[ «ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ АГРЕГАТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ И АГРЕГАТЫ Лабораторный практикум 2007 1 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего ...»
Компоновка агрегата смазки представлена на рис.3. Все оборудование смонтировано и закреплено на общей раме 1 и обвязано трубопроводами. На раме установлены маслобак 2, фильтры масла 6, маслоохладители 7.
Пеногаситель 3, смотровые окна 9, нагреватели масла 10, пусковой насос 12, приемный фильтр 13 вмонтированы в стенки маслобака. Регулирующий клапан 4, огневой предохранитель 5, переключающее устройство 8, перепускной клапан 11 вмонтированы непосредственно в трубопроводную обвязку.
226А Работа агрегата смазки происходит в следующем порядке. Масло из маслобака Б201 нагнетается пусковым насосом Н201 (во время пуска) или основным насосом Н202 через приемный фильтр Ф201 (во время работы) в маслоохладитель АТ201 (АТ202), где оно охлаждается до заданной температуры. Контроль за температурой масла после маслоохладителя осуществляет датчик температуры (точка отбора импульса ТМ203). Один из маслоохладителей АТ202 (АТ201) является резервным. Затем масло поступает в фильтр Ф201 (Ф202), где очищается от механических примесей. Контроль загрязненности фильтра осуществляется с помощью датчика перепада давлений (точки отбора импульсов Д202 и Д203). При достижении перепада давлений более 0,09 МПа (0,9 кгс/см2) датчик выдает сигнал. После переключения на резервный фильтр необходимо, на отключенном фильтре, произвести замену фильтрующих элементов.
Переключение с основных маслоохладителя и фильтра на резервные производится соответственно переключающими устройствами УП201 и УП202.
Очищенное и охлажденное масло поступает в блок регулирования (стык 201Б).
Поддержание постоянного перепада давления между маслом и газом 0, МПа (1,6 кгс/см2) осуществляется регулятором давления КД301 путем сброса избытка масла в маслобак Б201 с линии нагнетания.
Для нормальной работы пускового насоса Н201 предусмотрен предохранительный клапан КП201. Пусковой насос Н201, предназначенный для создания давления в системе смазки во время пуска, является также резервным насосом при работе установки и автоматически включается при снижении давления масла ниже установленного предела. При выходе основного насоса Н202, имеющего привод от вала мультипликатора МТ201 на свой рабочий режим, производится отключение пускового насоса. Визуальный контроль давления в линии нагнетания насоса (основного, пускового) осуществляется на основе показаний манометра (точка отбора импульса Д201).
Предпусковой подогрев масла в маслобаке осуществляется двумя электрическими нагревателями ТЭН201 и ТЭН202. Температуру подогрева масла в маслобаке контролируется КИП на основе показаний датчика температуры (точка отбора импульса ТМ201), а визуальный контроль осуществляется на основе показаний термометра ТМ201.
Циркуляция масла в маслобаке при подогреве обеспечивается работой пускового насоса Н201, прокачивающего масло по короткому контуру «маслобак – пусковой насос – маслобак» через кран КШ201.
Слив отработавшего масла из коллекторов в маслобак производится через стык 202А.
Во избежание пожара выравнивание давлений газовой полости маслобака и атмосферы производится через огневой предохранитель ОП201.
Маслобак предназначен для сбора, хранения и отстаивания масла от посторонних примесей (воды, воздуха, механических примесей) и представляет собой сварную прямоугольную емкость, разделенную внутренними перегородками на две полости таким образом, что перетекание масла из полости приема и предварительного отстоя масла в полость забора его в маслосистему происходит по наиболее длинному пути. В процессе работы это обеспечивает выделение из масла пузырьков воздуха и инородных частиц.
Слив масла в бак из систем осуществляется через пеногаситель 3.
В верхней части бака также расположены присоединительные места для:
установки насоса 12; установки приемного фильтра основного насоса 13;
регулирующего клапана 4; перепускного клапана 11; установки огневого предохранителя 5; установки дистанционного уровнемера; заземления.
На передней стенке маслобака расположены присоединительные места для установки нагревателей масла 10, бобышки для установки смотровых окон 9, для установки защитных гильз датчиков температуры масла.
На правой стенке маслобака приварены бобышки, предназначенные для присоединения вентилей закачки, откачки и слива масла.
В нижней части маслобака расположены платики с шестью отверстиями, предназначенными для крепления бака к раме 1. Дно маслобака имеет уклон в сторону бобышек слива масла из маслобака.
2.2. Насос пусковой Пусковой насос предназначен для создания давления в маслосистеме во время пуска и остановки компрессорной уста- Нагнетание масла новки. Одновременно он является Dу также резервным насосом и аварийном снижении давления смазки, что позволяет обеспечить сорной установки. Пусковой насос состоит (рис.4) из электродви- гателя 1, установленного на плите сывающим 4 и нагнетательным сетчатый фильтр 5. Нагнетательный трубопровод снабжен обратным клапаном 8, размещенным в Рис. 4. Компоновка пускового насоса корпусе 9. Шестеренный насос закреплен к плите 2 снизу. Передача крутящего момента от вала двигателя к ведущей шестерне насоса 6 и его вращение осуществляются через шлицевую полумуфту 3.
Пусковой насос работает следующим образом. В исходном состоянии двигатель насоса отключен, приемный фильтр 5 и линия всасывания насоса находятся погруженными в масло. При включении двигателя масло начинает поступать в насос, который нагнетает его в трубопровод 7. Далее масло проходит через обратный клапан 8 и поступает в линию нагнетания агрегата смазки. При работе основного и стоянке пускового насоса обратный клапан не пропускает масло через пусковой насос обратно в бак. Клапан предотвращает также опорожнение линий нагнетания при стоянке обоих насосов.
Рис. 5. Компоновка приемного фильтра выходного 9 патрубков. Внутри корпуса имеется фланец 10 для установки фильтрующего пакета. Кроме того, на корпусе фильтра предусмотрены бобышки для стравливания воздуха 11, слива масла 12, соединения байпасной линии 13. Все элементы корпуса соединены между собой с помощью сварки.
