ДВУХСЕКЦИОННЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в центробежных компрессорных установках отпарного газа.
Известен центробежный компрессор, содержащий две секции, разделенные между собой с помощью разделительной стенки, лабиринтной втулки и разгрузочного устройства. (Патент РФ 2442027, F04D 29/05, F04D 29/051, F04D 17/08, публ. 10.02.2012).
В данном устройстве канал, находящийся в разделительной стенке, соединяет полость нагнетания первой секции с полостью всасывания этой же секции, что позволяет минимизировать работу упорного диска опорно-упорного подшипника компрессора за счет разности давлений между полостями разгрузочного устройства.
Недостатком данного устройства канала является отсутствие мероприятий по выравниванию в полости разгрузочного устройства первой секции закрученного потока газа, который при определенных параметрах может вызвать автоколебания ротора.
Известен двухсекционный центробежный компрессор, содержащий корпус со статором первой и второй секции, переднюю и заднюю крышки, межсекционную перегородку с каналом, соединяющим полость нагнетания второй секции с лабиринтным уплотнением многоступенчатого разгрузочного устройства. Через данный канал газ проходит во входные отверстия ступенчатого лабиринтного уплотнения для создания осевого усилия за счет размещения частей лабиринтного уплотнения на разных диаметрах думмиса, снижающего в итоге осевое усилие на ротор компрессора. (Патент 2384745, F04D 29/08, F04D 17/08, 20.03.2010).
В данном устройстве применена сложная конструкция многоступенчатого думмиса и ступенчатого лабиринтного уплотнения. Поток газа из полости нагнетания подается на лабиринтное уплотнение через каналы, выполненные в межсекционной перегородке и в самом лабиринтном уплотнении. Для исключения возникновения автоколебаний ротора необходимо, чтобы окружная скорость вращающего потока газа в лабиринтном уплотнении стала меньше окружной скорости думмиса. Вместе с тем, в известном устройстве подведенный к лабиринтному уплотнению газовый поток теряет при прохождении через межступенчатую полость думмиса свою напорную эффективность, необходимую для снижения закрутки основного потока и, как следствие, снижения возможности образования автоколебаний.
При этом подвод дополнительного потока газа из полости нагнетания увеличивает в целом объем газа, протекающего через лабиринтное уплотнение, что изменяет перепад давления на думмисе и, соответственно, изменяет усилие на упорный подшипник, которое может превысить допустимое значение. Также это может привести к повышению температуры упорных элементов упорного подшипника до предельных значений. Газодинамические расчеты суммарного объема не всегда дают точные результаты осевой силы, поэтому существует необходимость в регулировке протекающего объема газа.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является исключение автоколебаний ротора центробежного компрессора, возникающих в процессе компримирования газа в полости между лабиринтным уплотнением межсекционной перегородки и ротором при одновременном обеспечении необходимого усилия на упорный подшипник ротора или необходимой температуры его упорных элементов.
Технический результат заключается в обеспечении подачи в лабиринтное уплотнение межсекционной перегородки потока газа высокого давления, выравнивающего основной поток, с регулируемым расходом.
Технический результат достигается тем, что в двухсекционном центробежном компрессоре, содержащем корпус, размещенные в нем первую и вторую статорные секции, установленную между ними межсекционную перегородку с лабиринтным уплотнением, ротор с рабочими колесами и думмисом и выполненный в межсекционной перегородке канал подвода газа высокого давления, связанный с камерой нагнетания второй статорной секции и входом в лабиринтное уплотнение, канал подвода газа высокого давления выполнен радиальным и связан с камерой нагнетания второй статорной секции внешним трубопроводом с запорно-регулирующей аппаратурой, позволяющей регулировать значение расхода газа в данном канале.
Выполнение канала радиальным обеспечивает подачу в лабиринтное уплотнение прямого (незакрученного) потока, встречного основному потоку и поступающего по отношению к нему под углом 90°, выравнивающего (разбивающего) закрученный основной поток.
Связь канала подвода газа высокого давления с нагнетательной камерой второй секции через внешний трубопровод с регулирующей запорной арматурой обеспечивает регулировку подачи встречного прямого потока газа непосредственно в закрученный основной поток, что позволяет обеспечить подачу газа с расходом, требуемым для выравнивания основного потока, тем самым исключая возникновение автоколебаний ротора, при условии обеспечения необходимого осевого усилия на упорный подшипник или необходимой температуры его упорного элемента.
Полезная модель поясняется графически, где на фиг. 1 представлен предлагаемый двухсекционный центробежный компрессор; на фиг. 2 укрупненно представлено место установки межсекционной перегородки компрессора.
