СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОКОМПРЕССОРА
SYSTEM OF TURBOCOMPRESSOR SEALS

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в системах уплотнений турбокомпрессоров различного назначения, в частности, в системах уплотнений газоперекачивающих агрегатов.
Известна система уплотнений турбокомпрессора (Патент РФ №2133879, кл. F04D 29/10, 17/12 от 10.04.96 г. «Система уплотнений турбокомпрессора». Бюл. №21 от 27.07.99 г. - прототип), содержащая установленные на валу турбокомпрессора двухступенчатые внутренние лабиринтные уплотнения, между ступенями которых расположены уравнительные камеры, соединенные между собой уравнительной линией, а также первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа в камеру между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, выполненного в виде регулятора перепада давлений, полость задающего давления которого соединена со всасывающим патрубком турбокомпрессора, а также линии отвода утечек после первых и вторых ступеней торцовых уплотнений, причем на линии отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений установлен ограничитель расхода и сигнализатор повышения давления, который служит для подачи сигнала аварийного останова турбокомпрессора при разгерметизации уплотнения.
Недостатком данной системы уплотнений является большая инерционность системы при аварийном останове турбокомпрессора. При этом в течение всего времени, пока идет понижение давления газа в проточной части турбокомпрессора, рабочий газ под тем же давлением находится в камерах между лабиринтными и торцовыми уплотнениями. Это приводит к высоким протечкам газа при разгерметизации уплотнения, а, следовательно, к снижению надежности турбокомпрессора в целом и ухудшению его экономических показателей в результате значительного расхода газа.
В основе изобретения лежит техническая задача повышения надежности и экономичности работы системы уплотнений и турбокомпрессора в целом за счет дополнительной установки в системе уплотнений клапана аварийного сброса газа, соединенного с уравнительными камерами между ступенями лабиринтных уплотнений, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений, а полость задающего давления регулятора перепада давления соединена с уравнительными камерами.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой системе уплотнений турбокомпрессора, содержащей установленные на валу турбокомпрессора двухступенчатые лабиринтные уплотнения, между ступенями которых расположены уравнительные камеры, соединенные между собой уравнительной линией, первые и вторые ступени торцовых газодинамических уплотнений, линию подачи газа в камеры между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, с установленными на ней фильтрами и ограничителем расхода, выполненного в виде регулятора перепада давлений, а также линии отвода утечек после торцового уплотнения, причем на линиях отвода утечек после торцовых уплотнений установлены ограничители расхода и сигнализаторы повышения давления, согласно предлагаемому изобретению, дополнительно установлен клапан аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами между ступенями внутреннего лабиринтного уплотнения, причем привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений, а полость задающего давления регулятора перепада давлений соединена с уравнительными камерами.
При этом клапан аварийного сброса газа соединен с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление участков двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из которых ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры перед торцовым уплотнением.
Кроме того, клапан аварийного сброса газа может быть соединен отдельным трубопроводом с уравнительной линией, соединяющей уравнительные камеры, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до уравнительных камер между ступенями лабиринтного уплотнения меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление участков двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из которых ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры перед торцовыми уплотнениями.
Таким образом, система уплотнений турбокомпрессора обладает следующими существенными отличительными признаками:
- система дополнительно снабжена клапаном аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами, расположенными между ступенями внутреннего лабиринтного уплотнения;
- клапан аварийного сброса газа может быть соединен отдельным трубопроводом с уравнительной линией, соединяющей уравнительные камеры, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до камер между ступенями лабиринтного уплотнения меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление участков двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из которых ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры перед торцовым уплотнением;
- клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения, причем гидравлическое сопротивление трубопровода меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из участков которого ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры подвода газа к торцовым уплотнениям;
- привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после торцовых уплотнений;
- полость задающего давления регулятора перепада давлений соединена с уравнительной камерой между ступенями лабиринтного уплотнения.