Пакет 2 состоит из верхнего 14, нижнего 15 втулок и расположенных между ними трех фильтровальных элементов 16 типа «Реготмас», тонкость фильтрации которых составляет 25 мкм. Верхний и нижний втулки, а также фильтровальные элементы стянуты между собой шпилькой 17. При установке пакета в корпус его втулки входят в отверстия фланца 10 и патрубка 9. Герметичность этих соединений обеспечивается резиновыми кольцами 18, 19. После установки пакета во внутрь корпуса, туда же вставляется и поворачивается на 90° затвор, затем с помощью винта 4 создается необходимый При работе масло входит через входной патрубок 8 по линии, касательной к обечайке, внутрь корпуса и там совершает вращательное движение. При этом более тяжелые механические примеси за счет центробежных сил отбрасываются к корпусу Рис. 6. Фильтр масла и стекают вниз. Далее частично очищенное масло, проходя через фильтровальные элементы, окончательно очищается от механических примесей. В дальнейшем чистое масло выходит через выходной патрубок 9.
Маслоохладитель представляет собой теплообменный аппарат кожухотрубчатого типа горизонтального исполнения с неподвижными трубными досками. При работе аппарата масло движется в межтрубном пространстве, а вода – внутри труб. Движение воды внутри труб позволяет обеспечить его очистку от накипи и отложений механическим способом и повышает эксплуатационные свойства маслоохладителя.
Блок маслоотводчиков БМ301 предназначен для отвода утечек маслогазовой смеси из камер «масло – газ» концевых уплотнений центробежного компрессора.
Блок маслоотводчиков состоит из (см. рис.1) маслоотводчиков МО301, МО302, бака дегазации (Б301), указателей уровня масла маслоотводчиков (УК302, УК303) и бака дегазации (УК301), подогревателя масла (ПГ301) в баке дегазации, дроссельных шайб (ДР301, ДР302) для снижения давления газа и защитно-запорной арматуры.
Блок отвода утечек работает следующим образом. Маслогазовая смесь через стыки 302В, 303В поступает в соединенные параллельно маслоотводчики МО301 и МО302. В них происходит разделение смеси на газ и жидкость. Газ, собирающийся в верхней полости маслоотводчика, отводится через верхний патрубок. Верхний патрубок обратной линией соединен с входным патрубком, что препятствует образованию во входной линии жидкостных пробок. Кроме того, с верхних патрубков маслоотвордчиков газ отводится через дроссели ДР301, ДР302, запорные клапаны К306, К307 и обратный клапан КО301 в линию низкого давления или в систему факела СФ. Скопившееся в нижней полости масло выводится из зоны высокого давления через нижние клапаны и патрубки маслоотводчиков. Далее масло, вышедшее через клапаны К304, К305, попадает в бак дегазации. В баке дегазации, находящемся под атмосферным давлением, происходит выделение растворенного газа из масла. Нагрев масла с помощью подогревателя ПГ301 приводит к усилению выделения растворенного газа. Накопившийся в баке газ через стык 315А и огневой предохранитель типа ОП201 сбрасывается в атмосферу. Собранное в баке дегазации масло через визуального контроля уровня масла. В нижней части бака установлен подогреватель 6 для нагрева масла, что обеспечивает более полное выделение из него растворенного газа. Маслоотводчики 3, обратный клапан 4, запорная арматура обвязаны трубопроводами и закреплены на баке дегазации, что придает блоку маслоотводчиков законченный вид. Расположение запорной арматуры в обвязке обеспечивает удобство управления потоками масла и газа.
Система БР201 предназначена для регулирования и поддержания давления масла в напорном коллекторе смазки. Она состоит (рис.8) из клапана (КД201) для регулирования давления масла в напорном коллекторе, клапана (К202) для ручного регулирования давления масла в напорном коллекторе и шаровых кранов (КШ219-КШ220) для отсечения регулирующего клапана КД201 при ручном регулировании.
Система регулирования скомпонована в виде единого блока (рис.9) на раме 1. На ней установлены и закреплены шаровые краны 4, 7, регулирующий клапан 6 и клапан 8 для ручного регулирования. Все элементы блока соединены трубопроводами.
23.Каково назначение системы смазки и уплотнений?
24.Какие функции выполняет масло в подшипниках и уплотнениях?
25.Расскажите принцип действия системы смазки и уплотнений по функциональной схеме в целом.
26.Назовите основные режимы работы системы смазки и уплотнений.
201Б 27.Расскажите принцип действия агрегата смазки по функциональной схеме.
28.Укажите преимущества и недостатки компоновки агрегата смазки.
29.Назовите назначение и функции основного бака в системе подшипников и уплотнений.
30.Назовите назначения основных и пусковых насосов системы.
31.Назовите назначение фильтров в системе.
32. Назовите назначение охладителей масла в системе.
33. Как обеспечить постоянство температуры масла в коллекторе подачи?
34. Как регулируется давление масла в коллекторе подачи смазки?
35. Как поддерживается необходимый перепад давления на внутреннем уплотнении уплотнительного комплекса?
36. Для чего служит огневой предохранитель (ОП201), установленный в системе суфлирования бака?
37. Для чего служит бак дегазации в системе уплотнений?
38. Для чего служит подогреватель, установленный в баке дегазации?
39. Для чего служат маслоотводчики в системе уплотнений?
40. Укажите преимущества и недостатки компоновки маслоотводчиков.
41. Расскажите устройство и работу блока регулирования.
42. Укажите преимущества и недостатки компоновки блока регулирования.
6. Бесконтактные уплотнения роторов центробежных и винтовых компрессоров: учебное пособие / В.А. Максимов [и др.]. – Казань : Фэн, 1998. – 293 с.
7. Максимов, В.А. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин / В.А. Максимов, Г.С. Баткис. – Казань :
Фэн, 1998. – 430 с.
