Пристрій вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів

1. Пристрій вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів, яка включає компресор з електромагнітними підшипниками і принаймні двоступеневими газодинамічними ущільненнями, привідний двигун і вмонтовану в кожух привідну муфту, до складу якого входять захисні оболонки електрообладнання, система подачі захисного газу в захисні оболонки електрообладнання, що містить пристрої для відбору захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і для продування захисних оболонок на режимах передпускового продування і всіх видів зупинок компресорної установки, та систему контрольно-вимірювальних приладів, підключену до системи автоматичного керування - привідний двигун розміщений у захисному кожусі; установки, який відрізняється тим, що - на кожному з електромагнітів встановлений датчик температури; - на привідній муфті встановлена втулка, а між втулкою і кожухом привідної муфти розташоване 2 (19) 1 3 83838 4 газу виконаний у вигляді колектора-розподільника, забезпеченого двома зворотними клапанами з протилежною пропускною спроможністю по захисному газу і датчиком контролю тиску. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що в кожусі муфти з одностороннім зазором відносно сталевої втулки, напресованої на привідній муфті, встановлене бронзове ущільнювальне кільце. Винахід відноситься до газової, нафтопереробної і хімічної промисловості, зокрема, до пристроїв вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів. Відомий пристрій вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів, яка включає компресор з електромагнітними підшипниками та, принаймні, двоступеневими газодинамічними ущільненнями, привідний двигун, умонтовану в кожух привідну муфту, з видом вибухозахисту «заповнення або продування оболонки під надмірним тиском», до складу якого входять захисні оболонки електрообладнання; система подачі захисного газу в захисні оболонки електрообладнання, що містить пристрої для відбору захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і для продування захисних оболонок на режимах передпускового продування і всіх видів зупинень компресорної установки; систему контрольновимірювальних приладів, підключену до системи автоматичного управління установки [Див. Шайхутдинов А.З., Соколовский М.И., Саков Ю.Л., Варин В.В., Яновский В.А., Логунов СБ., Сарычев А.П., Спирин A.B., Носков A.B. Создание нагнетателя НЦ-16М «Урал» с электромагнитным подвесом и сухими уплотнениями// Компрессорная техника и пневматика. M.: 2003, №6, с. 3-6; Гузельбаев Я.З., Андрианов A.B., Сидоров В.П., Стра хов Г.П. Конструкция электромагнитных подшипников системы магнитного подвеса ротора нагнетателей для газоперекачивающих агрегатов ГПА-16 «Волга», ГПА-12 «Урал»// Сборник научных тр удов. «Проектирование и исследование компрессорных машин» Вып. 4. Казань, 1999, с.251-256 (прототип)]. Відомий пристрій не забезпечує належної надійності вибухозахисту вбудованого електрообладнання, а значить і компресорної установки в цілому, оскільки він не передбачує контролю різниці тиску між захисними оболонками електрообладнання і другими ступенями газодинамічних ущільнень, в наслідок чого не виконується умова надійності утримання належного значення надмірного тиску в означеній зоні, при цьому не усувається небезпека фрикційного іскроутворення та проникнення вибухонебезпечного середовища в захисні оболонки електрообладнання з відсіку двигуна через кожух привідної муфти. Крім того, при виникненні збоїв в процесі подачі захисного газу в захисні оболонки електрообладнання аварійне зупинення здійснюється з вибігом ротора, коли відсутнє продування захисних оболонок, яке забезпечувало б їх вибухозахист. Виходячи з викладеного вище, основна технічна задача, на рішення якої націлений даний ви нахід, полягає в підвищенні надійності вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів, а значить, і в підвищенні надійності компресорної установки в цілому. Крім того, економиться електроенергія, затрачувана на привідний електродвигун компресора, що забезпечує забір і подачу захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони. Вказана технічна задача вирішується, завдяки створенню пристрою вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів, що містить компресор з електромагнітними підшипниками та, принаймні, двоступеневими газодинамічними ущільненнями, привідний двигун, умонтовану в кожух привідну муфту, який, як і відомий з рівня техніки, включає захисні оболонки електрообладнання; систему подачі захисного газу в захисні оболонки електрообладнання, до складу якої входять пристрої для відбору захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і