Перечисленные выше существенные отличительные признаки необходимы и достаточны для решения поставленной технической задачи, а именно повышения надежности и экономичности системы уплотнений:
- снабжение системы уплотнений клапаном аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтных уплотнений, при аварийном останове турбокомпрессора из-за разгерметизации торцовых уплотнений позволяет за очень короткий промежуток времени снизить давление в уравнительных камерах, а следовательно, и в полости задающего давление регулятора, при этом расход через регулятор уменьшится, что вызовет снижение давления газа в камерах между торцовыми и лабиринтными уплотнениями и, благодаря этому, значительно снизить утечки газа через 1-е ступени торцового уплотнения и предотвратить попадание газа в подшипниковую камеру и образование взрывоопасной смеси, что в конечном итоге снижает расход газа при аварийном останове и обеспечивает повышение надежности турбокомпрессора в целом;
- соединение привода клапана с сигнализаторами повышения давления в линиях отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений позволяет открывать клапан аварийного сброса газа только при аварийном останове турбокомпрессора при повышении давления в какой-либо из линий отвода утечек после первых ступеней торцовых уплотнений;
- соединение клапана аварийного сброса газа с уравнительными камерами, расположенными между ступенями лабиринтного уплотнения отдельным трубопроводом, гидравлическое сопротивление которого меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление двухступенчатых лабиринтных уплотнений, один из участков которых ограничивает поступление газа в уравнительные камеры со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камер подвода газа к торцовым уплотнениям, создает условия, при которых газ поступает в уравнительные камеры в количестве меньшем, чем сбрасывается из них, что и обеспечивает понижение давления;
- соединение клапана аварийного сброса газа отдельным трубопроводом с уравнительной линией, соединяющей уравнительные камеры, причем суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до уравнительных камер, расположенных между ступенями лабиринтных уплотнений, меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление лабиринтного уплотнения, один из участков которого ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части турбокомпрессора, а другой - из камеры подвода газа к торцовым уплотнениям, создает условия, при которых газ поступает в уравнительные камеры в количестве, меньшем, чем отводится из них, что и обеспечивает понижение давления в этих камерах;
- соединение полости задающего давления регулятора с уравнительными камерами создает условие, при котором в камерах перед торцовыми уплотнениями поддерживается давление выше, чем давление в уравнительных камерах лишь на величину настройки регулятора перепада давлений.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 представлены примеры конкретного осуществления изобретения.
На фиг.1 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с уравнительными камерами между ступенями лабиринтных уплотнений.
На фиг.2 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой клапан аварийного сброса газа соединен отдельным трубопроводом с уравнительной линией подвода очищенного газа на участке после ограничителя расхода до камер между лабиринтными и торцовыми уплотнениями.
Система уплотнений на фиг.1 содержит собственно узлы торцовых уплотнений 1, установленные на валу 2 компрессора 3 и 2-х ступенчатые лабиринтные уплотнения 4, между ступенями которых выполнены уравнительные камеры 5, линию подвода газа 6, соединяющую нагнетательный патрубок 7 компрессора с камерой 8 между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, на которой установлены фильтры 9 и ограничитель расхода 10, выполненный в виде регулятора перепада давлений, полость задающего давления 11, которая соединена трубопроводом 12 с уравнительной линией 13. Камеры 5 соединены трубопроводом 14 с клапаном 15 аварийного сброса газа, открытие и закрытие которого осуществляется приводом 16. Система уплотнений также имеет линию отвода утечек 17 после первой ступени торцового уплотнения, на которой установлены ограничитель расхода 18 и сигнализатор повышения давления 19, и линию отвода утечек 20 после второй ступени торцового уплотнения.
В системе уплотнений на фиг.2 клапан 15 аварийного сброса газа соединен трубопроводом 14 с уравнительной линией 13, соединяющей уравнительные камеры 5.
