RU2443921C1

RU2443921C1 - End gas dynamic seal of shaft of centrifugal compressor

Info

Publication number: RU2443921C1
Application number: RU2011104151/06A
Authority: RU
Inventors: Григорий Семенович Баткис (RU); Григорий Семенович Баткис; Василий Васильевич Денисенко (RU); Василий Васильевич Денисенко; Александр Тимофеевич Лунев (RU); Александр Тимофеевич Лунев; Евгений Александрович Новиков (RU); Евгений Александрович Новиков; Владимир Константинович Хайсанов (RU); Владимир Константинович Хайсанов; Раиф Низамович Шайхутдинов (RU); Раиф Низамович Шайхутдинов; Сергей Николаевич Якимов (RU); Сергей Николаевич Якимов
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-02-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: end gas dynamic seal of shaft of centrifugal compressor includes two stages of noncontact seal the rotating parts of which are fixed on rotor sleeve; at that, on end surface of rotor sleeve there made are blades with an inclination towards rotor rotation direction; at that, each blade has the shape of non-uniform arch with inlet angle of 10 to 40 degrees on outer diameter relative to middle line of the blade profile and tangent to the circle and outlet angle of 70 to 90 degrees on inner diameter relative to middle line of blade profile and tangent to the circle.

EFFECT: improving the reliability and durability of gas dynamic seal.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в газовых центробежных компрессорных машинах, где возможны кратковременные прекращения подачи буферного газа на уплотнения.The invention relates to the field of compressor engineering and can be used in gas centrifugal compressor machines, where short-term interruptions in the supply of buffer gas to seals are possible.

Известны торцовые газодинамические уплотнения вала центробежного компрессора, содержащие преимущественно две ступени бесконтактного уплотнения, вращающиеся части которого закреплены на роторной втулке, при этом на торцовой уплотнительной поверхности вращающейся части расположено устройство регулирования зазора, выполненное в виде газодинамических канавок или в виде уплотнительной кольцевой поверхности ступенчатой формы с углублением со стороны периферии на торцовой рабочей поверхности вращающейся части с ребрами, наклоненными в сторону вращения вала (см., например, патенты: RU 2177572, опубликован 27.12.2001; RU 2099618, опубликован 20.12.1997).Known mechanical gas-dynamic seals of the shaft of a centrifugal compressor, containing mainly two stages of non-contact sealing, the rotating parts of which are mounted on the rotor sleeve, while on the mechanical sealing surface of the rotating part there is a clearance control device made in the form of gas-dynamic grooves or in the form of a sealing ring surface of a stepped shape with recess from the periphery on the end face of the rotating part with ribs inclined in the direction of rotation of the shaft (see, for example, patents: RU 2177572, published December 27, 2001; RU 2099618, published December 20, 1997).

Учитывая малые зазоры в парах трения уплотнений, буферный газ перед подачей в уплотнения очищается от механических примесей с помощью фильтров. При засорении фильтров очистки газа «системы регулирования и контроля газодинамических уплотнений» подается сигнал об их замене или переключении на резервный фильтр. В момент замены или переключения на резервный фильтр происходит кратковременное прекращение подачи буферного газа и попадание на уплотнение грязного газа из полости компрессора, что часто приводит к выходу из строя уплотнений. Указанный недостаток существенно влияет на надежность и долговечность газодинамического уплотнения.Given the small gaps in the friction pairs of the seals, the buffer gas is cleaned from mechanical impurities by means of filters before being fed into the seals. In case of clogging of the gas purification filters of the “regulation and control system of gas-dynamic seals”, a signal is given to replace them or switch to a backup filter. At the moment of replacement or switching to the backup filter, the supply of buffer gas stops for a short time and dirty gas enters the seal from the compressor cavity, which often leads to failure of the seals. The specified disadvantage significantly affects the reliability and durability of the gas-dynamic seal.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности газодинамического уплотнения.The technical result of the invention is to increase the reliability and durability of a gas-dynamic seal.

