Реверсивне сухе ущільнення

Реверсивне сухе ущільнення, що має корпус, в якому встановлено два кільця, створюючі торцеву пару з робочою дроселюючою щілиною, одне з яких аксіально рухоме в корпусі і повернуте до щілини гладкою поверхнею, а інше обертається разом з ротором і на поверхні, що створює пару тертя, крім замкненого кільцевого ущільнювального пояска, має ділянку регулярного мікрорельєфу з 3 щування модулів мікрорельєфу відкритих у порожнину ущільнюваного середовища, а наноситься він на кільце серійним обладнанням. В подальшому вказане ущільнення використано як прототип. Практичні дослідження прототипу вказали на недосконалість, пов'язану з накопиченням теплової напруженості кілець пари при тандемному встановленні двох аналогічних ступенів підряд, як прийнято в газоперекачувальних агрегатах. На компресорах для надійного резерву встановлюють запобіжну другу ступінь на випадок аварійної відмови першої, щоб уникнути прориву газу в контейнер агрегату і масляні порожнини опор. При цьому, запобіжна ступінь працює без перепаду тиску, бо після першої (основної, робочої на весь перепад тиску) витік спалюють в атмосферу, так, що на вході слідуючої ступені тиск газу атмосферний, або трохи більший. Газостатична складова розклинюючої сили в таких умовах падає до нуля, пара погано розкривається. Внаслідок цього, вказана ступінь нагрівається і накопичує термонапруженість, яка на значному часовому інтервалі стає недопустимою. Ця проблема характерна і для зарубіжних конструкцій, бо зумовлена недосконалим схемним рішенням всього вузла. Англійська фірма "Джон Крейн", зокрема, завідома збільшує витік через першу ступінь для конвективного охолодження другої ступені, однак такі втрати газу, з точки зору авторів, невиправдані. Німецька фірма "Бургманн" замінила другу ступінь плаваючими кільцями з самогенеруючим механізмом безконтактної роботи по аналогії з підшипником. Але консерватизм замовників компресорного обладнання, обмежений досвід експлуатації сухих ущільнень та потреба в реконструюванні діючих агрегатів змушують шукати прогресивні рішення в межах прийнятих конструктивних схем. Крім того існує проблема сухого пуску, коли пара розкривається, наприклад, при 2,0МПа, а запуск ротора здійснюють при значно меншому тискові. Аналогічно при зупинці компресора, коли вибіг триває близько 80...90сек., а падіння тиску живильного газу здійснюється швидше. Це може привести до термоудару в парах тертя з причин відсутності газового мащення і охолодження витоком. Очевидна нагальна потреба в додатковому "прокачуванні" - вентиляції газом пари тертя як при пускові, так і при номінальній роботі ущільнення. З цією метою, переслідуючи ціль підвищення надійності сухого ущільнення, пропонується реверсивне сухе ущільнення, що має корпус, в якому встановлено два кільця створюючі щілину, одне з яких аксіальне рухоме і повернуте до щілини гладкою поверхнею, а інше обертається разом з ротором і на поверхні, що створює пару тертя крім замкнутого кільцевого ущільнювального пояска має участок регулярного мікрорельєфу створений модулями різної геометрії, наприклад, відкритими в порожнину ущільнювального середовища, рівномірно розміщеними по коловій периферії участка і рівновіддаленими один від одного сегментоподібними заглибленнями чи клиновими скосами сталої 16389 4 або змінної глибини, яке відрізняється тим, що аксіальне рухоме кільце перфоровано системою вентиляційних каналів, орієнтованих паралельно поздовжній осі симетрії кільця чи під кутом до неї, розміщених на радіусах більших за зовнішній радіус ущільнювального пояска, а число модулів мікрорельєфу та кількість вентиляційних каналів кратні між собою, при цьому, вентиляційні канали розташовані еквідистантно по коловій периферії аксіальне рухомого кільця. Суттєвими ознаками, що забезпечують досягнення технічного результату - підвищення надійності у порівнянні з аналогом і прототипом є: - наявність системи вентиляційних каналів орієнтованих паралельно поздовжній осі симетрії кільця, чи під кутом до неї, розташованих еквідистантно по коловій його периферії; - розміщення вентиляційних каналів на радіусах більших за зовнішній радіус ущільнювального пояска; - кратність числа модулів мікрорельєфу та вентиляційних каналів. Зазначені