Система уплотнения вала

Авторы патента:

МАТЕМАН Гезинус (NL)

F16J15/34 - со скользящим кольцом, прижимаемым к поверхности, приблизительно перпендикулярной продольной оси

Владельцы патента RU 2589417:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к устройству (DGSM) для уплотнения (SHS) вала турбомашины (CO), причем устройство (DGSM) для уплотнения вала с одного конца оси имеет сторону (HPS) высокого давления, а с другого конце оси - сторону низкого давления (LPS), содержащему роторную часть (RS), вращающуюся при работе, неподвижную статорную часть (CS), по меньшей мере одно сухое газовое уплотнение (DGS), причем в конце стороны (HPS) высокого давления устройства (DGSM) для уплотнения вала предусмотрено другое дополнительное уплотнение вала для герметизации промежуточного пространства (IR) при последовательной установке относительно сухого газового уплотнения (DGS), содержащее неподвижную и вращающуюся части уплотнения вала, причем расположенная посредине поверхность уплотнения вала, простирающаяся в направлении окружности и в аксиальном направлении, расположена между неподвижной и вращающейся частями уплотнения вала на пятом диаметре (DSS5) коаксиально оси (AX) вращения, причем между неподвижным уплотнительным элементом (SSE) и статорной частью (CS) для герметизации от первого перепада давлений на четвертом диаметре (DSS4) установлено четвертое стационарное уплотнение (SS4). Чтобы изменения в проскальзывании в случае сбоев в сухом газовом уплотнении не привели к повреждениям, величина четвертого диаметра (DSS4) относительно пятого диаметра (DSS5) должна составлять менее 10% пятого диаметра. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системе уплотнения вала турбомашины, простирающейся в аксиальном направлении вдоль оси вращения,

- причем система уплотнения вала с одного конца оси имеет сторону высокого давления, а с другого конца оси - сторону низкого давления, содержащая

- роторную часть, вращающуюся при работе,

- неподвижную статорную часть,

- по меньшей мере одно сухое газовое уплотнение, содержащее вращающийся уплотнительный элемент, установленный на роторной части, и неподвижный уплотнительный элемент, установленный на статорной части, для герметизации промежуточного пространства между роторной и статорной частями от первого перепада давлений,

- причем неподвижный и вращающийся уплотнительные элементы установлены друг против друга вдоль уплотнительной поверхности, простирающейся радиально и в направлении окружности,

- причем в конце стороны высокого давления устройства для уплотнения вала предусмотрено лабиринтное уплотнение для герметизации промежуточного пространства при последовательной установке относительно сухого газового уплотнения, содержащее неподвижную и вращающуюся части лабиринтного уплотнения,

- причем расположенная посредине поверхность лабиринтного уплотнения, простирающаяся в направлении окружности и в аксиальном направлении, расположена между неподвижной и вращающейся частями лабиринтного уплотнения на пятом диаметре коаксиально оси вращения,

- причем между неподвижным уплотнительным элементом и статорной частью для герметизации от первого перепада давлений на четвертом диаметре установлено четвертое стационарное уплотнение.

Сухие газовые уплотнения в качестве уплотнения вала в турбомашинах, например в турбокомпрессорах, пользуются все большим успехом. Сухими газовыми уплотнениями в смысле настоящего изобретения являются уплотнения вала, содержащие по меньшей мере два простирающихся вокруг вала в направлении окружности (относительно оси вращения) уплотнительных элемента, которые содержат по меньшей мере по одной обращенной к противолежащему элементу уплотнительной поверхности, с помощью которых сухое газовое уплотнение герметизирует промежуточное пространство между неподвижной частью, например корпусом, и вращающейся частью. Уплотнительные элементы с их кольцевыми уплотнительными поверхностями, как правило, противолежат друг другу в уплотнительной плоскости, простирающейся в направлении окружности и радиально. Один из уплотнительных элементов вращается с вращающейся частью, а другой уплотнительный элемент неподвижен относительно корпуса. По меньшей мере одна из уплотнительных поверхностей, обращенных друг к другу, содержит поверхностные выступы и/или впадины, которые во взаимодействии с уплотнительным газом обеспечивают создание на уплотнительных поверхностях газовой пленки между обоими уплотнительными элементами, так что сухое газовое уплотнение во время предусмотренного вращения работает между вращающимся и неподвижным уплотнительными элементами бесконтактно. Сухое газовое уплотнение для безвредной, или бесконтактной работы требует уплотнительного газа, по существу не содержащего никаких жидких составных частей. Впадины и выступы могут принимать различные формы и, предпочтительно, предусмотрены только на одной уплотнительной поверхности, предпочтительно, на уплотнительной поверхности вращающегося уплотнительного элемента. Для создания стабильной уплотнительной пленки уплотнительного газа между обеими уплотнительными поверхностями впадины могут быть выполнены, например, U-образными или «елочными», или Т-образными, или в виде спирали.

Решающие преимущества достигаются использованием сухих газовых уплотнений, например, на компрессорах, благодаря тому, что утечка относительно незначительна и не нужно никакого смазочного масла, как, например, в уплотнениях, работающих с жидкостями. На сухие газовые уплотнения со стороны высокого давления регулярно подается уплотнительный газ, причем незначительная утечка этого уплотнительного газа минует сухое газовое уплотнение со стороны высокого давления в сторону более низкого давления - сторону низкого давления, где, как правило, происходит эта утечка из отводящей линии в линию для вентилирования (Vent) или сжигания в факеле (Flare). Для сокращения расхода специально предварительно обработанного уплотнительного газа сухое газовое уплотнение обычно окружено другими уплотнениями для вала. В частности, со стороны высокого давления обычно находится лабиринтное уплотнение, сокращающее истечение уплотнительного газа в сторону, противоположную сухому газовому уплотнению. Со стороны высокого давления, как правило, находится технологический газ, находящийся в случае турбокомпрессора под высоким рабочим давлением. Чтобы держать потенциально загрязненный технологический газ подальше от чувствительного сухого газового уплотнения, уплотнительный газ по сравнению с этим технологическим газом должен обладать избыточным давлением.

