СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОКОМПРЕССОРА

Заявляемая полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована в системах уплотнений бессмазочных турбокомпрессоров различного назначения, в частности, в системах уплотнений газоперекачивающих агрегатов, на которых установлены компрессоры, роторы которых установлены на магнитных подшипниках, а в качестве концевых уплотнений использованы торцовые газовые уплотнения.
Известна система уплотнений бессмазочного турбокомпрессора [Щербаков Н.С., Чернышев А.Б. Результаты испытаний бессмазочного компрессора ГПА-16С/76-1,3 5 на стендах ОАО «Сумское НПО им. М.В.Фрунзе»// Газотурбинные технологии - Сентябрь, 2005 г., №6 (41). С.20-23.], содержащая систему подвода защитного воздуха к магнитным подшипникам, в которую входят: трубопровод подвода защитного воздуха от внешнего источника, например от системы воздухообеспечения компрессорной станции, в котором установлен отсечной клапан, блок фильтров, регулятор давления воздуха и линии подвода защитного воздуха к подшипникам, которые соединены с воздуходувкой, установленной на агрегате, а также систему подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям, которая состоит из трубопровода подвода от нагнетательного патрубка компрессора, блока фильтров, регулятора перепада давления и линий подвода газа к торцовым газовым уплотнениям.
Известна также система уплотнений бессмазочного турбокомпрессора (М.И.Соколовский, Ю.П.Ерышкин, Е.Л.Серянская, И.В.Ежева. Компрессор для дожимных компрессорных станций НЦ-16ДКС-02 «Урал»/ Компрессорная техника и пневматика, №6, 2010 г., с.19-23), содержащая систему подвода защитного воздуха к магнитным подшипникам, в которую входят, по меньшей мере, трубопровод подвода защитного воздуха от внешнего источника, регулятор давления воздуха и линии подвода защитного воздуха к подшипникам, а также и систему подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям, которая состоит из трубопровода подвода газа с нагнетательного патрубка компрессора и от внешнего источника, блока фильтров, регулятора перепада давления и линий подвода газа в камеры перед торцовыми газовыми уплотнениями.
6+
6+
Общим недостатком таких систем уплотнений бессмазочных турбокомпрессоров является то, что при длительном простое агрегата в трубопроводах подвода воздуха и в самих магнитных подшипниках, а также в трубопроводах подвода буферного газа и торцовых газовых уплотнениях из окружающего воздуха происходит выпадение капелек конденсата. Это приводит к образованию коррозии, как на деталях магнитных подшипников, так и на деталях торцовых газовых уплотнений. Влага на обмотках магнитных подшипников может вызвать замыкание в них. Капельки влаги, образующиеся на боковых поверхностях напорных канавок вращающихся колец торцового уплотнения, приводят к корродированию рабочей поверхности твердосплавного кольца. А это, в свою очередь, вызывает задиры на рабочей поверхности аксиально-подвижного графитового кольца и влечет за собой увеличение протечек через торцовое уплотнение и, в конечном итоге, отказ последнего, что значительно снижает надежность работы компрессора, так как в случае значительного увеличения протечек или отказа уплотнений происходит аварийный останов агрегата. Кроме того, на некоторых режимах работы компрессора, в камерах подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям возможно образование конденсата (сконденсировавшаяся жидкость - вода или углеводороды С). Попадание конденсата в торцовое уплотнение при работе компрессора приводит к резкому увеличению расхода через уплотнение и, как следствие, к аварийному останову. Особенно это проявляется во время подачи буферного газа при заполнении газового контура компрессора технологическим газом и запуске компрессора. К тому же транспортирование газа с влажностными параметрами (и с их превышением) в газопроводах встречается довольно часто. При простое компрессора сконденсировавшаяся жидкость (вода) -вызывает коррозию, а углеводороды Собразуют маслянистые отложения, вязкость которых при охлаждении значительно возрастает и, в конечном итоге, препятствует перемещению аксиально-подвижного кольца торцового уплотнения при пуске компрессора.
Технической задачей заявляемого технического решения является повышение надежности и экономичности системы уплотнений и турбокомпрессора в целом за счет устранения указанных недостатков путем подачи теплого и сухого воздуха к магнитным подшипникам и торцовым газовым уплотнениям при нахождении агрегата в «холодном резерве», или же, при подготовке компрессора к пуску после длительного простоя агрегата, путем кратковременной продувки подогретым воздухом магнитных подшипников и камер подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в обеспечении протока теплого воздуха через магнитные подшипники и торцовые газовые уплотнения, чем обеспечивается высокая предпусковая готовность компрессора при нахождении агрегата в «холодном резерве», а также просушка магнитных подшипников и подогрев торцовых газовых уплотнений при подготовке к запуску компрессора и, следовательно, в повышении надежности работы компрессора и агрегата в целом. Кратковременная продувка подогретым воздухом камер подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям даст возможность значительно ускорить подготовку компрессора к пуску. Кроме того, подогрев буферного газа, подаваемого в камеры перед торцовыми уплотнениями, особенно до и во время заполнения газового контура при пуске агрегата, исключит образование в нем конденсата.