8. Система смазки центробежных компрессоров: методическая разработка / сост. В.А. Максимов. – Казань : Казан. хим.-технол. ин-т, 1983. – 24 с.
9. Гидравлические системы концевых уплотнений роторов центробежных газовых компрессоров / сост. В.А. Максимов. – Казань : Казан. хим.-технол.
ин-т, 1984. – 28 с.
10.Методические указания по изучению вопросов диагностики турбокомпрессоров / сост. М.Б. Хадиев, И.В. Хамидуллин, Р.Р. Заляев. – Казань :
Казан. хим.-технол. ин-т, 1990. – 32 с.
ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА, РАБОТЫ СИСТЕМЫ КОНЦЕВЫХ
УПЛОТНЕНИЙ С ГАЗОВЫМ ЗАТВОРОМ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО
УПЛОТНЕНИЯ
Цель работы: изучение устройства и принципа действия системы концевых уплотнений с газовым затвором. Опытное определение расхода газа (утечки) через уплотнение, ознакомление с системой регулирования и контроля работы газодинамических уплотнений.Приборы и принадлежности: стенд для испытания газодинамических уплотнений.
При создании высокоэффективных компрессорных машин, работающих на высоких давлениях всасывания и нагнетания, ряд отечественных и зарубежных фирм используют так называемые «сухие» уплотнения. На практике в основном встречаются два типа этих уплотнений, отличающихся по конструкции: с плавающими графитовыми кольцами, образующими малый зазор с валом; торцовые уплотнения газодинамического, газостатического и комбинированного исполнения с канавками различных форм и микроскопической глубиной на рабочих поверхностях.
К преимуществам сухих газовых уплотнений можно отнести отсутствие масла и как следствие громоздкой гидравлической системы уплотнения, высокие надежность в работе и уровень безопасности, низкие расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию, незначительные потери рабочего газа, следовательно, положительное влияние на окружающую среду.
Наиболее широкое применение нашли торцовые уплотнения со спиральными канавками [1, 2]. Они используются в широком диапазоне изменения рабочих скоростей вращения роторов, температур и давлений, а также при сжатии в компрессорах различных газов от водорода до водяного пара, от температуры – 150 °С до температуры + 300 °С, при давлениях и скоростях, превышающих 16 МПа и 40000 об/мин. Эти уплотнения наиболее широко применяются также в центробежных компрессорах магистральных газопроводов, предназначенных для перекачки природного газа.
Разработкой, изготовлением и поставкой «сухих» уплотнений успешно занимаются зарубежные фирмы Burgman, John Crane, Flowserve. Конструированием, теоретическими и экспериментальными исследованиями торцовых газодинамических уплотнений (ТГДУ) занимаются также в ЗАО «НИИтурбокомпрессор» и на кафедре компрессорных машин и установок Казанского государственного технологического университета.
1. Система концевых уплотнений центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата ГПА-16 «Волга»
Герметичность рабочей полости центробежного компрессора ГПА- «Волга» по концам вала ротора обеспечивается двумя уплотнительными комплексами, которые устанавливаются в крышках корпуса компрессора. Эти уплотнительные комплексы часто называют концевыми уплотнениями роторов.
Для обеспечения работоспособности концевых уплотнений необходимо снабжать их очищенным и осушенным газом. Кроме того, необходимо отвести утечки газа, контролировать их величину, а также подать воздух1 для разделения полости муфты от подшипниковой камеры и продувки камер подшипников. Эти задачи решает система концевых уплотнений.
Система концевых уплотнений выполняет следующие функции:
отбирает газ из линии нагнетания компрессора или импульсной линии;
обеспечивает подачу очищенного и осушенного уплотняющего газа в камеру «буферный газ» уплотнения;
поддерживает необходимый перепад давления между камерами выравнивания давлений и подачи уплотняющего газа;
контролирует величину утечки газа из камер и вывод их на свечу;
контролирует перепад давлений на фильтрах очистки газа;
сигнализирует и осуществляет блокировку при разгерметизации первой ступени уплотнений;
обеспечивает очистку разделительного (барьерного) газа;
предотвращает попадание уплотняющего газа в камеру подшипников путем подачи разделительного газа (воздуха);
обеспечивает регулирование количества подаваемого в уплотнения разделительного газа;
обеспечивает охлаждение узла уплотнения;
обеспечивает унос продуктов износа.
Система снабжения газом уплотнительных комплексов, так называемых концевых уплотнений представлена на рис.1.
Для частичной разгрузки ротора центробежного компрессора от осевых сил на нем устанавливается думмис и камера КД за думмисом соединяется с камерой всасывания КВ компрессора линиями ЛД. Следовательно, давление в камере КД в идеале равно давлению всасывания компрессора. Однако в реальных условиях, из-за наличия сопротивления в соединительных трубах это давление несколько выше. Кроме того, давление в этой камере может быть объектом регулирования для поддержания постоянства осевой силы при разных режимах работы компрессора. Для его осуществления на линии ЛД может Применение в качестве разделительного газа воздуха связано с отсутствием инертных газов в линейных компрессорных станциях.
Рис1. Схема системы снабжения газом уплотнительных комплексов устанавливаться регулятор давления РД. Поэтому, с целью создания одинаковых условий, перед концевыми уплотнениями устанавливаются лабиринтные уплотнения ЛУ1-ЛУ4, которые образуют камеры выравнивания давлений КВД1, КВД2. Эти камеры соединены между собой линией ЛВД и обеспечивают одинаковые давления перед концевыми уплотнениями.
Концевые уплотнения работают по принципу газового затвора, т.е. для предотвращения попадания технологического газа из камер КВД1, КВД2 в камеры буферного газа КБГ1, КБГ2 в лабиринтных уплотнениях ЛУ2, ЛУ создается встречный поток газа, направленный в сторону камер КВД1, КВД2.
Это осуществляется путем подачи очищенного и осушенного газа из линии нагнетания ЛН2 или импульсного газа ЛИГ в камеры КБГ1, КБГ2 под давлением, превышающим давление в камерах КВД1, КВД2.