ознаки є новими, технічно здійснюваними і мають винахідницький рівень, тобто забезпечують ущільненню якісно новий рівень - підвищення надійності, іншими словами, відповідають критеріям патентоздатності, являються необхідними та достатніми для вирішення завдання, назначеного формулою. Наявність вентиляційних каналів на аксіальне рухомому кільці забезпечує охолодження пари тертя. Навіть без перепаду тиску модулі мікрорельєфу, проходячи проти каналів, відкриваючи та закриваючи їх послідовно підсмоктують газ через тіло аксіального кільця, здійснюючи відповідну циркуляцію, що зумовлює стабілізацію теплового стану пари. З ростом перепаду тиску ефект підсилюється. Регулярне розташування вентиляційних каналів по коловій периферії визначає рівномірний тепловий стан ущільнення. Радіальне положення вентиляційних каналів має визначальне значення. Вони повинні періодично впорскувати газ в модулі мікрорельєфу при обертанні ротора, тобто радіуси, на яких розміщені канали повинні перевищувати зовнішній радіус пояска. Існує оптимальне значення радіусів (точки впорскування в модулі мікрорельєфу). З різних причин в сухі ущільнення може потрапляти масло з контейнера підшипників, або конденсат з технічного неочищеного газу. Це спостерігається за наявністю крапель в ротаметрах, що вимірюють витік. Впорскування газу через вентиляційні канали примусово очищають мікрорельєф від масла, що підвищує надійність пари, запобігаючи насиченню ним графітових поверхонь аксіальне рухомого кільця. Таке імпульсне живлення пари крім ефективного промивання мікрорельєфу газом додатково підсилює складову розклинювальної сили, одночасно слугуючи і джерелом сталого живлення газодинамічного клину в парі, запобігаючи сухому тертю. Кратність каналів та модулів запобігає перекошуванню пари, бо модулі або живляться через 5 канал, або вони закриті. В динаміці розклинююча сила стає "вібраційною". Відомо, що при накладанні на пару тертя вібраційного збудження різко падає коефіцієнт тертя, так що дисипативні втрати зменшуються, а це сприяє підвищенню надійності. При запускові агрегату в ущільнення гарантовано подається газове мащення, внаслідок чого сухий пуск стає неможливим. Таким чином, завдяки наявності вентиляційних каналів забезпечується підвищення надійності шляхом оптимізації і теплової напруженості пари тертя і імпульсивного живлення елементів мікрорельєфу. Характерно, що при випробуваннях повністю зібране ущільнення забезпечує легке обертання ротора "від руки", що в інших конструкціях не спостерігалось. Ясно, що наявність вентиляційних каналів дещо збільшує витік газу, але корисно навести такі дані: в установленому режимі пропоноване ущільнення дає витік 20-40нл/хв., а імпортне реверсивне ущільнення фірми "Джон Крейн" близько 120нл/хв. Такою "підвищеною втратою" компенсують збиткове нагрівання другої ступені. При вартості газу 150$ за 1000м3 ми забезпечуємо значну економію. На фіг.1 показана схема ущільнення (вентиляційні канали не показані). На фіг.2 і фіг.3 показані 16389 6 кільце, що обертається з мікрорельєфом на ділянці 1 та ущілювальним пояском 2 і аксіальнорухоме кільце з системою вентиляційних каналів 3. Ущільнення працює так. В стані монтажу кільця А та Б (фіг.1) притиснуті одне до іншого. Якщо, канали перекриваються гладкою поверхнею участка мікрорельєфу - пара герметична. Якщо канали встановлені напроти модулів - іде малий витік газу. Як тільки починає обертатись ротор, здійснюється імпульсне перекачування газу через тіло кільця, що охолоджує його, очищає мікрорельєф і заодно живить пару газовим змащенням. Пара починає розкриватись і виходить на стаціонарний режим роботи. З ростом частоти обертання на аксіальне рухоме кільце "накладається вібрація", що зменшує коефіцієнт тертя і дисипативні втрати у парі. Встановлюється стаціонарне теплове поле пари і стабільний витік газу. Такий механізм роботи ущільнення реалізується за умови R2>R1, причому Р2, як і діаметри вентиляційних каналів, мають оптимальні значення для конкретних конструкцій. При вибігові ротора на зупинку живлення не припиняється, що запобігає термоударам від можливого сухого тертя. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 16389 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601