Исходя из описанного уровня техники, изобретение поставило перед собой задачу, чтобы повреждение сухого газового уплотнения имело самые минимальный последствия для проскальзывания у ротора, вал которого уплотняется сухим газовым уплотнением.

Решение этой вышеназванной задачи предлагается изобретением с помощью системы (устройства) уплотнения вала для уплотнения вала вышеопределенного типа с помощью дополнительных признаков отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения содержат предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения.

В области понятий изобретения осью вращения является центральная ось устройства для уплотнения вала, именуемая осью вращения потому, что в случае сухого газового уплотнения устройства для уплотнения вала речь идет об уплотнении вала, естественно окружающем вал, вращающийся при работе. Все данные, без дальнейших пояснений входящие в область понятий такого кругового движения, как, например, аксиальный, радиальный, в направлении окружности, диаметр, относятся к оси вращения как к центру вращательного движения.

Кроме того, область понятий различает два принципиально разных типа, а именно уплотнение для вала, герметизирующее два конструктивных элемента, находящихся в движении относительно друг друга, и стационарное уплотнение, герметизирующее два конструктивных элемента, находящихся в покое относительно друг друга.

Со ссылкой на уплотнение для вала согласно изобретению различают понятия стороны высокого и низкого давления, что, другими словами, означает, что уплотнение вала вопреки перепаду давлений предотвращает или сокращает переливание одной жидкой среды в другую со стороны более высокого давления в сторону более низкого давления и, соответственно, поддерживает перепад давлений.

Изобретение раскрывает особые преимущества при перепаде давлений в устройстве для уплотнения вала, превышающем 200 бар. В этом случае, в частности, целесообразно, чтобы уплотнительная поверхность, простирающаяся в направлении окружности и в аксиальном направлении, между неподвижной частью лабиринтного уплотнения на пятом диаметре коаксиально оси вращения, по существу, была идентична четвертому диаметру, на котором находится четвертое стационарное уплотнение между частью статора и неподвижным уплотнительным элементом сухого газового уплотнения, поскольку большее отклонение от этого геометрического требования может вызвать большие усилия на аксиальном подшипнике, если сухое газовое уплотнение обнаружит дефект. Предпочтительно, разница между четвертым и пятым диаметрами составляет менее 10% пятого диаметра.

Способом согласно изобретению в случае повреждения сухого газового уплотнения устройства для уплотнения вала согласно изобретению осуществляется лишь относительно незначительное изменение проскальзывания на валу турбомашины, поскольку диаметры, на которых различные давления, различающиеся перепадом давлений в сухом газовом уплотнении, прилегают к ротору, при уменьшении перепада давлений в сухом газовом уплотнении даже не отличаются от случая уменьшения перепада давлений на подсоединенном лабиринтном уплотнении.

В частности, у компрессора с сухим газовым уплотнением, понижающим перепад давлений с более чем 200 бар и находящимся в нормальном рабочем состоянии, аксиальный подшипник, как правило, не в состоянии выдержать изменения проскальзывания, если сухое газовое уплотнение имеет повреждение и из этого при невыполнении вышеопределенного критерия в отношении диаметра вытекает изменение проскальзывания вала.

Чтобы уплотнительные элементы сухого газового уплотнения устройства для уплотнения вала не подвергались никаким ненужным высоким давлениям, устанавливающим необходимую геометрию для образования смазочной пленки, обеспечивающей отсутствие контакта между уплотнительными поверхностями, целесообразно, чтобы между роторной частью и вращающимся уплотнительным элементом на третьем диаметре было установлено третье стационарное уплотнение и чтобы третий диаметр отличался от четвертого диаметра не более чем на 10% четвертого диаметра.

Вариант осуществления согласно изобретению особенно предпочтителен в случае устройств для уплотнения вала, в которых неподвижный уплотнительный элемент сухого газового уплотнения герметизирован от статорной части посредством четвертого стационарного уплотнения на четвертом диаметре, а расположенная посредине поверхность лабиринтного уплотнения, простирающаяся в направлении окружности и в аксиальном направлении, установлена между неподвижной и вращающейся частями лабиринтного уплотнения на пятом диаметре коаксиально оси вращения, причем пятый диаметр меньше или равен четвертому диаметру.

Другой задачей является уменьшение сложности турбомашины, содержащей устройство для уплотнения вала вышеописанного типа, причем монтаж такой турбомашины может быть упрощен, а потребность в месте для устройства для уплотнения вала может быть сокращена.

Уже упомянутую выше статорную часть следует понимать как неподвижный конструктивный элемент, являющийся опорой конструктивных элементов по меньшей мере сухого газового уплотнения устройства для уплотнения вала.

Статорная часть, предпочтительно, выполнена в виде статорной гильзы устройства для уплотнения вала, вставляемой в выемку статора, предпочтительно, выполненного в качестве корпуса турбомашины. При этом речь может идти также о конструктивных элементах, соединенных с корпусом, так что предусмотрена опосредованная связь статорной части с корпусом турбомашины. Во всяком случае статорная часть в одном из вариантов осуществления изобретения в качестве статорной гильзы пригодна для сведения конструктивных элементов устройства для уплотнения вала в единый блок, так чтобы в случае устройства для уплотнения вала речь шла о самом по себе подвижном модуле, устанавливаемом в рамках монтажа на валу ротора как единое целое. Предпочтительно, устройство для уплотнения вала согласно изобретению сначала устанавливается на валу, а затем вместе с валом вводится, например, в горшкообразный корпус (barrel-type-casing) или в нижнюю половину корпуса и крепится в корпусе.