Система снабжения газом работает следующим образом. При пуске ГПА в систему регулирования и контроля сухих газовых уплотнений осуществляется подача буферного (пускового) газа. Это обеспечивает гарантированный зазор между рабочими поверхностями уплотнительных пар и предотвращает проникновение в уплотнение неочищенного газа из проточной части компрессора. Подача буферного (пускового) газа производится от источника газа, совместимого с рабочим газом, например, из линии импульсного газа ЛИГ под давлением, превышающим давление всасывания компрессора. После выхода ГПА на рабочие параметры подача газа в систему уплотнений осуществляется из линии нагнетания компрессора. Технологический газ из линии нагнетания ЛН или импульсный газ из линии импульсного газа ЛИГ поступает в стойку системы уплотнений ССУ, где производится его двухступенчатая очистка в фильтрах Ф1, Ф2, Ф3. Предварительная очистка газа производится в фильтре Ф1, где задерживаются механические примеси размерами до 20 мкм. Задержка примесей размерами от 1-5 до 20 мкм осуществляется в фильтрах Ф2, Ф3, переключающихся время от времени с помощью клапанов КП1, КП2. Вследствие того, что зазоры между вращающимся и невращающимся упорными дисками сухих торцовых уплотнений составляют 3 ~ 5 мкм, фирма Burgman [3] рекомендует произвести очистку газа, задерживая механические примеси с размерами менее 1 мкм.
Контроль засоренности фильтров осуществляется с помощью дифференциальных манометров МД1, МД2. При достижении предельного значения перепада давления в МД1 производится замена фильтрующего элемента Ф1. Для этого предусмотрен байпасный клапан БК. В случае превышения предельного перепада в МД2 осуществляется переключение работающего фильтра Ф2 (или Ф3) на запасное Ф3 (или Ф2) с помощью клапанов КП1, КП2. Далее производится замена засоренного патрона фильтра.
Время службы патрона зависит от загрязненности и расхода технологического газа. Как правило, замена патрона осуществляется один раз в год.
После фильтрации затворный газ разделяется на два потока и через диафрагмы Д1, Д2, предназначенные для установки заданного давления, направляется в камеры буферного газа КБГ1, КБГ2. Давление затворного газа в камерах КБГ1, КБГ2 контролируется датчиками Р1, Р2 и должна превышать давление технологического газа, находящегося в камерах КВД1, КВД2. Это позволяет запирать технологический газ чистым затворным газом и Точка отбора газа на линии нагнетания должна выбираться исходя из условий обеспечения стабильности перепада давления между камерами КБГ1, КВД1 и КБГ2, КВД2 независимо от рабочего режима компрессора. Это предотвращает попадание технологического газа в концевые уплотнения.
предотвращать попадание механических примесей в узкие зазоры торцовых уплотнений. При этом часть затворного газа протекает в камеры КВД1, КВД2 и попадает в полость компрессора.
Надежность и долговечность работы торцовых уплотнений при колебаниях давлений перед ними во многом зависит от поддержания перепада давления между камерами КБГ1, КВД1 и КБГ2, КВД2. Заранее установленное завышенное значение перепада, например, равное для ЦК ГПА около 0,5 МПа, приводит к увеличению расхода затворного газа и более быстрому загрязнению фильтров. Однако в этом случае можно резко упростить систему поддержания давления. Для уменьшения количества затворного газа, протекающего через уплотнение, следует устанавливать регулятор перепада давлений РПД, который обеспечить перепад давлений на лабиринтных уплотнениях ЛУ1, ЛУ4 на уровне 0,005 МПа. Необходимо также измерять и регистрировать величину реального перепада давления между указанными выше камерами с выдачей предупреждающего сигнала при отсутствии или отрицательном значении этого перепада, а возможно и аварийной остановки агрегата.
Вторая часть затворного газа под действием значительного перепада давлений протекает через первые из последовательно расположенных уплотнений ТУ1, ТУ3 в камеры сброса утечек КСУ1, КСУ2. Из камер сброса утечек часть газа через линии сброса ЛС1, ЛС2 поступает в ССУ, где с помощью ротаметров РМ1, РМ2 измеряется его расход. В дальнейшем осуществляется сброс этого газа в атмосферу (в безопасную зону) через свечу С1. Величины расходов, определяемых с помощью ротаметров, позволяют судить о нормальном функционировании уплотнений первой ступени ТУ1, ТУ3. В случае превышения расходов над допустимыми значениями система автоматики может подать предупредительный сигнал о нарушении работы уплотнений и в дальнейшем произвести аварийное отключение компрессора.
Установка диафрагм Д3, Д4 в линиях сброса ЛС1, ЛС2 защищает ротаметры в случае прорыва газа при внезапных разрушениях уплотнения. В этом случае в линиях ЛС1, ЛС2 до диафрагм Д3, Д4 происходит значительное повышение давлений, которые могут быть зафиксированы датчиками Р3, Р4 и это может служить признаком нарушения нормальной работы уплотнений ТУ1, ТУ3 и аварийного отключения компрессора.
Некоторое количество газа из камер КСУ1, КСУ2 под действием небольших перепадов давлений протекает через уплотнения второй ступени ТУ2, ТУ4 в камеры сброса смеси КСС1, КСС2 затворного и разделительного газов. Из этих камер осуществляется сброс смеси газов в атмосферу (в безопасную зону) через свечи С2, С3. Уплотнения ТУ2, ТУ4 не допускают пропуск значительного количества газа в камеры КСС1, КСС2, следовательно, и в помещение КС даже при нарушении работы первичных уплотнений. Таким образом, они повышают надежность работы системы в целом и позволяют провести нормальную остановку агрегата.
Для безопасности эксплуатации ГПА система концевых уплотнений включает также подачу разделительного газа, который предотвращает попадание утечек затворного газа в подшипниковые камеры ПК1, ПК2, ПК3, следовательно, и в помещение блок-боксов или блок-контейнеров. Из-за дороговизны азота в качестве разделительного газа для ГПА применяется воздух. Воздух подается от независимого источника в систему продувки воздухом СПВ. СПВ обеспечивает подачу воздуха в разделительные камеры КР1-КР3, каждая из которых образуется двумя лабиринтными уплотнениями.