для продування захисних оболонок на режимах передпускового продування і всіх видів зупинень компресорної установки, і систему контрольно-вимірювальних приладів, підключену до системи автоматичного управління установки, але в якому, відповідно до винаходу, - привідний двигун розміщений у захисному кожусі; - на кожному з електромагнітів встановлений датчик температури; - на привідній муфті розташована втулка, між втулкою і кожухом привідної муфти знаходиться ущільнювальне кільце, при цьому втулка і кільце виготовлені з матеріалів, які запобігають фрикційному іскроутворенню, наприклад, в кожусі муфти з одностороннім зазором відповідно до сталевої втулки, напресованої на привідній муфті, може бути встановлене, наприклад, бронзове ущільнювальне кільце; - система подачі захисного газу в захисні оболонки електрообладнання містить устаткування для відбору захисного газу від компресора привідного двигуна і охолоджування його перед продуванням захисних оболонок електрообладнання на робочих режимах установки, при цьому до складу вказаного устаткування можуть входити повітроохолоджувач, регулятор тиску, датчики тиску і температури, трубопроводи подачі повітря; на лінії подачі захисного газу система забезпечена розподільним пристроєм для розв'язування потоків захисного газу, що поступає від джерела газу, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і від компресора привідного двигуна, причому, даний пристрій може бути виконаний у 5 83838 вигляді колектора-розподільника, забезпеченого двома зворотними клапанами з протилежною пропускною спроможністю по захисному газу і датчиком контролю тиску; - система контрольно-вимірювальних приладів включає датчики контролю різниці тиску між захисними оболонками електрообладнання і другими ступенями газодинамічних ущільнень, датчики контролю витрати або тиску, на виходах із захисних оболонок електрообладнання; - передбачена система запобігання проникнення вибухонебезпечного газу в захисні оболонки електрообладнання через захисний кожух привідного двигуна і кожух привідної муфти, виконана у вигляді вентиляційної системи простору під захисним кожухом привідного двигуна і кожухом привідної муфти; вказана система може включати, принаймні, один вентилятор для продування захисного кожуха привідного двигуна і дисковий елемент для вентиляції простору під кожухом привідної муфти , причому, кожух м уфти містить перехідник з вбудованим лабіринтовим ущільненням і відкритим усмоктуючим патрубком. Таким чином, технічна задача підвищення ефективності вибухозахисту вбудо ваного електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечного газу, а, отже, і надійності її роботи вирішується, завдяки використанню в пристрої, що заявляється, відмінних від прототипу істотних ознак, необхідних і достатніх для досягнення якісно нового технічного ефекту: Наявність захисного кожуха привідного двигуна і системи запобігання проникнення вибухонебезпечного газу в захисні оболонки електрообладнання через захисний кожух привідного двигуна і кожух привідної муфти, яка включає пристрої для вентиляції простору під захисним кожухом двигуна і кожухом муфти, наприклад, принаймні, один вентилятор для продування захисного кожуха привідного двигуна, і дисковий елемент привідної муфти, кожух якої забезпечений перехідником з вбудованим лабіринтовим ущільненням і відкритим усмоктуючим патрубком, забезпечують надмірний тиск під захисним кожухом двигуна і кожухом муфти, перешкоджаючий проникненню з вибухонебезпечної зони вибухонебезпечного газу. У разі проникнення вибухонебезпечного газу під захисний кожух привідного двигуна і кожух привідної муфти, продування захисного кожуха двигуна, принаймні, одним вентилятором і вентиляція простору під кожухом муфти, завдяки наявності дискового елемента та перехідника з вбудованим лабіринтовим ущільненням і відкритим усмоктуючим патрубком, різко знижує нижню концентраційну межу запалювання (НКМЗ), оскільки при вентилюванні вибухонебезпечний газ разом з повітрям викидається в атмосферу, що є однією з складових забезпечення надійного вибухозахисту. Крім того, наявність, наприклад, запресованого в кожусі муфти бронзового ущільнювального кільця, розташованого з одностороннім зазором відносно напресованої на муфті сталевої втулки, виключає фрикційне іскроутворення, оскільки втулка і кільце виготовлені з матеріалів, при фрикцій 6 ній взаємодії яких іскор не утворюється. Наявність системи подачі захисного газу (повітря) в захисні оболонки електрообладнання, що містить засоби для відбору захисного газу від компресора привідного двигуна і охолоджування його перед продуванням захисних оболонок електрообладнання на робочих режимах