Двухсекционный центробежный компрессор содержит корпус 1, первую статорную секцию 2 с камерой всасывания 3 и камерой нагнетания 4, вторую статорную секцию 5 с камерой всасывания 6 и камерой нагнетания 7, две торцевые крышки 8 и 9, межсекционную перегородку 10 с лабиринтной втулкой 11, установленной на внутреннем диаметре перегородки 10, ротор 12 с рабочими колесами 13, 14 и думмисом 15, внешний трубопровод 16 с запорно-регулирующей арматурой 17. Трубопровод 16 соединяет камеру нагнетания 7 через отверстия 18 и 19 в корпусе 1 и канал 20 в межсекционной перегородке 10 с лабиринтным уплотнением, образованным лабиринтной втулкой 11 и думмисом 15. При этом важно, что газ проходит непосредственно в уплотнение через радиальные или тангенцальные отверстия 21 в лабиринтной втулке 11.
Работа компрессора осуществляется следующим образом.
Газ попадает в компрессор через камеру всасывания 3 первой секции 2, проходит через рабочие колеса 13 ротора 12 и статор первой секции 2 и через камеру нагнетания 4 первой секции 2 направляется в межсекционный холодильник (на фиг. не показан), где происходит охлаждение газа. После холодильника газ заходит через камеру всасывания 6 второй секции 5, проходит через рабочие колеса 14 и статор второй секции 5. В секции 5 газ сжимается до конечного давления, с которым далее газ выходит из компрессора через камеру нагнетания 7 второй секции 5.
Газ высокого давления из камеры нагнетания 7 второй секции 5 по отверстию в корпусе 1 компрессора попадает через запорно-регулирующую арматуру 17 во внешний трубопровод 16, после которого через другое отверстие в корпусе 1 компрессора газ попадает в канал 20 межсекционной перегородки. Далее через отверстия в лабиринтной втулке 11, поток газа попадает в полость между лабиринтной втулкой 11 и думмисом 15, смешивается с основным закрученным потоком, после чего последний уменьшает свою окружную скорость.
Запорно-регулирующая арматура 17, установленная на внешнем трубопроводе 16, обеспечивает как полное перекрытие потока газа, так и регулирование параметров проходящего через запорно-регулирующую арматуру 17 газа посредством изменения своего проходного сечения. Диапазон регулирования, диапазон настройки регулятора и зона регулирования установленной запорно-измерительной аппаратуры 17 обеспечивают пропускную способность, необходимую для создания значений расхода потока газа, направляемого в лабиринтную втулку 11 межсекционной перегородки 10, которые при режимах работы компрессора в совокупности с другими газодинамическими показателями компрессора способствуют изменению «лабиринтной» циркуляционной силы. Данное изменение в свою очередь является одним из способов снижения автоколебаний ротора и, следовательно, снижения возникающей под их действием вибрации ротора.
Регулировка запорно-регулирующей аппаратуры производится на рабочем газе в период пуско-наладочных работ, или при изменении газодинамических параметров компрессора. Например, в процессе регулировки выясняется, что при полностью открытой запорно-регулирующей аппаратуре 17 автоколебаний не возникает, но усилие на упорный подшипник (или температура его упорных элементов) превышает допустимое значение. Постепенно прикрывая запорно-регулирующую аппаратуру 17, и, тем самым, уменьшая расход газа в канале 20 и перепад давления на думмисе 15, можно получить необходимое усилие на упорный подшипник или необходимую температуру упорного элемента, при отсутствии автоколебаний.
3
Пример реализации полезной модели. При отладке двухсекционного компрессора 34ГЦ2-138/7-117, имеющего следующие газодинамические характеристики: производительность 1,648 млн.ст.м/сут, давление всасывания 0,744 Мпа, давление нагнетания 10,1 МПа установили максимальный расход выравнивающего потока газа в канале 20, составивший 2,02 кг/с. При данном расходе запорно-регулирующая арматура 17 полностью открыта. Произвели измерение усилия на упорный подшипник, которое составило 2350 кгс, что соответствует допустимому значению, и температуру упорных элементов - колодок, составившую 83°С, что соответствует требованиям по пределу допустимых значений. Автоколебания ротора отсутствовали.
3
В процессе работы компрессора потребовалось изменить газодинамические параметры компрессора на следующие параметры: производительность 1,55 млн.ст.м/сут, давление всасывания 0,75 МПа, давление нагнетания 11,7 МПа. При полностью открытой запорно-регулирующей аппаратуре автоколебания ротора не были зафиксированы. Усилие на упорный подшипник составило 1960 кгс, что соответствует допустимому значению, а температура упорный элементов превысила свои допустимые значения и составила 90°С. Для отладки параметров уменьшали расход в канале 20, постепенным закрытием запорно-регулирующей арматуры 17, при этом каждый раз делали необходимые замеры параметров. При расходе газа в канале 20, составившим 1,4 кг/с, автоколебания ротора отсутствовали, усилие на упорный подшипник составило 1690 кгс, что соответствует допустимому значению, температура упорных элементов составила 85°С, что также соответствует требованиям по пределу допустимых значений.