6+
Это достигается за счет подвода теплого воздуха не только к магнитным подшипникам, но и в камеры перед торцовыми газовыми уплотнениями, путем установки дополнительного трубопровода, в котором установлен отсечной вентиль, а также путем установки подогревателей и элементов системы контроля температуры подаваемого воздуха к магнитным подшипникам и в камеры перед торцовыми уплотнениями. Кроме того, выполнение в нижней части линий подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям дренажных каналов, соединенных через запорные краны с трубопроводами сброса, дает возможность, при длительном простое, а также при подготовке к пускам и во время пуска агрегата, удалять конденсат (сконденсировавшуюся жидкость - воду или углеводороды С) путем продувки трубопроводов.
Для достижения указанного технического результата система уплотнения турбокомпрессора, содержащая систему подвода защитного воздуха к магнитным подшипникам, в которую входят, по меньшей мере, трубопровод подвода защитного воздуха, регулятор давления и линии подвода защитного воздуха к подшипникам, а также систему подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям, которая состоит, по меньшей мере, трубопровода подвода, блока фильтров, регулятора перепада давления (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например, дросселя) и линий подвода газа к торцовым газовым уплотнениям, согласно предлагаемой полезной модели система уплотнений снабжена дополнительным трубопроводом, который соединяет участок линии подвода защитного воздуха после регулятора давления системы подвода защитного воздуха, с трубопроводом подвода буферного газа перед блоком фильтров системы подачи буферного газа, причем в дополнительном трубопроводе установлен отсечной вентиль. Кроме того, на линии подвода буферного газа может быть установлен подогреватель, а в нижней части этих линий выполнены дренажные каналы, соединенные через запорные краны с трубопроводами сброса. К тому же в дополнительном трубопроводе возможна установка двух отсечных вентилей, причем участок трубопровода между вентилями соединен через запорный кран с атмосферой или с трубопроводом сброса.
Таким образом, система уплотнений турбокомпрессора обладает следующими существенными отличительными признаками:
- система уплотнений дополнительно снабжена отдельным трубопроводом, который соединяет участок линии подвода защитного воздуха после регулятора давления воздуха с трубопроводом подвода буферного газа перед блоком фильтров системы подачи буферного газа, причем в дополнительном трубопроводе установлен отсечной вентиль;
- система уплотнений может быть дополнительно снабжена подогревателем, установленным на линии подвода буферного газа после регулятора перепада «газ-газ» (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например дросселя);
- в системе уплотнений могут быть дополнительно выполнены в нижней части линий подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям дренажные каналы, соединенные через запорные краны с трубопроводами сброса;
- система уплотнений может быть снабжена дополнительным трубопроводом, в котором установлены два отсечных вентиля, причем участок трубопровода между вентилями соединен через запорный кран с атмосферой или с трубопроводом сброса.
Перечисленные выше существенные отличительные признаки необходимы и достаточны для решения поставленной технической задачи, а именно, в повышении надежности и экономичности системы уплотнений и турбокомпрессора в целом при простое агрегата в режиме «холодного резерва» и в повышении предпусковой готовности турбокомпрессора:
- отдельный трубопровод, который соединяет участок линии подвода защитного воздуха (после регулятора давления воздуха) с трубопроводом подвода буферного газа (перед блоком фильтров системы подачи буферного газа) позволяет подводить, при стоянке агрегата в режиме «холодного резерва», воздух в фильтры тонкой очистки и, далее, в камеры перед торцовыми газовыми уплотнениями;
- установка в дополнительном трубопроводе отсечного вентиля, позволяет подводить воздух только при простое турбокомпрессора, когда в систему не подводится буферный газ;
- подогреватель, установленный на линии подвода буферного газа после регулятора перепада «газ-газ» (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например дросселя), позволяет поддерживать более высокую температуру воздуха поступающего к торцовым газовым уплотнениям;
6+
- выполнение в нижней части линий подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям дополнительных дренажных каналов, соединенных через запорные краны с трубопроводами сброса, позволяет при подготовке к пускам и во время пуска агрегата удалять конденсат (сконденсировавшуюся жидкость - воду или углеводороды С) путем кратковременной продувки трубопроводов, что обеспечит повышение надежности работы компрессора и позволит практически полностью исключить попадание конденсата в узлы уплотнений;
- выполнение замера температуры в линиях подвода позволит контролировать температуру воздуха и тем самым обеспечить нужный режим продувки магнитных подшипников и торцовых газовых уплотнений;
- установка в дополнительном трубопроводе двух отсечных вентилей и соединение участка трубопровода между вентилями через запорный кран с атмосферой или с трубопроводом сброса позволит исключить при работе агрегата попадание буферного газа в систему подвода защитного воздуха.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1, фиг.2 и фиг.3 представлены примеры конкретного осуществления предлагаемого технического решения.