Величина расхода воздуха, проходящего через эти камеры, и давления в них регулируются с помощью диафрагм Д5-Д7. Перепад давлений между разделительными и подшипниковыми камерами КР1, ПК1; КР2, ПК2; КР3, ПК должен находиться в пределах 0,01...0,05 МПа.
Для обеспечения постоянства давления в камерах ПК1, ПК2, ПК осуществляется их суфлирование с атмосферой.
В заключение отметим, что надежная работа концевых уплотнений обеспечивается при подаче только чистого сухого затворного газа. Это достигается применением высококачественных фильтров и необходимых перепадов давлений между камерами.
Система автоматики ГПА должна обеспечить пуск системы концевых уплотнений до начала продувки компрессора и пуска системы смазки, т.е.
обеспечить блокировку этих систем при отсутствии подачи затворного газа.
Кроме этого, она должна следить за процессом работы уплотнений путем непрерывного контроля расхода утечек через ротаметры РМ1, РМ2 и давлений Р3, Р4 в линиях ЛС1, ЛС2.
2. Устройство уплотнительного комплекса и принцип его действия В описанной выше системе в качестве торцовых уплотнений ТУ1-ТУ могут применяться множество конструктивных разновидностей этих уплотнений. Здесь рассмотрим лишь наиболее широко применяемое на практике торцовое газодинамическое уплотнение.
Необходимо иметь некоторое представление об устройстве и принципе действия ТГДУ для правильной оценки технических достижений при использовании их на практике.
В простейшем случае ТГДУ состоит (рис.2.) из подвижного в осевом направлении невращающегося кольца 1 и вращающегося кольца 2. Кольцо прижимается к вращающемуся кольцу 2 за счет действия нажимной пружины 3, кольца 4 и уплотнительного упругого кольца круглого сечения 5. Все эти элементы, кроме кольца 2, собраны в обойме 6 и зафиксированы от проворота и выпадения в осевом направлении с помощью штифта 7 и фланца 8.
Кольцо 2 установлено во втулке 9, которая в свою очередь одета на вращающийся вал. В канавке втулки установлено упругое стальное кольцо 10, которое фиксирует кольцо 2 в радиальном направлении и обеспечивает постоянный натяг между ним и втулкой при изменении их температур. Штифт 11 предотвращает проворот кольца 2 относительно втулки 9, а упругое уплотнительное кольцо 12 – утечку газа по осевому зазору в радиальном направлении.
Контактные кольца 1, 2 составляют пару трения, и для обеспечения надежности работы ТГДУ к ним предъявляются повышенные требования как по обработке рабочих поверхностей, так и по выбираемому материалу.
Рабочие поверхности колец должны иметь высокую плоскостность и чистоту. Отклонения плоскостности не должны превышать 0,001 мм, а шероховатость – 0,005 мкм. Как правило, эти требования достигаются за счет выбора соответствующих материалов и притирки этих поверхностей. Кроме того, на рабочей поверхности вращающегося кольца 2 после притирки выполняют канавки различной формы, например, спиральные глубиной порядка 5-10 мкм, которые при вращении создают газодинамический эффект.
Материалы пар трения, применяемые различными фирмами в сухих газовых уплотнениях, приведены в таблице 1 [3].
Рабочая поверхность Карбид кремния, Графит Графит или SiC, направлении невращающегося кольца Рабочая поверхность Карбид кремния Карбид вольфрама Карбид вольфрама вращающегося кольца или Si3N4, покрыта или Si3N4 или Si3N Герметизация газа, находящегося под высоким давлением, обеспечивается за счет процесса дросселирования в узком зазоре между кольцами 1 и 2 ТГДУ. Уплотняющие поверхности колец 1 и 2 обрабатываются с высокой точностью, что позволяет поддерживать между ними зазор h порядка 3-5 мкм. Зазор между рабочими поверхностями устанавливается тогда, когда усилие закрытия FЗ, вызванное действием пружины F и газостатического образованной распределением давления р в зазоре (рис.3). Распределение Рис.3. Схема сил, действующих на подвижное в осевом направлении кольцо [4] давления в зазоре образуется из двух составляющих: газостатического и газодинамического. Газостатическое распределение давления происходит из-за перепада давления на наружном и внутреннем радиусах уплотнения, а газодинамическое – за счет воздействия спиральных канавок (см. разрез А-А, рис.2) на протекающий поток при вращении контактного кольца 2.
Для обеспечения оптимальности характеристик в процессе эксплуатации зазор h должен оставаться постоянным [4]. Чем меньше зазор, тем меньше утечки через уплотнение, однако при этом возрастает вероятность контакта рабочих поверхностей, что недопустимо. Поэтому уплотнение должно быть разработано так, чтобы была обеспечена оптимальная жесткость газового смазочного слоя. Это условие должно достигаться независимо от осевых перемещений и угловых отклонений рабочих поверхностей, которые могут происходить из-за влияния силовых и тепловых деформаций.
На рис.4 показано изменение равенства сил, вызванное осевыми перемещениями ротора компрессора. Если эти перемещения приводят к увелиРис.4. Изменение распределения давлений в зазоре при перемещении ротора [4] чению зазора, то распределение давления, создаваемое спиральными канавками уменьшается, следовательно, уменьшается и сила открытия Fo. Так как сила закрытия FЗ остается постоянной, то результирующая сила будет направлена в сторону восстановления нормального значения зазора. Аналогично, если перемещение приводит к уменьшению зазора, то сила открытия Fo возрастает.
При этом результирующая сила опять будет направлена в сторону восстановления нормального значения зазора.
Аналогичный механизм действует при силовых и тепловых деформациях контактных колец. Силовая деформация от действия распределения давлений приводит к образованию расходящегося по направлению течения зазора, а тепловая – к сужающемуся зазору. Происходящее при этом изменение распределения давлений будет направлено на компенсацию причин, вызывающих их. Схема действия сил в этих случаях приведена на рис.5.