Технический результат достигается благодаря тому, что торцовое газодинамическое уплотнение вала центробежного компрессора содержит две ступени бесконтактного уплотнения, вращающиеся части которого закреплены на роторной втулке, причем на торцовой поверхности роторной втулки выполнены лопатки с наклоном в сторону направления вращения ротора, при этом каждая лопатка может иметь форму неравномерной дуги с углом входа от 10 до 40 градусов на внешнем диаметре относительно средней линии профиля лопатки и касательной к окружности и углом выхода от 70 до 90 градусов на внутреннем диаметре относительно средней линии профиля лопатки и касательной к окружности.The technical result is achieved due to the fact that the mechanical gas-dynamic seal of the shaft of the centrifugal compressor contains two stages of non-contact sealing, the rotating parts of which are mounted on the rotor sleeve, and on the end surface of the rotor sleeve blades are made with an inclination in the direction of rotation of the rotor, each blade can have the form uneven arc with an angle of entry of 10 to 40 degrees on the outer diameter relative to the midline of the profile of the scapula and tangent to the circle and the angle you stroke from 70 to 90 degrees on the inner diameter relative to the midline of the profile of the scapula and tangent to the circle.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция уплотнения вала; на фиг.2 показан вид А на фиг.1; на фиг.3 показано преимущественное расположение и количество лопаток.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the design of the shaft seal; figure 2 shows a view of figure 1; figure 3 shows the preferred location and number of blades.

Торцовое газодинамическое уплотнение вала центробежного компрессора содержит две ступени бесконтактного уплотнения, вращающиеся части которого закреплены на роторной втулке 1. Каждая ступень уплотнения образована соответствующей парой трения, состоящей из вращающегося твердосплавного диска 2, установленного по определенной посадке на втулке 1, выполненного, например, из карбида вольфрама и аксиально-подвижного графитового кольца 3, поджимаемого к диску 2 пружиной 4, размещенной в корпусе 5 уплотнения (фиг.1).The face gas-dynamic seal of the centrifugal compressor shaft contains two stages of non-contact sealing, the rotating parts of which are fixed on the rotor sleeve 1. Each stage of the seal is formed by a corresponding friction pair, consisting of a rotating carbide disk 2 installed according to a specific fit on the sleeve 1, made, for example, of carbide tungsten and axially movable graphite ring 3, pressed against the disk 2 by a spring 4, placed in the seal body 5 (Fig. 1).

На торцовой поверхности роторной втулки 1 со стороны проточной части компрессора выполнены за одно целое с роторной втулкой 1 профильные лопатки 6, образующие лопаточную решетку. Каждая лопатка 6 имеет форму неравномерной дуги и выполнена на торцовой поверхности втулки 1 наклонной в сторону направления вращения ротора 7. При этом угол входа α₁ каждой лопатки на внешнем диаметре втулки 1 составляет от 10 до 40 градусов относительно средней линии профиля лопатки 6 и касательной к окружности, а угол выхода α₂ на внутреннем диаметре составляет от 70 до 90 градусов относительно средней линии профиля лопатки 6 и касательной к окружности. Оптимальный угол входа α₁, необходимый для достижения наилучшего результата, составляет от 13 до 15 градусов, а угол выхода α₂ - 90 градусов.On the end surface of the rotor sleeve 1 from the side of the compressor compressor part, integral blades 6 are formed integrally with the rotor sleeve 1, forming a blade grid. Each blade 6 has the shape of an uneven arc and is made on the end surface of the sleeve 1 inclined toward the direction of rotation of the rotor 7. Moreover, the entrance angle α _{1 of} each blade on the outer diameter of the sleeve 1 is from 10 to 40 degrees relative to the midline of the profile of the blade 6 and tangent to circumference, and the exit angle α ₂ on the inner diameter is from 70 to 90 degrees relative to the midline of the profile of the blade 6 and tangent to the circle. The optimal entry angle α ₁ necessary to achieve the best result is from 13 to 15 degrees, and the exit angle α ₂ is 90 degrees.