установки, зокрема, повітроохолоджувача, датчиків тиску і температури, трубопроводів подачі повітря, регулятора тиску, колектора-розподільника з двома зворотними клапанами з протилежною пропускною спроможністю по захисному газу і датчиком контролю тиску, істотно відрізняє пристрій, що заявляється, від прототипу і інших пристроїв аналогічного призначення, відомих з рівня техніки. Перевага полягає в тому, що згадана вище система (сумісно з системою подачі захисного газу в захисні оболонки електрообладнання, до складу якої входять пристрої для відбору захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і для продування захисних оболонок на режимах передпускового продування і всіх видів зупинень компресорної установки) дозволяє здійснити комбіновану подачу захисного газу в захисні оболонки вбудованого електрообладнання, а саме, на режимах передпускового продування і всіх видів з упинень компресорної установки забезпечити подачу захисного газу по відомій схемі, наприклад, від компресора або вентилятора, що обертається спеціальним електродвигуном, із забором захисного газу за межами вибухонебезпечної зони, а на робочих режимах компресорної установки виконати подачу попередньо охолодженого у повітроохолоджувачі і належним чином підготовленого захисного газу від компресора привідного двигуна. Звичайно, захисний газ відбирається від компресора привідного двигуна з тиском, що перевищує його номінальне значення, та охолоджується повітроохолоджувачем, при цьому регулятором тиску, встановленим перед колекторомрозподільником, і дроселями, встановленими на виходах захисних оболонок, забезпечуються номінальні значення витрат і тиску захисного газу в захисних оболонках та трубопроводах, що його підводять і відводять. Наявність в колекторірозподільнику двох саморегулювальних зворотних клапанів з протилежною пропускною спроможністю забезпечує розв'язку потоків захисного газу, що поступає від дво х джерел - спеціального компресора або вентилятора, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і від компресора привідного двигуна, - а також виключає різкі зміни («провали») тиску в захисних оболонках при перемиканнях джерел захисного газу. При цьому перемикання джерел захисного газу здійснюється автоматично по сигналах датчика контролю тиску захисного газу в колекторі-розподільнику. Таким чином, при тривалій роботі компресора, коли можливе утворення вибухонебезпечної суміші, здійснюється надійний вибухозахист вбудованого електрообладнання протягом всього робочого циклу, при цьому вентилятор або компресор включаються на короткий проміжок часу при пусках та зупиненнях, що набагато збільшує ресурс і 7 83838 надійність їх роботи, а, отже, і надійність вибухозахисту. Крім того, економиться електроенергія. Наявність в системі контрольновимірювальних приладів датчиків контролю різниці тиску між захисними оболонками електрообладнання і другими ступенями газодинамічних ущільнень, а також датчиків контролю витрати або тиску захисного газу на виходах із захисних оболонок електрообладнання, забезпечує можливість безперервного вимірювання значень різниці тиску, витрати або тиску і, у разі зниження цих значень до величин, нижче заданих, можливість зупинення компресорної установки і відключення напруги живлення електромагнітів, внаслідок чого усувається загроза проникнення вибухонебезпечного газу в захисні оболонки електрообладнання і забезпечується його надійний вибухозахист. Установка на кожному з електромагнітів датчика температури забезпечує автоматичний захист ізоляції сполучних кабелів і проводів при недостатньому охолоджуванні електромагнітів захисним газом і перевищенні встановлених значень температури, завдяки зупиненню компресорної установки і відключенню живлення електромагнітів. Наведені істотні відмітні ознаки є новими, оскільки в існуючому рівні техніки відсутнє те хнічне рішення, в якому поставлена технічна задача вирішувалася б за рахунок подібного поєднання аналогічних ознак, і відповідними критерію рівня винахідництва, оскільки заявлене поєднання істотних відмітних ознак відсутнє в технічних рішеннях існуючого рівня техніки, неочевидне для кваліфікованого фахівця в даній області техніки і є необхідним і достатнім для досягнення якісно нового, в порівнянні з існуючим рівнем техніки, технічного ефекту. Далі приведений опис реалізації пристрою, що заявляється, з посиланнями на ілюстративний матеріал. На Фіг.1/1; 1/2 представлена схема переважного прикладу здійснення пристрою вибухозахисту, відповідно до винаходу. На Фіг.2 схематично представлено алгоритм управління під час пуску компресорної установки. На Фіг.3 схематично представлено алгоритм управління нормальним, аварійним і екстреним