способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора

Формула изобретения

Способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора с расположением рабочих колес «спина к спине» и разгрузочным устройством, имеющего полость низкого давления и полость высокого давления между секциями и индивидуальный контур байпасирования каждой секции, путем изменения перепада давлений на разгрузочном устройстве в зависимости от параметра, определяющего осевое усилие, действующее на упорный подшипник, отличающийся тем, что в качестве параметра, определяющего осевое усилие, действующее на электромагнитный упорный подшипник, используют разность токов в катушках электромагнитов, сигнал разности токов преобразуют в сигнал осевой силы, который сравнивают с предаварийным и аварийным значениями сигнала осевой силы, и вырабатывают сигналы управления последовательности закрытия и открытия байпасных клапанов для поддержания значения осевой силы в допустимом диапазоне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в центробежных компрессорах с электромагнитными подшипниками, преимущественно двухсекционных с расположением колес «спина к спине».

Известен способ разгрузки упорного подшипника турбомашины путем изменения давления в полостях разгрузочного устройства в зависимости от параметра, определяющего осевое усилие, действующее на упорный подшипник. В качестве определяющего параметра осевого усилия используют величину прогиба упругих пластин в упорном подшипнике, давление масла под колодками подшипников или температуру колодок (см., например, описания к авторским свидетельствам № 903570 от 07.02.1982 г., № 641167 от 05.01.1979 г., № 469815 от 05.05.1975 г.).

Недостаток этих способов заключается в низкой надежности, а также инерционности системы обратной связи «датчик - исполнительный орган».

Известен также способ разгрузки упорного подшипника, реализованный в саморегулируемом разгрузочном устройстве, заключающийся в том, что при изменении режима работы компрессора ротор перемещается, изменяя пропускную способность лабиринтов, образующих разгрузочную камеру, таким образом, что в этой камере устанавливается новое давление, достаточное для восстановления равновесия ротора на новом режиме (см., например, Шнепп В.Б. «Осевая устойчивость циркуляционного центробежного компрессора при наличии разгрузочного устройства» в сборнике докладов ЛЕННИИХИММАШа «Центробежные компрессорные машины» изд. Машиностроение, 1966 г., с.175-185).

В многорежимных центробежных компрессорах диаметр межсекционного разгрузочного устройства (думмиса) выбирают в диапазоне вблизи расчетной точки, исходя из допустимых нагрузок упорного подшипника с учетом возможного износа лабиринтного уплотнения думмиса. При работе компрессора на повышенных расходах или при аварийных остановах, когда происходит резкое снижение давлений за каждой из секций, результатирующая осевая сила, действующая на ротор, может поменять как направление, так и величину и превысить допустимые усилия на упорный подшипник.

Применение вышеупомянутого способа разгрузки упорного подшипника изменением давления в полости разгрузочного устройства за счет пропускной способности лабиринтов в многорежимных компрессорах с расположением разгрузочного устройства (думмиса) между секциями в ряде случаев приводит к отрицательной реакции поведения ротора, т.е. любое перемещение ротора приводит к увеличению осевой силы, действующей на ротор в направлении перемещения.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и быстродействия регулирования осевой силы и снижение нагрузки на упорный подшипник и защиты его в многорежимных двухсекционных центробежных компрессорах с электромагнитными подшипниками и с расположением колес «спина к спине».

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора с расположением рабочих колес «спина к спине» и разгрузочным устройством, имеющего полость низкого давления и полость высокого давления между секциями и индивидуальный контур байпасирования каждой секции, путем изменения перепада давления на разгрузочном устройстве в зависимости от параметра, определяющего осевое усилие, действующее на упорный подшипник, при этом в качестве параметра, определяющего осевое усилие, действующее на электромагнитный упорный подшипник, используют разность токов в катушках электромагнитов, сигнал разности токов преобразуют в сигнал осевой силы, который сравнивают с предаварийным и аварийным значениями сигнала осевой силы и вырабатывают сигналы управления последовательности закрытия и открытия байпасных клапанов для поддержания значения осевой силы в допустимом диапазоне.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез компрессора.

Способ разгрузки и защиты упорного подшипника реализуется, преимущественно, в двухсекционном центробежном компрессоре, содержащем корпус 1, в котором установлен двухсекционный ротор 2 с расположенными на нем «спина к спине» рабочими колесами 3 и 4. Ротор 2 установлен в корпусе 1 на электромагнитном упорном подшипнике 5. Компрессор содержит межсекционную разделительную стенку 6, в зоне которой на роторе 2 между рабочими колесами 3, 4 установлено устройство для разгрузки подшипника 5 от осевых усилий, включающее думмис 7 и полости 8, 9 соответственно низкого и высокого давления, образованные между торцовыми поверхностями думмиса 7 и рабочими колесами 3, 4 первой и второй секции соответственно.

Полость 8 низкого давления сообщается посредством линии 10 с байпасным (регулирующим) клапаном 11 со всасыванием в первую секцию компрессора, а полость 9 высокого давления сообщается посредством линии 12 с байпасным (регулирующим) клапаном 13 со всасыванием во вторую секцию компрессора. Электромагнитный упорный подшипник 5 содержит правый и левый электромагниты, установленные на статоре, и упорный гребень (не показаны), установленный на роторе 2 компрессора. В зоне расположения правого и левого электромагнитов установлены датчики 14, 15 тока электромагнитов, разность аналоговых сигналов которых определяет величину и направление действия результирующего осевого усилия. Токи в электромагнитах формирует система 16 управления магнитного подвеса (СУМП). СУМП формирует токи таким образом, чтобы компенсировать результирующее осевое усилие, действующее на ротор 2 компрессора.

Способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора реализуется следующим образом.

При изменении осевого усилия, действующего на упорный электромагнитный подшипник 5, изменяется разность токов в правой и левой катушках электромагнитов. Сигнал разности токов во время работы компрессора постоянно отслеживается датчиками 14, 15 и подается в преобразователь сигналов СУМП 16, где аналоговый сигнал преобразуется непосредственно в значение осевой силы, действующей на ротор 2 в текущий момент времени (по запросу оператора может быть выведен на пульт управления компрессором). В СУМП 16 заложены два граничных значения осевой силы: сигнал «предавария» и сигнал «авария». СУМП 16 формирует сигналы управления последовательности закрытия или открытия байпасных клапанов 11, 13 для поддержания осевой силы в допустимом диапазоне за счет изменения перепада давления по секциям (соответственно в полостях 8 и 9 разгрузочного устройства) и обеспечения взаимной компенсации осевых сил в каждой секции. При достижении предельного значения несущей способности упорного подшипника 5 (режим «авария») СУМП 16 формирует сигнал на полное открытие байпасных клапанов 11, 13 и на останов компрессора, тем самым защищает компрессор от поломок и разрушения.

Повышение надежности разгрузки и защиты упорного подшипника 5 достигается за счет того, что только в электромагнитных подшипниках существует возможность выдачи в аналоговой форме текущих значений величины осевой силы, действующей на ротор 2, тем самым подробно рассмотреть влияние переходных процессов и своевременно предпринять меры по изменению алгоритмов управления.