При работе уплотнения, как в стоянке, так и в динамике аксиально-подвижные кольца 3 поджимаются своими рабочими поверхностями к рабочим поверхностям вращающихся дисков 2, обеспечивая тем самым герметизацию зазора между ними, при этом их рабочие поверхности изготовлены с высокой точностью. Смазка и охлаждение пар трения газодинамических уплотнений, а также герметизация корпуса сжатия компрессора уплотнениями осуществляется с помощью буферного газа, подаваемого в необходимом количестве и с давлением, превышающим давление газа в корпусе компрессора не менее 0,1-0,2 кгс/см². Учитывая малые зазоры в парах трения уплотнений (1-3 мкм), буферный газ перед подачей в уплотнения очищается от механических примесей до 1 мкм и на 100% от влаги с помощью фильтров - основного и резервного (не показаны).During the operation of the seal, both in the parking lot and in dynamics, the axially movable rings 3 are pressed by their working surfaces to the working surfaces of the rotating disks 2, thereby ensuring sealing of the gap between them, while their working surfaces are made with high accuracy. Lubrication and cooling of friction pairs of gas-dynamic seals, as well as sealing of the compressor compression housing with seals, is carried out using buffer gas supplied in the required quantity and with a pressure exceeding the gas pressure in the compressor housing of at least 0.1-0.2 kgf / cm ² . Considering the small gaps in the friction pairs of the seals (1-3 microns), the buffer gas is cleaned of mechanical impurities up to 1 micron and 100% moisture using the primary and backup filters (not shown) before being fed to the seals.

Лопатки 6 при вращении захватывают и направляют поток буферного газа в сторону внутренней полости корпуса компрессора, создавая за счет центростремительных сил, создаваемых профильными лопатками, дополнительное избыточное давление, образуя тем самым барьер для проникновения загрязненного газа из внутренней полости компрессора.The blades 6 during rotation capture and direct the flow of buffer gas towards the inner cavity of the compressor housing, creating due to the centripetal forces created by the profile blades, additional excess pressure, thereby forming a barrier to the entry of contaminated gas from the inner cavity of the compressor.

Лопаточная решетка состоит, преимущественно, из 15 равномерно расположенных лопаток 6. Координаты средней линии образуются плавным переходом от угла α₁=13°÷15° внешнего диаметра к внутреннему с углом α₂=90° близкой к эвольвенте. Толщина профиля лопаток t равна от 0,02 до 0,025 от наружного диаметра лопаток D_H. Входная кромка на внешнем диаметре имеет радиус скругления r₁ равном 0,1 от толщины лопаток t. Выходная кромка r₂ равна 0,5 от толщины лопаток t. Высота лопатки определяется конструкцией уплотнения, но не менее 0,025 от наружного диаметра D_H.The scapular lattice consists mainly of 15 uniformly spaced blades 6. The center line coordinates are formed by a smooth transition from the angle α ₁ = 13 ° ÷ 15 ° of the external diameter to the internal one with an angle α ₂ = 90 ° close to the involute. The thickness of the profile of the blades t is from 0.02 to 0.025 of the outer diameter of the blades D _H. The input edge on the outer diameter has a rounding radius r ₁ equal to 0.1 of the blade thickness t. The output edge r ₂ equal to 0.5 of the thickness of the blades t. The height of the blade is determined by the design of the seal, but not less than 0.025 of the outer diameter D _H.

Количество и профиль лопаток 6 определяются газодинамическим расчетом в зависимости от конструктивного исполнения уплотнений и режимом работы компрессора по специально разработанным программам.The number and profile of the blades 6 are determined by gas-dynamic calculation, depending on the design of the seals and the compressor operating mode according to specially developed programs.

Claims

The face gas-dynamic seal of the shaft of a centrifugal compressor, containing two stages of non-contact sealing, the rotating parts of which are fixed on the rotor sleeve, characterized in that on the end surface of the rotor sleeve there are blades with an inclination in the direction of rotation of the rotor, each blade has the form of an uneven arc with an angle entrance from 10 to 40 ° on the outer diameter relative to the midline of the profile of the scapula and tangent to the circle and the exit angle from 70 to 90 ° on the inner diameter relative to the midline of the profile of the scapula and tangent to the circle.