зупиненням компресорної установки. Схематично представлений переважний приклад здійснення пристрою, Фіг.1/1; 1/2, відповідно до винаходу, що забезпечує вибухозахист вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечного газу, що включає компресор (1), умонтовані в захисні кожухи привідний газотурбінний двигун (2) і привідну муфту (3), що передає обертальний момент ротору компресора від газотурбінного двигуна (2), двоступеневі газодинамічні ущільнення (4), причому ротор компресора (1) оснащено електромагнітними підшипниками (5). Пристрій включає захисні оболонки (6) електрообладнання, роль яких виконують підшипникові камери системи магнітного підвісу ротора компресора (1); систему подачі захисного газу (повітря) в захисні оболонки електрообладнання, до складу 8 якої входить фільтр Ф3, вихровий повітряний компресор (7) для відбору захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони установки, і для продування захисних оболонок (6) на режимах передпускового продування і всіх видів зупинень компресорної установки, а також устаткування для відбору захисного газу від компресора привідного двигуна (2) і охолоджування його перед продуванням захисних оболонок (6) електрообладнання на робочих режимах установки, включаючи фільтр Ф1, регулятор тиску PK, колектор-розподільник KP (8) з двома зворотними клапанами KO1, КО4 з протилежною пропускною спроможністю і датчиком контролю тиску Р3, датчики витрати або тиску Р2, P12, датчики температури ТЕ1, ТЕ2, ТЕ3, ТЕ5, ТЕ6, повітроохолоджувач (9), трубопроводи подачі повітря (10, 11); систему контрольно-вимірювальних приладів, підключену до системи автоматизованого управління установки, до складу якої входять датчики контролю різниці тиску Р5, P10 між захисними оболонками електрообладнання і другими ступенями газодинамічних ущільнень і датчики контролю витрати або тиску Р2, P12 на виходах із захисних оболонок (6) електрообладнання; дроселі ДР1 і ДР4; систему запобігання проникнення вибухонебезпечного газу в захисні оболонки (6) електрообладнання через захисний кожух (12) привідного двигуна і кожух (13) привідної муфти, до складу якої входять вентилятори (14) для продування захисного кожуха (12) привідного двигуна, при цьому привідна муфта (3) містить дисковий елемент (15), що забезпечує надмірний тиск під кожухом (13) муфти, який оснащений перехідником з вбудованим лабіринтовим ущільненням (16) і відкритим усмоктуючим патрубком (17). З метою вилучення загрози фрикційного іскроутворення, в кожусі муфти (13) запресоване бронзове ущільнювальне кільце (19) з утворенням одностороннього зазору 0, 4.0,5мм відносно до сталевої втулки (18), яка напресована на привідну муфту (3). Запропонований пристрій захисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів працює таким чином. При виконанні передпускових умов, передбачених алгоритмом, Фіг.2, пуск у компресорної установки, системою автоматизованого управління установки включають привідний електродвигун повітряного вихрового компресора (7) продуктивністю не менше 5м 3/хв з підвищенням тиску до 1200Па. При цьому під дією тиску повітря зворотний клапан KO1, відкривається, а зворотний клапан КО4 закривається і захисне повітря поступає в захисні оболонки. Протягом 180 секунд виконується передпускове продування захисних оболонок (6) і повітропроводів, з метою не менше ніж п'ятикратного обміну середовища в захисних оболонках і повітропроводах. Досягши відповідності значень захисних параметрів заданим величинам, а саме: - різниці тиску між захисною оболонкою опорного підшипника і другим ступенем газодинамічного ущільнення з боку приводу більше, ніж 250Па; - різниці тиску між захисною оболонкою опор 9 83838 но-упорного підшипника і другим ступенем газодинамічного ущільнення з боку вільного кінця більше, ніж 250Па; - витрати на виході захисної оболонки опорного підшипника не менше, ніж 2м 3/хв, або тиску більше, ніж 150Па; - витрати на виході захисної оболонки опорноупорного підшипника не менше, ніж 3м 3/хв, або тиску більше, ніж 150Па, подається напруга живлення на електромагніти упорного і опорних підшипників, внаслідок чого ротор відцентрового компресора «підвішується» і надалі його положення в зазорах стра хувальних підшипників постійно регулюється системою управління магнітними підшипниками, забезпечуючи зазор між ротором і страхувальними підшипниками. При отриманні інформації «магнітний підвіс включено» і значеннях контрольованих вертикальних зазорів між ротором і страхувальними підшипниками більше 400мкм, що свідчать про те, що ротор «підвішений», система автоматизованого управління видає команду на пуск привідного двигуна. У міру набору оборотів привідним двигуном, тиск повітря, відібраного