Особые преимущества вытекают из формы выполнения устройства для уплотнения вала со статорной и роторной гильзами, которые обе являются соответствующими опорами лабиринтного уплотнения в результате уменьшения сложности благодаря сокращению числа деталей турбомашины, поскольку лабиринтное уплотнение, прилегающее к сухому газовому уплотнению устройства для уплотнения вала, является тем самым составной частью устройства для уплотнения вала. Преимущество упрощения, в частности, в рамках монтажа, является значимым, поскольку на валу приходится устанавливать лишь один отдельный модуль, а сложные работы по выверке ротора для устройства для уплотнения вала и для установленной отдельно от него прокладки лабиринтного уплотнения сильно упрощаются или частично отпадают. В уровне техники приходилось выполнять требующие больших затрат времени и частично сложные выверки относительно друг друга, в частности таких конструктивных элементов, как ротор, сухое газовое уплотнение, лабиринтное уплотнение или корпус. Кроме того, благодаря комбинации лабиринтного уплотнения с сухим газовым уплотнением в предпочтительном устройстве для уплотнения вала можно уменьшить монтажное пространство для уплотнения вала турбомашины, в частности, поскольку лабиринтное уплотнение не требует больше собственного закрепления на корпусе, а закреплено с устройством для уплотнения вала прямо на корпусе. Эта экономия места ведет, в частности, к меньшей потребности в аксиальном монтажном пространстве, что обеспечивает уменьшение необходимой длины вала ротора, из чего вытекают решающие преимущества, связанные с динамикой ротора, в частности, амплитуды колебаний становятся меньше, а возможные резонансные частоты вследствие жесткого крепления выгодным образом повышаются. При в остальном одинаковых рабочих параметрах турбомашины это обеспечивает уменьшение диаметра вала, так что при полагаемой одинаковой потребности в радиальном люфте с помощью уплотнения вала необходимо уплотнять меньшую поверхность, так что потенциально появляется лишь небольшая утечка и коэффициент полезного действия турбомашины возрастает.

В качестве самого крайнего аксиального уплотнения вала со стороны высокого давления целесообразно устанавливать лабиринтное уплотнение, так чтобы никакие загрязнения со стороны высокого давления гарантированно не могли беспрепятственно попасть в сухое газовое уплотнение устройства для уплотнения вала. Целесообразно снабжать устройство для уплотнения вала на статорной части вторым стационарным уплотнением, так чтобы статорная часть вставлялась в выемку статора уплотняющим образом. Кроме того, стационарным уплотнением целесообразно снабжать роторную часть, так чтобы роторная часть устанавливалась на валу ротора уплотняющим образом. Предпочтительно, вал ротора можно снабжать уступом, на котором роторная часть соприкасается с аксиальной контактной поверхностью. В случае, например, со стационарными уплотнениями между валом и роторной частью или между выемкой статора и статорной частью речь идет об уплотнениях с V-образным поперечным сечением (PTFE Cup seals), расширяющимся под действием перепада давлений таким образом, чтобы поддержать фитильный эффект.

Изобретение относится не только к устройству для уплотнения вала, но и к турбомашине, содержащей устройство для уплотнения вала согласно изобретению, по меньшей мере к корпусу и к ротору с валом.

Целесообразно, чтобы предпочтительный усовершенствованный вариант изобретения содержал подводящую линию для подачи уплотнительного газа между лабиринтным и сухим газовым уплотнениями устройства для уплотнения вала в аксиальное промежуточное пространство, так чтобы лабиринтное уплотнение уменьшало выход предварительно обработанного и чистого уплотнительного газа в направлении стороны высокого давления и чтобы в сухое газовое уплотнение подавался только чистый уплотнительный газ. Для этого целесообразно, чтобы уплотнительный газ по сравнению с технологическим газом по ту сторону от лабиринтного уплотнения на стороне высокого давления находился под избыточным давлением, так чтобы никакая часть технологического газа не могла достичь сухого газового уплотнения. Со стороны низкого давления сухого газового уплотнения целесообразно предусмотреть уплотнительную отводящую линию, при необходимости подающую чистый уплотнительный газ в качестве смеси с находящимся на стороне низкого давления другим газом на предварительную обработку уплотнительного газа или на сжигание в факеле.

Предпочтительную форму выполнения неподвижной и вращающейся частей лабиринтного уплотнения как деталей статорной или роторной частей следует понимать таким образом, что охвачена также по меньшей мере частично монолитная форма выполнения обоих этих соответствующих конструктивных элементов. Как вращающаяся, так и неподвижная части лабиринтного уплотнения могут иметь острия, причем речь может идти об истинном лабиринте или о виде лабиринта в просвете. Под жесткой установкой частей лабиринтного уплотнения согласно изобретению при необходимости на выполненных в виде гильз статорной и роторной частях следует понимать разъемное крепление, которое может быть предусмотрено альтернативно по меньшей мере частично монолитной форме выполнения.

Ниже изобретение более подробно поясняется со ссылкой на чертежи, причем для специалиста, в частности, из любой комбинации пунктов формулы изобретения вытекают возможности осуществления изобретения, отличающиеся от примеров выполнения.

На фиг.1-3 изображен соответствующий продольный разрез устройства для уплотнения вала согласно изобретению.

В следующем описании идентичные конструктивные элементы или конструктивные элементы с идентичными функциями обозначены одинаковыми позициями. Выражения типа аксиальный, радиальный, направление по окружности, диаметр и радиус относятся к оси АХ вращения, являющейся центральной осью устройства DGSM для уплотнения вала. Устройство DGSM для уплотнения вала, изображенное на фиг.1 и 2, содержит статорную часть CS и роторную часть RS, а также сухое газовое уплотнение DGS и лабиринтное уплотнение LS. Роторная часть RS устройства DGSM для уплотнения вала посредством второго стационарного уплотнения STS2 уплотняющим образом установлена на диаметре DSS2 на валу SH ротора R. Вал SH точно так же является опорой по меньшей мере одного не показанного рабочего колеса турбомашины СО, выполненной более подробно не показанным способом в качестве центробежного компрессора.