На фиг.1 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой установлен дополнительный трубопровод, соединяющий участок линии подвода воздуха после регулятора давления системы подвода защитного воздуха с трубопроводом подвода буферного газа перед блоком фильтров системы подачи буферного газа, причем в дополнительном трубопроводе установлен отсечной вентиль.
На фиг.2 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой на линии подвода буферного газа после регулятора перепада «газ-газ» (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например, дросселя) установлен дополнительный подогреватель, а в нижней части этих линий выполнены дренажные каналы, соединенные через запорные краны с трубопроводами сброса.
На фиг.3 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой установлен дополнительный трубопровод с двумя отсечными вентилями, а участок трубопровода между вентилями соединен через запорный кран с атмосферой или с трубопроводом сброса.
Система уплотнений турбокомпрессора, показанная на фиг.1, содержит систему подвода защитного воздуха к магнитным подшипникам, состоящую, по меньшей мере, из трубопровода подвода 1, регулятора давления 2 и линии подвода 3 защитного воздуха к подшипникам, а также и систему подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям, которая состоит, по меньшей мере, с трубопровода подвода 4, блока фильтров 5, регулятора перепада давления «газ-газ» 6 (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например, дросселя) и линий подвода 7 газа к торцовым газовым уплотнениям, а также дополнительного трубопровода 8 с отсечным вентилем 9, причем дополнительный трубопровод соединяет участок линии подвода 3 воздуха, после регулятора давления 2, с трубопроводом 4 перед блоком фильтров 5 системы подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям. Для контроля за температурой подаваемого воздуха установлен датчик температуры 10. Подвод буферного газа в зависимости от режима работы компрессора, осуществляется или с нагнетательного патрубка компрессора по трубопроводу 11 или от внешнего источника по трубопроводу 12, причем на каждом из них установлена запорная арматура, например, отсечные вентили 13 и 14, соответственно.
На фиг.2 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой на линии подвода 7 после регулятора перепада давления «газ-газ» 6 (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например дросселя) установлен подогреватель 15, а после него датчик температуры 16. Кроме того в нижней части линий подвода 7 выполнены дренажные каналы, соединенные через запорные краны 17 с трубопроводами сброса.
На фиг.3 представлена система уплотнений турбокомпрессора, в которой на дополнительном трубопроводе 8 с отсечным вентилем 9 установлен второй отсечной вентиль 18, а участок трубопровода между вентилями 9 и 18 соединен через запорный кран 19 с атмосферой или с трубопроводом сброса. Это позволит исключить при работе агрегата попадание буферного газа в систему подвода защитного воздуха.
Система уплотнений работает следующим образом.
При простое турбокомпрессора отсечные вентили 13 и 14 трубопроводов 11 и 12 подвода буферного газа от нагнетательного патрубка компрессора и от внешнего источника закрываются, а отсечной вентиль 9 дополнительного трубопровода 8 открывается. Воздух из трубопровода подвода 1 через регулятор давления 2 поступает в линии подвода 3 к магнитным подшипникам, и одновременно через дополнительный трубопровод 8 и вентиль 9 в трубопровод подвода 4, и далее через блок фильтров 5 и регулятор перепада давления «газ-газ» 6 (или другой элемент, регулирующий подвод буферного газа, например, дроссель) в линии подвода 7 к торцовым газовым уплотнениям, а от них в проточную часть компрессора.
При длительной стоянке турбокомпрессора в режиме «холодный резерв» для обеспечения высокой предпусковой готовности магнитных подшипников и торцовых газовых уплотнений регулятором давления 2 устанавливается минимальное давление воздуха в линии подвода 3, обеспечивающий проток воздуха при его минимальном расходе, так называемый режим «легкий ветерок». Теплый воздух из станционной системы поступает на агрегат в трубопровод подвода 1. Контроль над температурой подаваемого воздуха осуществляется датчиком температуры 10. При этом в магнитные подшипники, а также в торцовые газовые уплотнения и от них в проточную часть компрессора поступает такое количество воздуха и с такой температурой, чтобы исключить образование в них капелек конденсата. Этим обеспечивается номинальный режим, при котором исключается образование коррозии, как в подшипниковых и в уплотнительных узлах, так и в проточной части компрессора, что значительно повышает надежность и предпусковую готовность турбокомпрессора.
