При роботі турбокомпресора протягом часу в нижній частині ліній підведення поступово скупчується конденсат (сконденсована рідина - вуглеводні С6+ або вода). Потрапляння конденсату в торцеві ущільнення приводить до різкого збільшення витрати через ущільнення і,. як наслідок, до аварійного останову компресора. Найчастіше це виявляється під час подачі буферного газу до заповнення і під час заповнення газового контуру компресора технологічним газом. На цих режимах при дроселюванні буферного газу часто відбувається випадання вологи і вуглеводневого конденсату. Для видалення конденсату в нижній частині ліній підведення 7 виконані дренажні канали, в яких встановлені запірні крани 17. Це дозволить виконувати, при необхідності, короткочасне продування ліній 7 підводу буферного газу до торцевих газових ущільнень, що забезпечить підвищення надійності роботи компресора і дозволить практично повністю виключити попадання конденсату у вузли ущільнень. Для підвищення надійності роботи турбокомпресора в додатковому трубопроводі 8 з відсічним вентилем 9 встановлюється ще один вентиль 18, а ділянка трубопроводу між вентилями з'єднується через запірний кран 19 з атмосферою або з трубопроводом скидання (див. фіг. 3). При роботі турбокомпресора обидва відсічні вентилі 9 і 18 закриті, а запірний кран 19 відкритий. Таким чином, ділянка трубопроводу між вентилями з'єднується з атмосферою або з трубопроводом скидання, виключаючи потрапляння буферного газу в трубопроводи системи подачі розділового повітря. Таким чином, дана система ущільнень відцентрового компресора дозволить виключити утворення конденсату в його підшипникових і ущільнювальних вузлах під час простою агрегату в режимі «холодного резерву», а також дозволить здійснювати просушування магнітних підшипників і підігрівання торцевих газових ущільнень при підготовці до запуску компресора і отже підвищити передпускову готовність і надійність роботи компресора в цілому. Короткочасне продування підігрітим повітрям камер підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень дасть можливість значно прискорити підготовку компресора до пуску. 4 UA 81044 U 5 При роботі компресора запропонована система ущільнень дозволяє виключити попадання конденсату в торцеві газові ущільнення, не порушивши при цьому охолоджування і необхідний вибухозахист магнітних підшипників, що значно підвищує надійність роботи компресора в цілому протягом всього періоду експлуатації. Дане технічне рішення може бути використане і в інших безмастильних турбокомпресорах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 1. Система ущільнень турбокомпресора, що містить систему підведення захисного повітря до магнітних підшипників, в яку входять щонайменше трубопровід підведення захисного повітря, регулятор тиску і лінії підведення захисного повітря до підшипників, а також систему підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень, яка складається щонайменше з трубопроводу підведення, блока фільтрів, регулятора перепаду тиску (або інших елементів, регулюючих підведення буферного газу, наприклад, дроселя) і ліній підведення газу до торцевих газових ущільнень, яка відрізняється тим, що ділянка лінії підведення захисного повітря після регулятора тиску системи підведення захисного повітря сполучена з трубопроводом підведення буферного газу перед блоком фільтрів системи подачі буферного газу додатковим трубопроводом, при цьому в додатковому трубопроводі встановлений відсічний вентиль. 2. Система ущільнень турбокомпресора за п. 1, яка відрізняється тим, що на лінії підведення буферного газу в камери перед торцевими газовими ущільненнями після регулятора перепаду тиску (або інших елементів регулюючих підведення буферного газу, наприклад, дроселя) встановлений підігрівач. 3. Система ущільнень турбокомпресора за пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що в нижній частині ліній підведення буферного газу до торцевих газових ущільнень виконані дренажні канали, сполучені через запірні крани з трубопроводами скидання. 4. Система ущільнень турбокомпресора за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що в додатковому трубопроводі з відсічним вентилем встановлений ще один вентиль, причому ділянка трубопроводу між вентилями сполучена через запірний кран з атмосферою або з трубопроводом скидання. 5 UA 81044 U 6 UA 81044 U 7 UA 81044 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8