Рис.5. Схема действия сил и моментов при силовых и тепловых деформациях колец В случае разработки конструкции с полным пониманием механических и тепловых процессов, происходящих в них, ТГДУ может работать надежно в различных газах и при различных условиях. Достоинствами этих уплотнений являются:
– пренебрежимо малые утечки;
– исключение использования масла, следовательно, и маслосистемы;
– пренебрежимо малый износ, следовательно, большой срок службы;
– малые затраты энергии на трение;
– уменьшение затрат на техническое обслуживание.
Основные характеристики ТГДУ можно определить, используя программу «TUS» [5], находящуюся в библиотеке программ кафедры КМУ.
Для обеспечения надежности работы в качестве концевых уплотнений в компрессорах находит применение конструкция ТГДУ, выполненная в виде уплотнительного комплекса.
Уплотнительный комплекс (рис.1) состоит из двух одинаковых по конструкции торцовых газодинамических уплотнений ТУ1, ТУ2. Конструкция уплотнительного комплекса представлена на рис.6.
Рис.6. Конструкция уплотнительного комплекса Как видно из рисунка, первое ТГДУ 1, установленное со стороны уплотняемого газа вблизи лабиринтной втулки 2, является рабочим.
Установленное последовательно за ним второе ТГДУ имеет такие же элементы как в первом ТГДУ. Они собраны в обойме 3 с фланцем 4 для крепления всего комплекса в корпусе компрессора. Необходимое расстояние между ТГДУ обеспечивается с помощью дистанционного кольца 5. Герметичность камер подачи буферного газа КБГ, сброса утечек КСУ, сброса смеси затворного и разделительного газов КСС обеспечиваются резиновыми уплотнительными кольцами 6, 7, 8.
Вращающееся кольцо 9 и втулка 10 второго ТГДУ установлены на втулке 11 первого ТГДУ, причем втулка 10 обеспечивает необходимое в осевом направлении расстояние от вращающегося кольца первого уплотнения. Кольцо 9 и втулка 10 в радиальном направлении фиксируются с помощью упругих стальных колец 12, 13, обеспечивающих постоянный натяг между ними и втулкой 11 при изменении их температур. Герметичность между втулками в осевом направлении обеспечивается резиновым уплотнительным кольцом 14.
Кольцо 9 и втулка 10 в осевом направлении фиксируются с помощью втулки 15, которая закрепляется винтами к торцовой поверхности втулки 11.
Постоянный натяг между валом и втулкой 11, между втулками 11 и обеспечиваются упругими стальными кольцами 16, 17, а герметичность – резиновым кольцом 18. Втулка 15, а вместе с ним и все вращающиеся элементы крепятся на валу в осевом направлении с помощью кольца 19 и кольца 20, состоящего из трех сегментов, которые вставлены в кольцевой паз вала и во время монтажа удерживаются резиновым кольцом 21. Защита всех элементов от проворота относительно вала осуществляется короткой шпонкой 22.
Все невращающиеся элементы уплотнительного комплекса к корпусу компрессора крепятся болтами 23, которые проходят через упругие шайбы 24 и отверстие во фланце 4. Кроме того, в обойме 3 установлено лабиринтное уплотнение 25, которое ограничивает количество разделительного воздуха, поступающего в камеру КСС.
Очень важным моментом при проектировании сухих газовых уплотнений является введение единых требований к их системам [6].
Торцовое газодинамическое уплотнение (ТГДУ) и его работа характеризуются двумя группами параметров: рабочими условиями и конструктивными параметрами, которые в свою очередь также зависят от рабочих условий.
Рабочие условия содержат: свойства газа, давление и температуру газа, скорость вращения ротора. В зависимости от условий меняется режим работы ТГДУ, характеризуемый расходом газа (утечкой) через уплотнение.
конструкторского чертежа. В общем случае конструктивные параметры определяются свойствами применяемых материалов, формой и размерами деталей, качеством изготовления.
Экспериментальный стенд (рис. 7) включает в себя установку для испытания уплотнений, мультипликатор, электродвигатель, систему смазки подшипников, автоматическую защиту, контрольно-измерительную и регулировочную аппаратуру, штатную систему регулирования и контроля уплотнений (систему, которой комплектуется центробежная компрессорная установка).
В стендовых условиях в качестве буферного газа при испытаниях используется воздух, который подается из отдельного компрессора.
В дальнейшем осуществляется предварительная очистка воздуха от механических примесей и капельной жидкости в фильтре Ф301, где достигается тонкость фильтрации 20 мкм. Тонкая очистка производится в одном из основных фильтров Ф302, Ф303. После выхода из этих фильтров размеры механических примесей не должны превышать 1…5 мкм.
Контроль загрязненности предварительного фильтра Ф301 и основных фильтров Ф302, Ф303 осуществляется с помощью датчиков перепада давлений, подсоединенных к точкам отбора Д301, Д302 и Д303, Д304. При достижении перепада давлений более 0,8 кгс/см2 датчик выдает сигнал. При этом необходимо произвести замену фильтрующих элементов:
на предварительном фильтре Ф301. Для этого необходимо вначале включить обводную линию, открывая кран КШ303, а затем отключить фильтр от линии, закрывая краны КШ301 и КШ302;
на основном фильтре Ф302 (или Ф303) после переключения его на резервный Ф303 (или Ф302).
После фильтров воздух поступает в дроссели ДР301 и ДР302, которые предназначены для снижения его давления, перед подачей на каждое уплотнение. При этом давление воздуха должно превышать давление уплотняемого газа на 0,1-0,2 кгс/см2.
Подача буферного газа с нагнетания ДР301...ДР304 - Дросель, КД301...КД303 - Клапан запорный, КО 01...КО305 - Клапан обратный КШ 01...КШ 12 - Кран шаровой, РМ301...РМ304 - Расходомер, Ф301...Ф303 - Фильтр Рис. 7. Схема стенда для испытаний газодинамических уплотнений Буферный газ перед каждым из уплотнений разделяется на два потока.