Статорная часть CS посредством первого стационарного уплотнения STS1 уплотняющим образом вставлена на первом диаметре DSS1 в выемку CR статора. Первое стационарное уплотнение STS1 и второе стационарное STS2 имеют V-образный профиль, установленный в соответствующем простирающемся в направлении окружности уплотнительном пазу таким образом, чтобы V-образный профиль расширялся, если на стационарное уплотнение подается давление со стороны HPS высокого давления. Устройство DGSM для уплотнения вала имеет аксиальную сторону HPS высокого давления и аксиальную сторону LPS низкого давления, причем сторона HPS высокого давления подвержена воздействию технологического газа PG, находящегося по сравнению со стороной LPS низкого давления под избыточным давлением. Статорная часть CS напротив выемки CR статора дополнительно уплотнена круглым кольцевым уплотнением. Устройство DGSM для уплотнения вала на фиг.1, 2, 3 является составной частью не полностью изображенного уплотнения SHS вала.

Промежуточное пространство IR между статорной частью CS и роторной частью RS уплотнено посредством сухого газового уплотнения DGS с одной стороны и последовательно с ним посредством лабиринтного уплотнения LS с другой стороны. При этом сухое газовое уплотнение DGS служит для основного сокращения перепада давлений между стороной HPS высокого давления и стороной LPS низкого давления. Между сухим газовым уплотнением DGS и лабиринтным уплотнением LS предусмотрена подводящая линия SGS для особо чистого уплотнительного газа SG. При этом функцией лабиринтного уплотнения LS является уменьшение выхода уплотнительного газа SG в направлении стороны высокого давления, т.е. в потенциально загрязненный и химически агрессивный технологический газ PG. Поэтому в сухое газовое уплотнение DGS со стороны высокого давления подается только чистый и сухой уплотнительный газ SG, обнаруживающий по сравнению с технологическим газом PG избыточное давление. Со стороны LPS низкого давления сухого газового уплотнения DGS предусмотрена отводящая линия SGE для уплотнительного газа с лишь незначительной утечкой, ведущая на не показанную вентиляцию (Vent) или, предпочтительно, на сжигание в факеле.

Сухое газовое уплотнение DGS содержит вращающийся уплотнительный элемент RSE и неподвижный уплотнительный элемент SSE, противолежащие соответствующими уплотнительными поверхностями на общей уплотнительной поверхности DGSSS сухого газового уплотнения. Вращающийся уплотнительный элемент RSE от перепада давлений уплотнен относительно вращающейся части RS посредством третьего стационарного уплотнения SS3, простирающегося на третьем диаметре DSS3 в направлении окружности. Статорная часть CS содержит упругий элемент ЕЕ, который посредством направляющей GD и поршня РТ подпирает неподвижный уплотнительный элемент SSE относительно вращающегося уплотнительного элемента RSE. Неподвижный уплотнительный элемент SSE от перепада давлений уплотнен относительно поршня РТ посредством четвертого стационарного уплотнения SS4 на четвертом диаметре DSS4. В области понятий изобретения упругий элемент ЕЕ и поршень РТ, а также направляющая GD относятся к статорной части CS.

Лабиринтное уплотнение LS содержит неподвижную часть SLSM лабиринтного уплотнения и вращающуюся часть RLSM лабиринтного уплотнения, противолежащие друг другу на поверхности LSS лабиринтного уплотнения, расположенной посредине и простирающейся по оси и в направлении окружности, причем поверхность LSS, расположенная посредине, в направлении окружности простирается на пятом диаметре. Под поверхностью лабиринтного уплотнения следует понимать поверхность, простирающуюся по оси и в направлении окружности вдоль постоянного пятого диаметра DSS5, причем пятый диаметр является результатом отнесенного к единице поверхности окружности взвешенного усреднения наружного диаметра со стороны высокого давления, внутреннего диаметра со стороны высокого давления, наружного диаметра со стороны низкого давления, внутреннего диаметра отверстия лабиринтного уплотнения LS со стороны низкого давления.

Вращающийся уплотнительный элемент RSE установлен напротив неподвижного уплотнительного элемента SSE на поверхности DGSSS сухого газового уплотнения с вращающейся уплотнительной поверхностью DGSRS, снабженной, предпочтительно, клиновидными и/или спиральными выступами и впадинами. Неподвижный уплотнительный элемент SSE имеет на неподвижной уплотнительной поверхности DGSTS, обращенной к поверхности DGSSS сухого газового уплотнения, и подогнан к форме выполнения противолежащей вращающейся уплотнительной поверхности DGSRS таким образом, чтобы была обеспечена бесконтактная работа сухого газового уплотнения DGS с образованием соответствующей смазочной пленки уплотнительного газа SG.

Согласно изобретению во всех трех примерах выполнения особая предрасположенность к использованию высокого давления существует при перепадах давлений порядка 200 бар. Поверхность LSS лабиринтного уплотнения на пятом, по существу идентичном диаметре DSS5, ведет себя как четвертое стационарное уплотнение SS4 между роторной частью RS и вращающимся уплотнительным элементом RSE, т.е. разница между пятым диаметром DSS5 и четвертым диаметром DSS4, составляя менее 10% пятого диаметра, имеется.

Кроме того, для минимизации механической нагрузки на уплотнительные элементы сухого газового уплотнения DGS разница между третьим диаметром DSS3 и четвертым диаметром DSS4 составляет менее 10% третьего диаметра DSS3 или альтернативно менее 10% четвертого диаметра DSS4. При этом решающей является соответствующая близость пятого DSS5, четвертого DSS4 и третьего DSS3 диаметров, причем близость пятого диаметра DSS5 с четвертым диаметром DSS4 является приоритетной.

На фиг.1 изображена форма выполнения устройства DGSM для уплотнения вала, в котором сухое газовое уплотнение DGS, содержащее статорную часть CS и роторную часть RS, устанавливается на валу. По существу, независимо от этого вращающийся элемент RLSM лабиринтного уплотнения выполнен в виде уступа на валу, примыкающего к участку вала, на котором установлена роторная часть RS. Стационарная часть CS лабиринтного уплотнения SLSM жестко соединена с уступом на выемке CR статора и, соответственно, только опосредованно со статорной частью CS.

