СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ ВАЛА КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для герметизации вращающихся валов в конструкциях центробежных компрессоров, в частности, в системах уплотнений газоперекачивающих агрегатов.
В процессе эксплуатации компрессоров, перекачивающих взрывоопасные газы, большую опасность представляет попадание атмосферного воздуха в закрытые объемы, так как при определенной (критической) концентрации кислород воздуха образует с возможными утечками транспортируемого газа смесь, которая может взорваться от малейшей искры. Поэтому при разработке данной полезной модели авторы стремились исключить возможность образования критической взрывоопасной смеси процессного газа с воздухом в камерах компрессора, камерах концевых уплотнений, в присоединенных к ним трубам и в помещениях компрессорной станции. Параллельно решались проблемы защиты концевых уплотнений вала компрессора от попадания масла из подшипникового узла и экономии расхода воздуха.
Уровень техники
Возрастающие требования к производительности и одновременно к безопасности современных компрессоров, предназначенных для перекачки природного газа и других пожароопасных и взрывоопасных газов, заставляют разработчиков совершенствовать системы уплотнений валов этих агрегатов.
Из описания к патенту на полезную модель RU 65992 U1, кл. F16J 15/34, опубл. 27.08.2007 г [1], известно уплотнение вала турбокомпрессора, содержащее аксиально-подвижное кольцо, установленное в корпусе, и вращающееся уплотнительное кольцо, установленное на валу, причем на торцевой уплотнительной поверхности одного из них выполнены напорные канавки. За счет совершенствования формы и отношений размерных параметров канавок в техническом решении [1] достигается повышение газодинамической напорности. Однако применение только одного такого узла газодинамического уплотнения оказывается недостаточным для обеспечения надежной герметизации вращающихся валов современных газоперекачивающих компрессоров, а следовательно, их безопасной работы.
Из описания изобретения к патенту RU 2133879 С 1, кл. F04D 29/10, F04D 17/12, опубл. 27.07.99 г [2], известна система уплотнений вала компрессора, включающая вал компрессора с установленными на его концах подшипниками и концевыми уплотнениями, в каждое из которых входит последовательно расположенные от рабочего колеса к подшипникам лабиринтное уплотнение и узел торцовых газодинамических уплотнений. В промежутках между уплотнениями расположены камеры. К каждому из концевых уплотнений подсоединены линия подачи газа в камеру, расположенную между лабиринтным уплотнением и узлом торцовых газодинамических уплотнений, и линия отвода утечек из узла торцовых газодинамических уплотнений. Линии подачи газа в камеры, расположенные между лабиринтными уплотнениями и узлами торцовых газодинамических уплотнений каждого из концевых уплотнений, соединены между собой и с нагнетательным патрубком компрессора. Конструкция уплотнения [2] не исключает возможность попадания воздуха в камеру, расположенную между второй ступенью торцевых газодинамических уплотнений и крайним лабиринтовым уплотнением, что может привести к взрыву в случае достижения критической величины отношения газ-кислород.
Из описания изобретения к патенту RU 2357106 С1, кл. F04D 29/10, опубл. 29.11.2007 г [3], известна система уплотнений вала компрессора, включающая вал компрессора с установленными на его концах подшипниками и концевыми уплотнениями, в каждое из которых входит последовательно расположенные от рабочего колеса к подшипникам лабиринтное уплотнение и узел торцовых газодинамических уплотнений. В промежутках между уплотнениями расположены камеры. К каждому из концевых уплотнений подсоединены линия подачи газа в камеру, расположенную между лабиринтным уплотнением и узлом торцовых газодинамических уплотнений, и линия отвода утечек из узла торцовых газодинамических уплотнений. Линии подачи газа в камеры, расположенные между лабиринтными уплотнениями и узлами торцовых газодинамических уплотнений каждого из концевых уплотнений, соединены между собой и с нагнетательным патрубком компрессора. При перекачке взрывоопасного газа в случае износа крайнего лабиринтового уплотнения не исключено попадание кислорода воздуха с образованием взрывоопасной смеси в линии (поз.20) отвода утечек и в помещении компрессорного цеха. Поэтому надежность работы технического решения [3] в отношении взрывоопасности может понизиться.
Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение безопасности работы компрессора при его использовании для перекачки взрывоопасного газа.
Упомянутый технический результат достигается в системе уплотнений вала компрессора, включающей вал компрессора с установленными на его концах подшипниками и концевыми уплотнениями, в каждое из которых входят последовательно расположенные от рабочего колеса компрессора к подшипникам лабиринтное уплотнение, узел торцовых газодинамических уплотнений и узел барьерных уплотнений, в промежутках между уплотнениями расположены камеры, к каждому из концевых уплотнений присоединены линия подачи газа в камеру, расположенную между лабиринтным уплотнением и узлом торцовых газодинамических уплотнений, линия подачи газа в узел барьерного уплотнения, линия отвода утечек из узла торцовых газодинамических уплотнений и линия отвода утечек из камеры, расположенной между узлом торцовых газодинамических уплотнений и узлом барьерных уплотнений, при этом линии подачи газа в камеры, расположенные между лабиринтными уплотнениями и узлами торцовых газодинамических уплотнений каждого из концевых уплотнений, соединены между собой и с нагнетательным патрубком компрессора и в них установлен, по меньшей мере, один газовый фильтр, линии подачи газа в узлы барьерных уплотнений соединены с источником газа, не образующего взрывоопасной смеси с процессным газом, линии отвода утечек из камер, расположенных между узлами торцовых газодинамических уплотнений и узлами барьерных уплотнений, имеют выход в атмосферу, а линии отвода утечек из узлов торцовых газодинамических уплотнений также имеют выход в атмосферу и снабжены узлами контроля утечек.