Большая его часть, с целью предотвращения проникновения загрязненного газа из проточной части компрессора в уплотнения, через лабиринтную втулку подается в проточную часть компрессора и смешивается с рабочим газом.
Меньшая часть газа протекает через уплотнительные зазоры торцовых газодинамических уплотнений первой ступени (рис.1, 7) и составляет первичные утечки, которые выводятся на свечу или факел. Контроль величины утечек производится с помощью расходомеров РМ303, РМ304. Перед расходомерами установлены дроссели ДР303, ДР304, которые сглаживают пульсации газа при нормальной работе и являются ограничительными устройствами в случае нарушения герметичности уплотнений первой ступени на время аварийной остановки. При нарушении герметичности первых ступеней уплотнений перед дросселями возрастают давления, что приводит к срабатыванию датчиков давлений, которые установлены в точках отбора Д и Д307.
В случае нарушения герметичности первых ступеней все давление сдерживается вторыми ступенями уплотнений, которые предотвращают прорыв газа в полости подшипников.
Газ, протекающий через вторые ступени уплотнений, попадает в камеры вторичных утечек, откуда выдувается на свечу разделительным газом. Как правило, на этой линии контроль утечек не производится.
В систему подачи разделительного воздуха в уплотнения входят расходомеры РМ301, РМ302 для измерения расхода воздуха и вентили КД301, КД302 для регулирования его подачи.
При испытаниях уплотнений в составе экспериментального стенда для удобства регулирования давления газа, подаваемого на уплотнения, дроссели ДР301 и ДР302 (см. рис. 7) не устанавливаются.
Подача буферного газа на уплотнения осуществляется через линию, предусмотренную на время пуска и остановки компрессора (см. рис. 7).
Регулировка давления буферного газа осуществляется вентилем, установленным на ресивере, от которого производится отбор газа во время испытаний (на рис. 7 ресивер не показан).
В испытательную установку (рис. 8) устанавливаются два испытуемых уплотнительных комплекса. Подача сжатого воздуха под требуемым давлением осуществляется из ресивера через систему регулирования и контроля в камеру между двумя уплотнительными комплексами.
Утечки газа после Подача буферного Утечки газа после Подача разделительного второй ступени газа под давлением первой ступени газа Опорно- упорный Рис. 8. Установка для испытания газодинамических уплотнений Испытания уплотнений на стенде необходимо проводить в следующем порядке:
1. Установить вентилями КД301, КД302 расход разделительного воздуха для каждого уплотнения 12 нм3/ч.
2. Включить систему смазки стенда.
3. Включить электродвигатель.
4. Установить частоту вращения ротора испытательной установки об/мин.
5. Установить по показаниям датчика Д305 давление буферного возду-ха, равное 5 кгс/см2.
6. Плавно повышая частоту вращения ротора с шагом 1000 об/мин, установить равными ее значения 3000 об/мин, 4000 об/мин, 5000 об/мин, об/мин.
7. При каждом значении частоты вращения снять показания расходомеров РМ303 (Q1), РМ304 (Q2) и занести величины утечек в таблицу (см.
Приложение).
8. Снизить частоту вращения ротора до 2000 об/мин.
9. Установить по показаниям датчиков Д304, Д305 давление буферного воздуха равным 10 кгс/см2, 15 кгс/см2, 20 кгс/см2, 25 кгс/см2, 30 кгс/см2. При каждом значении давления воздуха повторить п.6 – 8.
10. Сбросить давление буферного воздуха, плавно снизить частоту вращения двигателя и произвести его остановку, выключить систему смазки стенда, отключить подачу разделительного газа.
11. По результатам экспериментов (см. таблицу) построить графики зависимости утечек Q1, Q2 (нм3/ч) от давления буферного воздуха P (кгс/см2) при заданных частотах вращения ротора n (об/мин). Сделать выводы.
Оформить отчет о проделанной работе (см. Приложение) и сдать зачет преподавателю.
1. К проведению испытаний студенты допускаются только после собеседования с преподавателем по описанию экспериментального стенда и правилам проведения испытаний.
2. Запуск, регулирование и остановку стенда выполняет лаборант или преподаватель. Необходимо строго соблюдать порядок пуска и остановки стенда.
3. Студентам запрещается самостоятельно проводить испытания и производить включение или регулирование работы стенда без разрешения преподавателя.
1. Какие отличия имеются в системах концевых уплотнений с гидравлическим и газовым затворами?
2. Какие типы уплотнений используются в системах концевых уплотнений с газовым затвором?
3. Укажите преимущества «сухих» газовых уплотнений по сравнению с жидкостными уплотнениями.
4. Укажите пределы применения «сухих» газовых торцовых уплотнений со спиральными канавками.
5. Какие фирмы занимаются разработкой, изготовлением и поставкой «сухих» газовых уплотнений?
6. Как обеспечивается герметичность рабочей полости центробежного компрессора ГПА-16 «Волга»?
7. Какие функции выполняет система концевых уплотнений с газовым затвором центробежного компрессора?
8. Какие давления устанавливаются при работе компрессора в камерах за думмисом КД, выравнивания давлений КВД1, КВД2?
уплотнительных комплексов.
10. Какие требования предъявляются к затворному газу?
11. С чем связано требование высокой степени очистки газа?
12. Что обеспечивает газовый затвор в уплотнительных комплексах?
13. Какой перепад давлений в газовом затворе следует поддержать?
14. Для чего нужны ротаметры РМ1, РМ2 в системе?
15. Для чего нужны диафрагмы Д3, Д4 в системе?
16. Какую роль играют датчики Р3, Р4 в системе?
17. Для чего нужны уплотнения ТУ2, ТУ4 второй ступени?
18. Какие функции выполняет разделительный газ?
19. Почему в ГПА в качестве разделительного газа используется воздух?
20. Как регулируется расход разделительного воздуха в системе?