На фиг.2, в частности, в качестве решения с помощью дооборудования, изображена соответствующая форма выполнения устройства DGSM для уплотнения вала согласно изобретению. Лабиринтное уплотнение LS, при известных условиях первоначально не установленное с конфигурацией диаметров согласно изобретению, сопоставимо с неподвижной частью SLSM лабиринтного уплотнения, закрепленной на фиг.1 на уступе выемки CR статора. Вращающаяся часть уплотнения RLSM вала выполнена в виде гильзы SL, увеличивающей диаметр вала, которая специально рассчитана таким образом, чтобы параметры диаметров согласно изобретению имели место у сухого газового уплотнения DGS и лабиринтного уплотнения LS. Подобная конфигурация представляет интерес не только в качестве решения с помощью дооборудования, а предпочтительна также постольку, поскольку диаметр уплотнения сухого газового устройства DGS, увеличенный с обеих сторон относительно окружающего вала SH, в частности, четвертый диаметр DSS4, конструктивно не обязательно должен приводить к большому уступу на валу SH, который, в свою очередь, чтобы ротор R был сопрягаемым, требует больших диаметров рабочего колеса. Вместо этого в качестве вращающегося уплотнительного элемента RLSM лабиринтного уплотнения LS предусмотрена гильза SL, увеличивающая диаметр вала SH в области лабиринтного уплотнения LS. Увеличение посредством этой гильзы SL может гибко подстраиваться под остальные конструктивные данности турбомашины.

Дополнительно, как это показано на фиг.1-3, возможно, чтобы обтекаемый контур IMP имел вблизи вала выемку RC, в которой располагался бы аксиальный участок устройства DGSM для уплотнения вала. Таким образом в интересах динамики ротора укорачивается вал SH, так что принимаемые во внимание колебания становятся меньше, а радиальные люфты на пользу увеличения коэффициента полезного действия могут рассчитываться меньшими.

В форме выполнения, изображенной на фиг.3, если вращающаяся часть RLSM и неподвижная часть SLSM лабиринтного уплотнения LS являются постоянным составным элементом роторной части RS или статорной части CS или если они установлены на них на постоянной основе, то дополнительно экономится аксиальное монтажное пространство.

Такая одномодульная конструкция дополнительно экономит затраты на монтаж и выверку во время монтажа, поскольку такого рода монолитное устройство DGSM для уплотнения вала само по себе может быть выверено уже заранее.

1. Система (DGSM) уплотнения вала для уплотнения (SHS) вала турбомашины (СО), которая проходит в аксиальном направлении вдоль оси (АХ) вращения,
причем система (DGSM) на одном осевом конце имеет сторону (HPS) высокого давления, а на другом осевом конце - сторону (LPS) низкого давления, содержащая
- роторную часть (RS), вращающуюся при работе,
- неподвижную статорную часть (CS),
- по меньшей мере одно сухое газовое уплотнение (DGS), содержащее вращающийся уплотнительный элемент (RSE), установленный на роторной части (RS), и неподвижный уплотнительный элемент (SSE), установленный на статорной части (CS), для герметизации промежуточного пространства (IR) между роторной частью (RS) и статорной частью (CS) от первого перепада давлений,
причем неподвижный уплотнительный элемент (SSE) и вращающийся уплотнительный элемент (RSE) установлены друг против друга вдоль уплотнительной поверхности, проходящей радиально и в окружном направлении,
причем на конце стороны (HPS) высокого давления системы (DGSM) уплотнения вала предусмотрено другое дополнительное уплотнение вала для герметизации промежуточного пространства (IR) при последовательной установке относительно сухого газового уплотнения (DGS), содержащее неподвижную и вращающуюся части уплотнения вала,
причем расположенная посредине поверхность уплотнения вала, проходящая в окружном направлении и в аксиальном направлении, расположена между неподвижной и вращающейся частями уплотнения вала на пятом диаметре (DSS5) коаксиально оси (АХ) вращения,
причем между неподвижным уплотнительным элементом (SSE) и статорной частью (CS) для герметизации от первого перепада давлений на четвертом диаметре (DSS4) установлено четвертое стационарное уплотнение (SS4),
отличающаяся тем, что величина разности четвертого диаметра (DSS4) относительно пятого диаметра (DSS5) составляет менее 10% пятого диаметра.

2. Система (DGSM) по п. 1, причем другим дополнительным уплотнением вала является лабиринтное уплотнение (LS), причем неподвижной частью уплотнения вала является неподвижная часть (SLSM) лабиринтного уплотнения, причем вращающейся частью уплотнения вала является вращающаяся часть (RLSM) лабиринтного уплотнения, причем расположенной посредине поверхностью уплотнения вала является поверхность (LSS) лабиринтного уплотнения.

3. Система (DGSM) по п. 1 или 2, причем неподвижной частью (SLSM) лабиринтного уплотнения является часть статорной части (CS) или она неподвижно установлена на последней, и причем вращающейся частью (RLSM) лабиринтного уплотнения является часть роторной части (RS) или она неподвижно установлена на последней.

4. Система (DGSM) по п. 1, причем статорная часть (CS) образована первым стационарным уплотнением (STS1) так, что оно может вставляться в выемку (CR) статора уплотняющим образом и/или роторная часть (RS) образована вторым стационарным уплотнением (STS2) так, что оно может устанавливаться на валу (SH) уплотняющим образом.

5. Система (DGSM) по п. 2, причем лабиринтным уплотнением (SLS) является крайнее аксиальное уплотнение системы (DGSM) уплотнения вала со стороны (HPS) высокого давления.

6. Система (DGSM) по п. 2, причем промежуточное пространство (IR) аксиально между лабиринтным уплотнением (LS) и сухим газовым уплотнением (DGS) содержит подводящую линию (SGS) для подачи уплотнительного газа (SG) между лабиринтным уплотнением (LS) и сухим газовым уплотнением (DGS), причем система (DGSM) уплотнения вала со стороны сухого газового уплотнения (DGS), обращенной к стороне (LPS) низкого давления, содержит отводящую линию (SGE) для отвода уплотнительного газа (SG), прошедшего через сухое газовое уплотнение (DGS).

