УПЛОТНЕНИЕ С АКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ЗАЗОРА
SEAL WITH ACTIVE ELECTROMAGNETIC ADJUSTMENT OF CLEARANCE

Изобретение относится к области торцевых бесконтактных уплотнений, в частности к уплотнению роторов для предотвращения утечки рабочей среды из корпусов сжатия центробежных компрессоров и насосов в окружающее пространство, и может использоваться в центробежных компрессорных машинах для обеспечения долговечности узлов уплотнения, следовательно, для повышения надежности работы компрессора.
Известен способ регулирования зазора в торцевых уплотнениях и устройство для его реализации (патент RU №2176044 от 20.11.2001 г.), содержащее вращающееся кольцо, установленное на роторе, невращающееся кольцо, установленное в корпусе, датчик для измерения зазора между невращающимся и вращающимся кольцами, электромагнитная система, включающая электромагниты и якорь, регулятор токов электромагнитов и блок задания требуемого зазора. Работа известного устройства заключается в активном регулировании зазора между вращающимся и невращающимся кольцами с помощью системы автоматического регулирования, образованной датчиком зазора, электромагнитами и регулятором токов.
Техническим недостатком данного устройства является тот факт, что загрязнение затворного газа приводит к изменению характеристик уплотнения, при этом отсутствуют элементы и связи, сигнализирующие о загрязнении уплотняющего зазора.
Кроме того, в известном устройстве имеют место:
- наличие параллельных  уплотняющему зазоров между якорем и электромагнитами, которые по величине должны быть больше зазора в уплотняющих кольцах, тем самым теряется основная функция уплотнения;
- отсутствие запирающих элементов в уплотнении при отключении системы регулирования.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание уплотнения, для которого загрязнение затворного газа не приводит к изменению характеристик уплотнения и одновременно обеспечивается возможность настройки зазора по величине утечки через него.
Данный технический результат достигается тем, что в уплотнении с активным электромагнитным регулированием зазора, содержащем установленное на роторе упорное кольцо и размещенное в корпусе подвижное в осевом направлении кольцо, образующие пару уплотнения с осевым зазором, систему активного электромагнитного регулирования зазора, включающую датчик зазора и электромагнит, образованный соединенным с корпусом магнитопроводящим ярмом с обмоткой, с которой через усилитель связан датчик зазора, и якорем, жестко связанным с кольцом пары уплотнения, согласно предложению полость корпуса за парой уплотнения соединена с линией утечки газа, на которой установлен расходомер с возможностью передачи с него сигнала в виде корректирующей обратной связи в усилитель системы активного электромагнитного регулирования зазора.
При этом кольцо пары уплотнения подпружинено относительно корпуса с возможностью запирания пары уплотнения при выключенной системе активного электромагнитного регулирования зазора.
В частности, кольцо пары уплотнения подпружинено с помощью пружинного кольца, закрепленного на корпусе и взаимодействующего с элементом, обеспечивающим связь якоря с кольцом пары уплотнения.
Целесообразно, чтобы между пружинным кольцом и якорем был установлен уплотнительный элемент.
Предлагаемое уплотнение показано на чертеже.
Уплотнение содержит вращающееся упорное кольцо 1, установленное на роторе 2, и невращающееся кольцо 3, образующее пару уплотнения с осевым зазором. Система активного электромагнитного регулирования зазора включает электромагнит, образованный жестко связанным с неподвижным корпусом 4 магнитопроводящим ярмом 5 с обмоткой 6 и якорем 7, жестко связанным посредством промежуточного элемента 8 с кольцом 3. Последнее имеет возможность перемещаться в необходимых пределах (5-7 мкм) в осевом направлении за счет притяжения электромагнитом. Чувствительным элементом контура системы активного электромагнитного регулирования зазора является датчик 9 зазора, связанный с невращающимся кольцом 3. В контуре системы автоматического электромагнитного регулирования зазора предусмотрен усилитель 10, преобразующий сигнал датчика 9 зазора в ток обмотки 6 электромагнита, автоматически поддерживающий заданный зазор, что обеспечивается соответствующей настройкой контуров. Усилитель 10 конструктивно выполнен в виде электронного блока управления, размещаемого вне конструкции уплотнения.
На корпусе 1 закреплено пружинное кольцо 11, воздействующее на кольцо 3 через элемент 8. Между пружинным кольцом и якорем расположен уплотнительный элемент 12.
В корпусе 1 выполнен канал 13 для подачи чистого газа, а полость корпуса 1 за парой уплотнения соединена с линией 14 утечки газа, на которой установлен расходомер 15, имеющий электрическую связь с усилителем 10.
Уплотнение работает следующим образом. Перед запуском компрессора в работу включается система активного электромагнитного регулирования зазора и подается в область высокого давления затворный газ. При этом активизируется контур системы, и электромагнит притягивает невращающееся кольцо 3, образуя с упорным кольцом 2 заданный настройкой зазор. Контур системы активного электромагнитного регулирования зазора обеспечивает стабилизацию зазора, осуществляя необходимое изменение тока электромагнита и, следовательно, силы притяжения при отклонениях сигнала датчика 9 зазора от заданного значения.
При выключении системы активного электромагнитного регулирования зазора невращающееся кольцо 3 прижимается к упорному кольцу 2 с помощью возвратного пружинного кольца 11, чем обеспечивается запирание области высокого давления машины в стояночных режимах.
Необходимая настройка зазора в уплотнении при вводе компрессора в эксплуатацию может устанавливаться и контролироваться по величине утечки газа расходомером 15, установленным в линии 14 утечки газа. При длительной работе уплотнения величина утечки газа может меняться из-за загрязнения зазора, временных и температурных отклонений параметров настройки контуров. Для уменьшения влияния вышеуказанных факторов на характеристики уплотнения в контур системы активного электромагнитного регулирования зазора введена корректирующая обратная связь по величине расхода газа от расходомера 15.
Таким образом, предлагаемое уплотнение с активным электромагнитным регулированием зазора существенно уменьшает утечку рабочего газа из области высокого давления машины при зазоре 5-7 мкм и обеспечивает при этом характеристики, сравнимые с характеристиками известных сухих газодинамических уплотнений. При этом достигается поставленная задача, а именно загрязнение затворного газа не приводит к изменению характеристик уплотнения, т.к. требуемая для работы уплотнения величина зазора может изменяться за счет введения корректирующей обратной связи по величине расхода газа в линии утечки газа.
Кроме того:
- исключается возможность возникновения сухого трения при вращении, а следовательно, износа элементов пар уплотнения, что приводит к увеличению ресурса и надежности работы уплотнения;
- при изготовлении не требуется применения сложных технологий (получение спиральных канавок на упорном диске), дорогостоящих материалов и оборудования.