6+
При подготовке агрегата к пуску в трубопроводе подвода 1 регулятором 2 увеличивается давление воздуха до номинального значения. При этом количество воздуха, проходящее через магнитные подшипники и торцовые газовые уплотнения, также увеличится, и, следовательно, увеличится и их температура. Однако разделительный воздух, подаваемый в магнитные подшипники, должен обеспечивать не только их взрывозащиту, но и охлаждение, т.е. температура его ограничена. В то же время для прогрева торцовых газовых уплотнений температура воздуха должна быть повышенной, для чего включают подогреватель 15 (см. фиг.2). Подогреватель 15, установленный на трубопроводе 4 подвода буферного газа после регулятора перепада «газ-газ» 6 (или других элементов регулирующих подвод буферного газа, например дросселя), позволяет поддерживать более высокую температуру воздуха поступающего к торцовым газовым уплотнениям. Замер температуры защитного воздуха, поступающего в камеры перед торцовыми газовыми уплотнениями, осуществляется дополнительным датчиком температуры 16. При повышении температуры вязкость смазки, а также углеводородов С, образующих маслянистые отложения в уплотнениях, уменьшается, что, в конечном итоге, способствует перемещению аксиально-подвижного кольца торцового уплотнения. Таким образом, обеспечивается номинальный температурный режим магнитных подшипников и торцовых газовых уплотнений, что значительно повышает предпусковую готовность компрессора.
В нижней части линий подвода 7 в течение времени при длительном простое возможна конденсация паров воды. Для ее удаления в нижней части этих линий могут быть выполнены дренажные каналы, соединенные через запорные краны 17 с трубопроводами сброса. При открытии кранов 17 путем кратковременной продувки влага удаляется из линий подвода 7. После этого отсечной вентиль 9 дополнительного трубопровода 8 закрывается, и система уплотнений компрессора готова к пуску агрегата.
6+
При работе турбокомпрессора в течение времени в нижней части линий подвода 7 постепенно скапливается конденсат (сконденсировавшаяся жидкость - углеводороды С или вода). Попадание конденсата в торцовое уплотнение приводит к резкому увеличению расхода через уплотнение и, как следствие, к аварийному останову компрессора. Наиболее часто это проявляется во время подачи буферного газа до заполнения и во время заполнения газового контура компрессора технологическим газом. На этих режимах при дросселировании буферного газа зачастую происходит выпадение влаги и углеводородного конденсата. Для удаления конденсата в нижней части линий подвода 7 выполнены дренажные каналы, в которых установлены запорные краны 17. Это позволит выполнять, при необходимости, кратковременную продувку линий 7 подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям, что обеспечит повышение надежности работы компрессора и позволит практически полностью исключить попадание конденсата в узлы уплотнений.
Для повышения надежности работы турбокомпрессора в дополнительном трубопроводе 8 с отсечным вентилем 9 устанавливается еще один вентиль 18, а участок трубопровода между вентилями соединяется через запорный кран 19 с атмосферой или с трубопроводом сброса (фиг.3). При работе турбокомпрессора оба отсечные вентили 9 и 18 закрыты, а запорный кран 19 - открыт.Таким образом, участок трубопровода между вентилями соединяется с атмосферой или с трубопроводом сброса, исключая попадание буферного газа в трубопроводы системы подачи разделительного воздуха.
Таким образом, данная система уплотнений центробежного компрессора позволит исключить образование конденсата в его подшипниковых и уплотнительных узлах при простое агрегата в режиме «холодного резерва», а также позволит осуществлять просушку магнитных подшипников и подогрев торцовых газовых уплотнений при подготовке к запуску компрессора и, следовательно, повысить предпусковую готовность и надежность работы компрессора в целом. Кратковременная продувка подогретым воздухом камер подвода буферного газа к торцовым газовым уплотнениям даст возможность значительно ускорить подготовку компрессора к пуску.
При работе компрессора предложенная система уплотнений позволяет исключить попадание конденсата в торцовые газовые уплотнения, не нарушив при этом охлаждение и требуемую взрывозащиту магнитных подшипников, что значительно повышает надежность работы компрессора в целом в течение всего периода эксплуатации.
Данное техническое решение может быть использовано и в других бессмазочных турбокомпрессорах.