7. Система (DGSM) по п. 1, причем роторная часть (RS) выполнена в виде роторной гильзы таким образом, чтобы она устанавливалась на валу (SH) ротора (R), проходящего вдоль оси (АХ) вращения.

8. Система (DGSM) по п. 1, причем статорная часть (CS) выполнена в виде статорной гильзы таким образом, чтобы она вставлялась в выемку (CR) статора.

Похожие патенты:

Вставка уплотнения вала // 2589415

Изобретение касается вставки (DGSM) уплотнения для уплотнения (SHS) вала турбомашины (CO), которое распространяется в осевом направлении по оси (AX) вращения, включающей в себя роторную часть (RS), которая выполнена таким образом, что она может устанавливаться на валу (SH) распространяющегося по оси (AX) вращения ротора (R), статорную часть (CS), которая выполнена таким образом, что она может вставляться в выемку (CR) статора, включающей в себя по меньшей мере одно сухое газовое уплотнение (DGS), которое имеет установленный на роторной части (RS) вращающийся уплотнительный элемент (RSE) и установленный на статорной части (CS) неподвижный уплотнительный элемент (SSE) для уплотнения промежуточного пространства (IR).

Опорно-уплотнительный узел // 2568370

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к уплотнительной технике, и может быть использовано в конструкциях быстроходных компрессоров, газовых и паровых турбин, насосов и других центробежных машин.

Торцевое уплотнение вращающегося вала // 2561815

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве уплотнения вращающихся валов различных механизмов. Торцевое уплотнение вращающегося вала содержит седло с отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал, уплотнительное кольцо, установленное с возможностью его возвратно-поступательного перемещения вдоль вала, эластичное кольцевое уплотнение и средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу вдоль вала.

Разрезная уплотнительная сборка и способ ее установки // 2556729

Группа изобретений относится к уплотнительной технике. Разрезная механическая торцевая уплотнительная сборка содержит разрезную сальниковую плиту в сборе, разрезное стыковочное уплотнительное кольцо в сборе, разрезное главное уплотнительное кольцо в сборе и разрезную поджимающую сборку.

Насосный агрегат с устройством контроля герметичности двойного торцового уплотнения с перепускной трубкой // 2555781

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для насосов, перекачивающих жидкости, в том числе взрывопожарные среды с присутствием абразивных механических примесей.

Уплотнение вала // 2540209

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано на надводных судах и подводных объектах для уплотнения валов движительных установок, а также в машиностроении в качестве уплотнения вращающихся валов насосов, работающих, прежде всего в импульсных режимах с длительной готовностью в режиме ожидания.

Уплотнительное устройство для насоса // 2534253

Изобретение относится к уплотнительной технике. Устройство (1) для уплотнения насоса электростанции содержит корпус насоса, включающий в себя первый и второй трубопроводы для прохождения текучей среды, вал, включающий в себя, рядом с корпусом насоса, первый канал для текучей среды, механическое уплотнение, вмонтированное между валом и корпусом насоса и содержащее фрикционные элементы для трения друг о друга вращающейся детали и стационарной детали.

Кольцо скольжения низкого трения, имеющее экономичное алмазное покрытие // 2531486

Изобретение относится к уплотнительному кольцу для механического уплотнения, содержащему базовое тело (2) с алмазным слоем (3), который нанесен на базовое тело (2) и выполнен в качестве поверхности скольжения, в котором алмазный слой (3) имеет толщину (D), которая меньше или равна 4 мкм, в частности меньше или равна 3 мкм, в частности меньше или равна 2 мкм, особо предпочтительно около 1 мкм, и в котором базовое тело (2) не содержит трещин или содержит только трещины, которые имеют максимальное продольное удлинение (L) на поверхности базового тела (2) или в базовом теле (2), меньшее или равное 5 мкм.

Уплотнения в сборе // 2529299

Изобретение относится к уплотнительной технике. Уплотнительный узел содержит первое уплотняющее кольцо с уплотнением, связанное с первым из компонентов без вращения и с возможностью ограниченного перемещения по оси, второе уплотняющее кольцо связано соосно с первым уплотняющим кольцом.

Торцевое уплотнение ротора турбомашины // 2525378

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей газотурбинных двигателей и энергетических установок. Техническим результатом является упрощение конструкции уплотнения и повышение его надежности при работе за счет снижения степени износа графитового кольца.

Уплотнение масляной полости опоры ротора турбомашины // 2593575

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения масляной полости опоры ротора турбомашины. Уплотнение содержит радиально-торцовое контактное уплотнение, состоящее из корпуса, образующего масляную полость опоры ротора, закрепленного на корпусе опоры, вращающуюся втулку, два разрезных уплотнительных кольца, установленных в корпусе встык друг к другу с натягом по цилиндрическим поверхностям колец так, что разрезы уплотнительных колец расположены диаметрально противоположно, и лабиринтное уплотнение, уплотняющее предмасляную полость опоры ротора, образованное лабиринтным кольцом, закрепленным на роторе, и корпусом. Причем второе разрезное уплотнительное кольцо установлено концентрично с натягом внутри первого разрезного уплотнительного кольца, до упора в первое кольцо его свободной консольной части, по которой оно контактирует с корпусом. Разрезные уплотнительные кольца прижаты к корпусу упругими силами этих колец и давлением воздуха в предмасляной полости опоры ротора, а к друг другу и торцовой поверхности втулки - давлением воздуха. Фланец втулки выполнен с отбортовкой, образующей кольцевую ванну, заполненную маслом. Во фланце выполнены равнораспределенные по окружности сквозные отверстия, через которые под действием центробежных сил масло из ванны поступает на смазку контактных поверхностей втулки и разрезного уплотнительного кольца и равномерно размазывается по этим поверхностям вращающейся втулкой. В торец первого уплотнительного кольца запрессован штифт, входящий с зазором в глухое отверстие во втором разрезном уплотнительном кольце. Величина зазора в разрезах уплотнительных колец и величина натяга между разрезными уплотнительными кольцами и корпусом выбраны такими, чтобы при отсутствии избыточного давления воздуха в предмасляной полости опоры ротора и температуре окружающей среды не происходил проворот разрезных уплотнительных колец относительно корпуса, а при максимальной рабочей температуре в опоре зазор в разрезах либо полностью. Изобретение повышает надежность устройства. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины // 2595315