2
Система уплотнений работает следующим образом. Газ из нагнетательного патрубка 7 турбокомпрессора 3 по линии подвода 6 поступает в фильтр 9, а затем, пройдя через ограничитель расхода, выполненный в виде регулятора перепада давлений 10, в камеры 8 между торцовыми 1 и лабиринтными 4 уплотнениями. Из камер 8 основной поток газа проходит через лабиринтные уплотнения 4 вначале в уравнительные камеры 5 и далее в проточную часть компрессора 3. При этом регулятор 10 поддерживает давление в камерах 8 выше, чем давление в уравнительных камерах 5 на величину настройки регулятора (обычно на 0,2…0,5 кГ/см). Одновременно часть газа проходит через первые ступени торцовых уплотнений 1 в линии отвода утечек 17 и далее через ограничитель расхода 18 на сброс в атмосферу. Чем выше расход газа через ограничитель расхода 18, тем больше давление в линии отвода утечек 17. Это давление контролируется сигнализатором повышения давления 19. Часть газа, прошедшего через первые ступени торцовых уплотнений 1, проходит через вторые ступени торцовых уплотнений и далее - в линию отвода утечек 20.
При нормальной работе торцовых уплотнений расход газа через них небольшой и обычно не превышает: через 1-е ступени - 20…70 нл/мин, а через 2-е ступени - 2…5 нл/мин.
По мере разгерметизации торцовых уплотнений возрастают утечки газа через первую ступень торцового уплотнения и, следовательно, повышается перепад давления на ограничителе расхода 18, что приводит к росту давления в линии отвода 17. При определенном давлении в этой линии сигнализатор повышения давления 19 выдает предупредительный сигнал, а при дальнейшем повышении давления - сигнал на аварийный останов турбокомпрессора. Одновременно подается сигнал на привод 16, который открывает клапан 15 и газ из уравнительных камер по трубопроводу 14 через клапан 15 поступает в линию отвода утечек.
При этом независимо от давления в проточной части турбокомпрессора, в уравнительных камерах между ступенями лабиринтных уплотнений устанавливается давление, равное давлению в линии отвода утечек, т.е. практически атмосферное. Это обеспечивается тем, что гидравлическое сопротивление клапана 15 аварийного сброса газа и трубопровода 14, который соединяет его с камерами 5, значительно ниже, чем сопротивление протеканию газа через ступени лабиринтного уплотнения 4. Одновременно давление газа в полости 11 регулятора перепада давлений начнет понижаться, при этом регулятор 10 уменьшит подачу газа в камеры между торцовыми и лабиринтными уплотнениями, т.е. давление в камерах 5 также будет падать. Таким образом, давление в камерах 5 перед торцовыми уплотнения понизится, следовательно, утечки газа через 1-е ступени торцовых уплотнений значительно уменьшатся.
При соединении клапана аварийного сброса газа 15 трубопроводом 14 с уравнительной линией, в случае аварийного останова турбокомпрессора в результате разгерметизации торцового уплотнения, газ поступает из уравнительных камер по линии 13, а затем по трубопроводу 14 через клапан 15 в линию отвода утечек. Суммарное гидравлическое сопротивление упомянутых выше трубопровода и уравнительной линии от места подсоединения клапана до уравнительных камер меньше, чем суммарное гидравлическое сопротивление двухступенчатого лабиринтного уплотнения, один из участков которого ограничивает поступление газа в уравнительную камеру со стороны проточной части компрессора, а другой - из камеры подвода газа к торцовым уплотнениям. Благодаря этому создаются условия, при которых газ поступает в уравнительные камеры в меньшем количестве, чем отводится из них, что и обеспечивает понижение давления в этих камерах.
Открытие клапана 15 и сброс газа из уравнительных камер осуществляется только при аварийном останове турбокомпрессора в результате разгерметизации торцовых уплотнений. При нормальных остановках или при аварийных остановках компрессора по другим причинам клапан аварийного сброса не открывается.