від компресора привідного двигуна (2), в повітропроводі (10) збільшується. Захисне повітря охолоджується в повітроохолоджувачі (9). При наладці, за допомогою регулятора тиску KP встановлюються номінальні значення витрати і тиску, що забезпечують вибухозахист і охолоджування електромагнітів (5), причому тиск в колекторі-розподільнику контролюється датчиком тиску Р3, а температура - датчиком температури ТІ-3. При досягненні двигуном 20003000об/хв тиск повітря в повітропроводі (10) порівнюється з тиском повітря в повітропроводі (11) і починає перевищувати його, внаслідок чого зворотний клапан КО4 поступово відкривається, а зворотний клапан KO1 плавно закривається, завдяки чому вилучаються різкі зміни тиску в захисних оболонках. При цьому по значенню тиску датчика Р3 система автоматизованого управління компресорної установки відключає електродвигун (M) вихрового компресора (7). При подальшому підвищенні числа оборотів до робочих значень (36005300об/хв) тиск захисного повітря від компресора привідного двигуна Р3 досягає заданої величини, коли забезпечуються оптимальні значення тиску в захисних оболонках, задана витрата і температура захисного повітря. Таким чином, на робочих режимах (при оборотах привідного двигуна більше, ніж 3600об/хв) вибухозахист і о холоджування вбудованого електрообладнання здійснюється повітрям, відібраним від компресора привідного двигуна до тих пір, поки здійснюється транспортування вибухонебезпечного газу. Величина витрати і тиску повітря в системі подачі захисного повітря може корегуватися за допомогою регулятора тиску PK і дроселів ДР1 і ДР4, встановлених на виходах повітря із захисних оболонок. При зниженні параметрів вибухозахисту нижче встановлених система автоматизованого управління компресорної уста 10 новки видає оператору сигнали «попередження», а досягши аварійних значень (уставок) видається команда на «нормальне», «аварійне» або «екстрене» зупинення компресорної установки, Фіг.3. Обороти привідного двигуна при цьому знижуються, тиск в системі подачі захисного газу (повітря) зменшується, а досягши тиску в колекторірозподільнику, контрольованого датчиком Р3, менше встановленого, система автоматизованого управління компресорної установки видає команду на включення вихрового компресора (7). Оскільки тепер тиск повітря, що подається вихровим компресором, перевищує тиск повітря, відібраного від компресора привідного двигуна, зворотний клапан KO1 плавно відкривається, а клапан КО4 - закривається, чим забезпечується подача захисного повітря в оболонки до припинення обертання ротора компресора (1) і відключення напруги живлення електромагнітів, після чого вихровий компресор (7) відключається системою автоматизованого управління установки. Відповідно до винаходу, з метою попередження утворення підшипникових струмів, в процесі роботи, за наявності напруги живлення на електромагнітах, виключається замкнутий провідний контур. Замкнутий електричний контур має місце тільки при зупиненій машині або при вибігу ротора на страхувальних підшипниках. При цьому електромагніти знеструмлені, а у момент „підвішування" ротор не обертається. Крім того, для запобігання проникнення вибухонебезпечного газу в захисні оболонки вбудованого електрообладнання з вибухонебезпечного приміщення захисний кожух привідного двигуна і кожух привідної муфти постійно вентилюється, а повітря з простору під захисними кожухами привідного двигуна і привідної муфти відводиться за межі вибухонебезпечної зони. Послідовність дій, що забезпечують вибухозахист електрообладнання згідно алгоритмам, реалізованим системою автоматизованого управління компресорної установки, здійснюється на всіх режимах роботи компресорної установки. За таких умов, у разі будь-якого порушення алгоритму або у разі відхилень від заданих значень, пуск компресорної установки виявиться неможливим, а на робочих режимах наступить зупинення із зняттям напруги живлення з електромагнітів, що повністю забезпечить надійний вибухозахист вбудованого електрообладнання протягом всього циклу функціонування установки. Таким чином, використання даного винаходу, забезпечує підвищення надійності вибухозахисту вбудованого електрообладнання компресорної установки для транспортування вибухонебезпечних газів, а отже, і надійності роботи компресорної установки в цілому. Крім того, економиться електроенергія, затрачувана на привідний електродвигун ви хрового компресора, що забезпечує забір і подачу захисного газу від джерела, розташованого за межами вибухонебезпечної зони. 11 83838 12 13 83838 14 15 83838 16 17 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 83838 Підписне 18 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601