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей опор роторов газотурбинных двигателей и энергетических установок. Предложено торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины, содержащее невращающееся подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо, прижатое пружинами к вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены газодинамические камеры, а также вторичное уплотнение, отличающееся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из одного износостойкого материала с высокой теплопроводностью, а вторичное уплотнение выполнено в виде цельного кольца, которое установлено в расточке корпуса и контактирует торцами с двумя дополнительными кольцами, установленными в той же расточке и выполненными из материала с малой теплопроводностью. Предложен еще один вариант конструкции торцового газодинамического уплотнения опоры ротора турбомашины, отличающийся тем, что вторичное уплотнение и уплотнительное кольцо изготовлены из бронзы БрС30. Тепловыделение в паре трения из-за низкого значения коэффициента трения незначительно, деформации колец исключаются, и изнашивания пары трения не происходит. Это обеспечивает упрощение конструкции уплотнения, исключение разгерметизации вторичного уплотнения как при смене температурного режима, так и при повышенных температурах уплотняемой среды, снижение степени изнашивания вторичного уплотнения, повышение его надежности при работе и, как следствие, повышение эффективности и срока службы заявленного торцового уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для перекачивания текучей среды // 2597719

Изобретение относится к скользящему кольцевому уплотнению для устройств, используемых для перекачивания текучих сред, таких как жидкость, газ или их смеси с твердыми частицами, в частности для вентиляторов и насосов, а также для аксиального уплотнения валов других устройств. Скользящее кольцевое уплотнение содержит первую вращающуюся трущуюся поверхность (1), имеющую первый диаметр и приспособленную для вращения вместе с вращающимся перекачивающим средством (18), и вторую вращающуюся трущуюся поверхность (6), имеющую второй диаметр и приспособленную для вращения вместе с вращающимся перекачивающим средством (18). Первая неподвижная трущаяся поверхность (2) расположена около первой вращающейся трущейся поверхности (1) и прикреплена к неподвижной структуре, и вторая неподвижная трущаяся поверхность (7) расположена рядом с второй вращающейся трущейся поверхностью (6) и прикреплена к неподвижной структуре. Диаметр второй неподвижной трущейся поверхности (6) больше диаметра первой вращающейся трущейся поверхности (1), и данные трущиеся поверхности (1, 6) расположены относительно вращающегося вала (19) так, что вторая трущаяся поверхность (6) расположена дальше от центральной оси вращающегося вала (19), чем упомянутая первая поверхность, и упомянутые неподвижные трущиеся поверхности расположены рядом с упомянутыми вращающимися трущимися поверхностями. Изобретение повышает надежность устройства. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины // 2598966

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к уплотнениям масляных полостей опор роторов газотурбинных двигателей и энергетических установок. Торцовое газодинамическое уплотнение опоры ротора турбомашины содержит невращающееся подвижное в осевом направлении уплотнительное кольцо первичного уплотнения, прижатое пружинами или пружиной к вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены спиральные газодинамические камеры, и вторичное уплотнение, выполненное в виде уплотнительного разрезного кольца, установленного в канавке корпуса вместе с контактирующими с ним по торцам двумя дополнительными уплотнительными кольцами и промежуточным кольцом. Весь пакет вторичного уплотнения фиксируется разрезным упругим кольцом. Уплотнительное кольцо первичного уплотнения установлено в корпусе и фиксируется от проворота за счет наличия на его наружной поверхности выступа и фиксируется упругим разрезным кольцом от выпадания при монтаже из-за действия пружины. Это уплотнительное кольцо и контактирующее с ним с натягом по цилиндрической наружной поверхности уплотнительное разрезное кольцо вторичного уплотнения выполнены из одного износостойкого материала с малым коэффициентом трения скольжения в паре со сталью и с высокой теплопроводностью, предпочтительно из бронзы БрС30. Причем уплотнительное разрезное кольцо вторичного уплотнения изготовлено с радиальным разрезом с шириной более 100 мкм и ширина разреза выполнена такой, чтобы при требуемой величине натяга между этими уплотнительными кольцами обеспечивалась герметичность всех стыков на всех режимах работы турбомашины и отсутствие непосредственного контакта уплотнительного кольца первичного уплотнения с вращающейся втулкой, а зазор в разрезе уплотнительного кольца вторичного уплотнения оставался полностью выбранным. Изобретение повышает надежность уплотнения. 3 ил.

Торцевое уплотнение // 2600209

Изобретение относится к торцевым уплотнениям роторов насосных агрегатов для разделения сред или перепада давлений. Изобретение может быть использовано в конструкции насосов, применяемых на АЭС, в частности главных циркуляционных насосах. Конструкция многоступенчатого торцевого уплотнения содержит последовательно установленные рабочие ступени и концевую ступень, каждая из которых включает в себя расположенный на валу роторный элемент и контактирующий с ним подпружиненный аксиально подвижный статорный элемент, уплотненный относительно корпуса уплотнительными кольцами, причем полости высокого и низкого давления рабочих ступеней последовательно соединены дроссельными отверстиями в статорном элементе, который выполнен так, чтобы исполнять функции аксиально-подвижного уплотненного относительно корпуса ступенчатого поршня. Приведена формула зависимости внешних диаметров ступеней поршня статорного элемента. Данное соотношение обеспечивает отсутствие дополнительного усилия на статорный элемент при его нормальной работе, позволяя, в случае раскрытия уплотнения, усилить воздействие на статорный элемент, направленное на закрытие уплотнения, за счет гидростатических сил, действующих на поршень. Изобретение повышает надежность узла, а также технологичность деталей и сборки уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система контактного уплотнительного кольца с улучшенным вспомогательным уплотнением // 2601655