В частном случае выполнения предлагаемой полезной модели в качестве источника газа, не образующего взрывоопасной смеси с процессным газом, может быть использована установка для получения азота.
Кроме установки для получения азота может быть использована, например, установка для получения двуокиси углерода или другого газа с подобными свойствами.
Ниже в качестве примера приводится предпочтительный случай реализации предлагаемой полезной модели. Описание иллюстрируется чертежом, в котором использованы следующие цифровые обозначения узлов и деталей.
1. Вал компрессора.
2. Подшипники.
3. Концевые уплотнения.
4. Лабиринтные уплотнения.
5. Узлы торцовых газодинамических уплотнений.
6. Узлы барьерных уплотнений.
7. Линии подачи газа в камеры, расположенные между лабиринтными уплотнениями и узлами торцовых газодинамических уплотнений.
8. Линии подачи азота в узлы барьерных уплотнений.
9. Установка для получения азота.
10. Линии отвода утечек из узлов торцовых газодинамических уплотнений.
11. Линии отвода утечек из камер, расположенных между узлами торцовых газодинамических уплотнений и узлами барьерных уплотнений.
12. Нагнетательный патрубок компрессора.
13. Газовые фильтры.
14. Узлы регулирования подачи процессного газа.
15. Узлы регулирования подачи азота.
16. Узлы контроля утечек.
Как показано на прилагаемом чертеже, по концам вала 1 компрессора установлены подшипники 2 и концевые уплотнения 3. В состав каждого из концевых уплотнений 3 входит последовательно расположенные от рабочего колеса компрессора к подшипникам 2 лабиринтное уплотнение 4, узел 5 торцовых газодинамических уплотнений и узел 6 барьерных уплотнений. В качестве барьерных уплотнений могут быть использованы уплотнения из двух уплотнительных колец, выполненных из материала с низким коэффициентом трения. В промежутках между перечисленными уплотнениями расположены камеры. К каждому из концевых уплотнений 3 присоединены линия 7 подачи газа в камеру, расположенную между лабиринтным уплотнением 4 и узлом 5 торцовых газодинамических уплотнений, линия 8 подачи азота в узел 6 барьерных уплотнений, соединенная с источником 9 азота, линия 10 отвода утечек из узла 5 торцовых газодинамических уплотнений и линия 11 отвода утечек из камеры, расположенной между узлом 5 торцовых газодинамических уплотнений и узлом 6 барьерных уплотнений. Линии 7 подачи процессного газа в камеры, расположенные между лабиринтными уплотнениями 4 и узлами 5 торцовых газодинамических уплотнений каждого из концевых уплотнений 3, соединены между собой и с нагнетательным патрубком 12 компрессора и в них установлены газовые фильтры 13. Линии 8 подачи азота в узлы 6 барьерных уплотнений каждого из концевых уплотнений 3 соединены с установкой 9 для получения азота. В линиях 7 установлены газовые фильтры 13 и узлы 14 регулирования подачи процессного газа. В линиях 8 установлены узлы 15 регулирования подачи азота. В линиях 10 отвода утечек из узлов 5 торцовых газодинамических уплотнений установлены узлы 16 контроля утечек. Система имеет автоматизированный блок управления (на схеме не показан), связанный с узлами 14 и 15 регулирования подачи газов и узлами 16 контроля утечек, который интегрирован с общей системой управления работой компрессора.
Предлагаемая система уплотнений работает следующим образом.
Процессный газ из нагнетательного патрубка 12 компрессора по линиям 7 поступает в фильтры 13, а затем через узлы 14 регулирования подачи газа поступает в камеры, расположенные между лабиринтными уплотнениями 4 и узлами 5 торцовых газодинамических уплотнений, и далее в проточную часть компрессора. Часть процессного газа, проникающая через первую ступень узла 5 торцовых газодинамических уплотнений, попадает в линию 10 отвода утечек из этого узла. Одновременно в камерах, расположенных между узлами 5 торцовых газодинамических уплотнений и узлами 6 барьерных уплотнений, и в узлах барьерных уплотнений благодаря подаче по линиям 8 азота поддерживается давление, исключающее попадание воздуха в линии 10 и 11 отвода утечек. Необходимые соотношения газовых параметров обеспечиваются наличием в системе узлов 14 и 15 регулирования подачи газов, а также наличием узлов 16 контроля утечек, каждый из которых связан с автоматизированным блоком управления. В результате при реализации данного технического решения исключается проникание кислорода воздуха в линии 10 и 11 отвода утечек. Таким образом, достигается повышение безопасности работы компрессора при его использовании для перекачки взрывоопасного газа.