21. Для чего необходимо суфлирование камер ПК1-ПК3?
22. Какие требования предъявляются к системе автоматики уплотнений ГПА?
23. Расскажите об устройстве и принципе действия простейшего ТГДУ?
24. Какие требования предъявляются к контактным кольцам уплотнения?
25. Какие материалы применяются при изготовлении контактных колец уплотнений?
26. За счет какого процесса обеспечивается герметичность уплотнения?
27. Расскажите о механизме поддержания постоянства зазора в торцовом уплотнении?
28. Для чего необходимо поддержание постоянства зазора в торцовом уплотнении?
29. Какое влияние может оказать силовые и тепловые деформации контактных колец на характеристики торцового уплотнения и как их избежать?
30. Как определить основные характеристики газового торцового уплотнения со спиральными канавками при их проектировании в условиях кафедры КМУ?
31. Опишите устройство и принцип действия уплотнительного комплекса, состоящего из двух уплотнений.
32. Сформулируйте основные требования к проектированию системы концевых уплотнений с газовым затвором.
33. Какую роль играют экспериментальные исследования при создании системы концевых уплотнений с газовым затвором?
34. Опишите устройство и принцип действия экспериментального стен-да для испытания уплотнительного комплекса.
35. Опишите порядок проведения испытаний уплотнений на стенде.
36. Как обработать результаты экспериментов, провести анализ полученных данных и оформить отчет?
37. Какие меры безопасности следует соблюдать при проведении испытаний?
38. Назовите основные опасности при выполнении лабораторной работы.
1. Бесконтактные уплотнения роторов центробежных и винтовых компрессоров: учебное пособие / В.А. Максимов [и др.]. – Казань : Фэн, 1998. – 293 с.
2. Газовые (сухие) уплотнения валов турбомашин: обзорная информация / Г.А. Бондаренко [и др.]. Компрессорное машиностроение, серия ХМ – 5. – М. :
ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989. – 17 с.
3. Сухие газовые уплотнения. Технология и обмен опытом / Материалы совещания между ОАО «Газпром» и фирмой «BURGMAN». – М. : с 16 по марта 1999.
4. Разнообразие применений газовых уплотнений в турбостроении / Иэн, М. Гольдсвайн и Рэймонд, С. Дори // ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Тезисы докл.
V111 ВНТК по кмпрессоростроению. – Сумы, 1989, (10-12 октября).
5. Расчет газостатодинамических торцовых уплотнений со спиральными канавками валов турбокомпрессоров высокого давления / В.А. Максимов, [и др.] // Компрессорная техника и пневматика. – СПб : АСКОМП. – 1997. – Вып.
16-17. – С.80–84.
6. Опыт внедрения систем сухих газовых уплотнений «Грейс» для нагнетателей природного газа / Н.Г. Крившич [и др.] // Потребители – производители компрессоров и компрессорного оборудования – 2004: Сб.
научн. тр. 10-го международного симпозиума (26-28 мая, 2004 г.). – СПб. – 2004. – с. 89-92.
ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА, РАБОТЫ СИСТЕМЫ КОНЦЕВЫХ
УПЛОТНЕНИЙ С ГАЗОВЫМ ЗАТВОРОМ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО
УПЛОТНЕНИЯ
Студент_Группа Дата_ Работу принял Значения утечек воздуха через уплотнение n,об/мин Построить графики зависимости утечек Q1, Q2 (нм3/ч) от давления буферного воздуха P (кгс/см2) при заданных частотах вращения ротора n (об/мин).Выводы Подпись студента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненные лабораторные работы позволили углубить знания и приобрести навыки по эксплуатации основных элементов, нашедших применение в газоперекачивающих агрегатах магистральных газопроводов, а также в компрессорных установках и агрегатах общего и специального назначения.Для дальнейшего изучения дисциплины и повышения квалификации рекомендуется пользоваться специальной литературой [1-9]. Практические навыки по обслуживанию ГПА можно усовершенствовать путем организации одно- или двухдневной практики на местах его эксплуатации.
Для улучшения преподавания дисциплины следует изготовить трехмерную физическую модель ГПА в уменьшенном масштабе, что позволит представить его более наглядно и облегчить усвоение изучаемого материала.
1. Апанасенко, А.И. Монтаж, испытания и эксплуатация газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении / А.И. Апанасенко, Н.Г. Крившич, Н.Д. Федоренко. – Л. : Недра, 1991. – 361 с.
2. Кантюков, Р.А. Компрессорные и газораспределительные станции / Р.А. Кантюков, В.А. Максимов, М.Б. Хадиев. – Казань : Казанский государственный университет, 2005. – 412 с.
3. Козаченко, А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов / А.Н. Козаченко. – М. : Нефть и газ, 1999. – 463 с.
4. Микаэлян, Э.А. Эксплуатация газотурбинных газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций газопроводов / Э.А. Микаэлян. – М. : Недра, 1994. – 304 с.
5. Ревзин, Б.С. Газотурбинные установки с нагнетателями для транспорта газа: справочное пособие / Б.С. Ревзин, И.Д. Ларионов. – М. : Недра, 1991. – 303с.
6. Ястребова, Н.А. Техническое обслуживание и ремонт компрессоров / Н.А. Ястребова, А.И. Кондаков, Б.А. Спектор. – М. : Машиностроение, 1991. – 240 с.
7. ВРД 39 1.8 055 2002. Типовые технические требования на проектиро-вание КС, ДКС и КС ПХГ. ДОАО «Гипроспецгаз». – М. : Изд. ООО «ИРЦ Газпром», 2002. 98 с.
8. ГОСТ 23194-83. Нагнетатели центробежные для транспортирования природного газа. Основные параметры. – М. : Изд-во стандартов, 1984. – 7 с.
9. Положение об организации пуско-наладочных работ, индивидуальных испытаний и комплексного опробования оборудования, сдаваемых в эксплуатацию компрессорных станций магистральных газопроводов. – М. :
Министерство газовой промышленности, 1983. – 23 с.
«