Способ газодинамического уплотнения

 

Использование: в уплотнениях валов лопаточных машин. Сущность изобретения: отвод газа из камеры сбора и утечек осуществляют отсосом с помощью компрессора. Камеру сбора утечек сообщают через редуктор-регулятор с коллектором низкого давления газа. Редуктор-регулятор обратной связью сообщен с рабочей полостью машины. В камеру подводят дополнительное количество газа низкого давления для поддержания в камере давления, равного атмосферному. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам уплотнения вала лопаточной машины, включающим различные конструктивные решения и уплотнительные элементы.

Наиболее совершенным и широко применяемым в настоящее время являются уплотнения "газ-масло" торцевого и других типов /1/.

Работа таких уплотнений основана на превышении давления масла в узле уплотнения над давлением газа, которое поддерживается с помощью специального регулятора. При этом некоторая часть уплотнительного масла попадает в газ, а затем в газоотделитель и снова участвует в процессе уплотнения. Для работы такой системы требуется насос, емкость и теплообменник, т.е. автономная система маслоподачи. На машинах большей мощности применение такой системы конечно приводит к усложнению конструкции, но не является определяющим. На машинах малой мощности 50 300 кВт традиционное уплотнение "газ-масло" настолько переусложняет конструкцию и обслуживание машины, что можно поставить вопрос о целесообразности ее применения.

Предлагаемый способ как и существующие предусматривает наличие узла уплотнения вала, содержащего камеру, из которой выходит вал через стенку, с наружной стороны которой находится в атмосферном воздухе, а с внутренней стороны находится уплотняющий агент.

Задача изобретения состоит в упрощении конструкции машин средней и большой мощности и создании высоконадежных и лопаточных машин малой мощности.

Технический результат достигается тем, что в качестве уплотняющего агента используется не дополнительный агент смазочное масло или другое вещество, а тот же самый газ, который сжимается или расширяется в лопаточной машине, но при давлении, равным атмосферному. Этим исключается возможность как утечки газа из машины, так и проникновение воздуха в технологический газ. Достигается это за счет того, что в специальную камеру, из которой выходит вал, постоянно при работе из машины подается до 5 7 технологического газа низкого давления через редуктор-регулятор для поддержания на выходе давления газа близким к атмосферному, а дополнительный компрессор постоянно отсасывает газ из камеры, сжимает его до давления на 0,05 МПа выше нижнего давления технологического газа в лопаточной машине. При таком газодинамическом способе на цель уплотнения используется определенная энергия, что безусловно несколько снижает энергетическую эффективность лопаточной машины, но существенно упрощается ее конструкция и обеспечивается высоконадежное уплотнение.

Применение газодинамического уплотнения открывает широкие возможности для создания высоконадежных лопаточных машин малой мощности и позволяет существенно упростить конструкцию машин средней и большой мощности.

Наиболее эффективно такое уплотнение может быть использовано например, при создании лопаточного пневмодвигателя, использующего энергию перепада давления природного газа на газораспределительных (ГРС) и компрессорных станциях (КС) для привода электрогенератора.

Это позволит использовать "бpосовую энергию, т.е. энергию, диссипируемую на дросселях ГРС и КС при затрате тепловой энергии на подогрев газа перед дросселированием, для выработки электрической энергии без расхода энергоресурсов и отрицательного воздействия на окружающую среду.

Располагаемая энергия для этих целей на ГРС и КС России составляет около 50 млрд. кВт часов в год, что эквивалентно 20 25 млн. тонн топлива.

Реализация предлагаемого способа газодинамического уплотнения вала лопаточной машины иллюстрируется чертежом.

Например, лопаточной машиной является турбодетандер. Коллектор 1 через задвижку 2 трубопроводом, оснащенным предохранительным клапаном 3, соединен с турбодетандером 4, вал которого через лабиринтное уплотнение 5 и камеру 6 сбора утечек через манжету 7 выходит наружу. Камера 6 соединена с компрессором 8, имеющим механическую связь с валом турбодетандера или газовую связь с коллектором высокого и низкого давления при применении эжектора. Кроме того, камера 6 трубопроводом, на котором установлен редуктор-регулятор 9, соединена с коллектором низкого давления 10, а редуктор-регулятор обратной газовой связью с рабочей полостью машины.

Предлагаемое уплотнение работает следующим образом.

Газ из коллектора высокого давления через задвижку 2 по трубопроводу, оборудованному предохранительным клапаном 3, поступает в турбодетандер 4, где срабатывается определенный перепад и развивается мощность на валу.

По зазору между валом и корпусом некоторая часть газа под сниженным давлением через лабиринтное уплотнение 5 поступает в камеру 6. На выходе вала из камеры 6 установлена уплотнительная манжета 7.

Суть предлагаемого способа уплотнения состоит в поддержании в камере 6 давления, равным атмосферному за счет отсоса из нее газа. Это осуществляется с помощью компрессора 8, который имеет привод от вала турбодетандера или газовую связь в случае применения эжектора. Для обеспечения соответствия количества газа, отсасываемого компрессора 8 из камеры 6, и поступления газа в нее /для поддержания давления, равного атмосферному/, кроме нерегулируемой протечки газа через лабиринтное уплотнение обеспечивается регулируемая подача газа из коллектора низкого давления 10 по трубопроводу через редуктор-регулятор 9 /например, мембранного типа/ с обратной газовой связью.

В качестве компрессора используется эжектор, подключенный к коллектору газа высокого давления для подвода рабочего газа сообщенный с камерой для отсоса утечек газа, а выход газа из эжектора соединен с коллектором газа низкого давления.

При увеличении давления уплотняемого газа можно осуществить ступенчатый отвод утечек. Это производят из нескольких, расположенных по ходу газа камер сбора утечек, с помощью последовательно включенных эжекторов. При этом каждый из эжекторов подключается к коллектору газа высокого давления для подвода рабочего газа, а выход первого по ходу эжектора сообщается с последующей камерой сбора утечек, из которой он отсасывается последующим эжектором.

Применение изобретения позволяет создать высоконадежные пневмодвигатели лопаточного типа турбодетандеры для привода электрогенератора и других энергопотребителей, использующих энергию давления природного газа.

Формула изобретения

1. Способ газодинамического уплотнения преимущественно лопаточной машины, включающий отвод газа по зазору между валом и корпусом машины и направление его в лабиринт для снижения его давления, подвод в камеру сбора утечек газа, отвод из этой камеры и уплотнение выхода вала из последней, отличающийся тем, что отвод газа из камеры сбора утечек осуществляют отсосом с помощью компрессора, а одновременно с этим камеру сбора утечек сообщают через редуктор-регулятор обратной газовой связью с рабочей полостью машины и осуществляют подвод в камеру дополнительного количества газа низкого давления для поддержания в камере давления, равного атмосферному.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компрессора используется эжектор, подключенный к коллектору газа высокого давления для подвода рабочего газа, сообщенный с камерой для отсоса утечек газа, а выход газа из эжектора соединен с коллектором газа низкого давления.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при увеличении давления уплотняемого газа осуществляют ступенчатый отвод утечек из нескольких, расположенных по ходу газа камер сбора утечек с помощью последовательно включенных эжекторов, каждый из которых подключен к коллектору газа высокого давления для подвода рабочего газа, а выход первого сообщен с последующей камерой сбора утечек, из которой он отсасывается последующим эжектором.

РИСУНКИ

Рисунок 1