Изобретение относится к системе контактного уплотнительного кольца. Торцовое уплотнение содержит вращаемое контактное кольцо (2), стационарное контактное кольцо (3) и устройство (5) вспомогательного уплотнения. Устройство (5) вспомогательного уплотнения выполнено в виде единого целого и содержит вспомогательное уплотнение (51) и кольцевой элемент (52) из различных материалов, и при этом кольцевой элемент (52) расположен на вспомогательном уплотнении (51) на обращенной к стационарному контактному кольцу (3) стороне. Изобретение повышает надежность уплотнения. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Уплотнительное устройство для турбомашины (варианты) // 2610977

Группа изобретений относится к уплотнениям для турбомашин. Уплотнительное устройство для турбомашины содержит уплотнительное кольцо, расположенное с возможностью поворота между первым положением и вторым положением и имеющее каналы. Также оно содержит заднее кольцо, расположенное смежно с уплотнительным кольцом и имеющее отверстия, которые выровнены с большим количеством из указанных каналов уплотнительного кольца при нахождении последнего во втором положении, чем при его нахождении в первом положении. Кроме того, устройство содержит удерживающую деталь, функционально соединяющую уплотнительное кольцо и заднее кольцо. Изобретение повышает надежность устройства. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Компрессор, система для подвода уплотнительного газа и способ // 2611136

Система для подвода уплотнительного газа для торцевого уплотнения роторного вала турбомашины содержит канал для подведения уплотнительного газа к торцевому уплотнению и распределитель уплотнительного газа, предназначенный для приема по меньшей мере части указанного уплотнительного газа из канала. Распределитель имеет отверстия, предназначенные для распределения уплотнительного газа вокруг роторного вала во время остановки турбомашины, и эти отверстия расположены на цилиндрической поверхности и, в типичном случае, расположены со всех сторон указанного роторного вала, предпочтительно равномерно со всех его сторон. Изобретение направлено на более равномерное распределение тепла от уплотнительного газа внутри торцевого уплотнения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Радиально-торцовое газодинамическое уплотнение масляной полости опор роторов турбомашин // 2611706

Радиально-торцовое газодинамическое уплотнение масляной полости опор роторов турбомашин, содержащее крышку масляной полости опоры, изготовленную из магниевого или титанового сплава, размещенные в ней: газодинамическое уплотнение, уплотняющее масляную полость опоры, содержащее корпус газодинамического уплотнения, закрепленный в крышке масляной полости опоры, невращающееся подвижное в осевом направлении разрезное уплотнительное кольцо, прижимаемое давлением воздуха, или давлением воздуха и пружинами, или пружиной к закрепленной на валу вращающейся втулке, на рабочем торце которой выполнены спиральные газодинамические камеры, и контактирующее цилиндрической поверхностью с корпусом газодинамического уплотнения, к которому оно прижато упругими силами этого кольца и давлением воздуха в предмасляной полости опоры, лабиринтное уплотнение, уплотняющее предмасляную полость опоры, образованное закрепленным на валу лабиринтным кольцом, и закрепленным в крышке масляной полости корпусом лабиринтного уплотнения с закрепленной в нем уплотняющей вставкой из вырабатываемого материала, а стыки корпусов обоих уплотнений с крышкой масляной полости опоры уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами. Разрезное уплотнительное кольцо изготовлено с радиальным разрезом с шириной более 100 мкм. Ширина разреза выполнена такой, что обеспечивает герметичность стыка и отсутствие непосредственного контакта разрезного уплотнительного кольца с вращающейся втулкой на всех режимах работы турбомашины с оборотами, большими 500 об/мин. Зазор в разрезе уплотнительного кольца остается полностью выбранным на всех режимах работы турбомашины. Во вращающейся втулке выполнены сквозные отверстия, соединяющие зазор между торцами вращающейся втулки и уплотнительного кольца с масляной ванной, образованной отбортовкой, выполненной на другом торце вращающейся втулки, равнорасположенные по окружности между спиральными камерами или непосредственно в спиральных камерах. Разрезное уплотнительное кольцо выполнено из бронзы БрС30, а корпус газодинамического уплотнения из стали с близким коэффициентом теплового линейного расширения. Корпус лабиринтного уплотнения выполнен из стали с близким по величине коэффициентом теплового линейного расширения к титановому сплаву, а лабиринтное кольцо - из стали с близким по величине коэффициентом теплового линейного расширения к стали вала. Между шпильками и ответными отверстиями в корпусах обоих уплотнений имеется зазор, исключающий опасный контакт между шпильками и стенками этих отверстий при тепловом расширении этих деталей, а жесткость упругих шайб подобрана таким образом, что при их полном выпрямлении при затяжке самоконтрящихся гаек на их контактных поверхностях создаются силы трения, преодолимые при тепловом расширении этих деталей без возникновения опасных напряжений в них и непреодолимые при воздействии на разрезное уплотнительное кольцо рабочих скручивающих моментов. Достигается повышение эффективности и ресурса уплотнения при повышенной температуре уплотняемой среды. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система торцевого уплотнения, имеющая поверхности скольжения различной твердости // 2614556

Изобретение касается системы торцевого уплотнения, включающей в себя: вращающееся кольцо (2) торцевого уплотнения, имеющее первую поверхность скольжения, и неподвижное кольцо (3) торцевого уплотнения, имеющее вторую поверхность скольжения, которые ограничивают между собой уплотнительный зазор 4, при этом первая и вторая поверхности скольжения имеют различные твердости, причем более твердая поверхность скольжения имеет алмазное покрытие (20), а более мягкая поверхность скольжения изготовлена из углеродного композитного материала, при этом средняя начальная шероховатость Ra1 алмазного покрытия 20 меньше, чем средняя начальная шероховатость Ra2 поверхности скольжения из углеродного композитного материала. Изобретение повышает надежность системы торцевого уплотнения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.