CZ130893A3 - Turbo-set with axial gas friction seal - Google Patents

Description

Turbostroj s axiální plynovou--třecí ucpávkou.

Oblasc techniky

Vynález se týká turbostroje s aspoň na jedné straně na hřídeli rotoru,procházející skříní turbostroje,předpokládaným ucpávkovým uspořádáním s minimálně jednou plynovou třecí ucpávkou,která je plněna blokovacím plynem a jejíž únik netěsností se dá odvádět potrubím pro únik netěsností.

Současný stav techniky

Stroje tohoto druhu jsou například známy z DE 39 25 403 a slouží například jako turbokompresory nebo plynové turbiny. Přitom je rotor turbostroje uspořádán v uzavřené skříni v jejíž vnitřním prostoru panuje vyšší tlak.Vyvedení hřídele rotoru ze skříně nebo do mezikomory je utěsněno pomocí ucpákového uspořádání,aby sa zamezilo vytéxání tlakového plynu z vnitřního prostoru.Je pravidlem,že se při průchodu hřídelů skříní na obou stranách rotoru předvídá takové ucpávkové uspořádání na obou stranách nebo při jednostranně uvažovaných průchodech hřídelů u strojů jednostranně vyložených pouze na tomto jediném průchodu hřídele.

Zvláště nízké tření a ztráty zde vykazují plynové třecí ucpávky,které jsou plněné blokovacím plynem,čímž je kluzná plocha kluzného kroužku tlačena na odpovídající těsnící plochu, při zachování minimální mezery,která minimalizuje výstup tlakového plynu z vnitřního prostoru,drží ztráty netěsností na co nejnižší hodnotě a současně se tvoří mezera pro bezdotykový běh těsnění.Malý ale přesto existující únik netěsností se přitom zpravidla odvádí do volného prostoru.Při malých tlacích stačí zpravidla jedna jediná plynová třecí ucpávka.

Při vyšších tlacích se však pro docílení vyšší bezpečnosti primární vnitřní plynové třecí ucpávky zařazuje sekundární analogicky provedená vnější plynová třecí ucpávka,která utěsňuje vnitřní prostor úniku netěsností proti volnému prostoru. Tato vnější plynová třecí ucpávka je přitom akční jen tehdy a stává se účinnou,když je primární ztráta netěsností příliš veliká,zejména při defektu předřazené plynové třecí ucpávky.

V případě nutnosti mohou býti uspořádány za sebou více než dvě plynové třecí ucpávky.

U turoostrojů,kterými prochází nebezpečně,zejména výbušné nebo toxické plyny,je zvláště důležité a naléhavě nutné,neumožnit výstup nebezpečného,pod tlakem se nalézajícího plynu z vnitřního prostoru skříně nebo redukovat jej na únosnou míru,aby se zabránilo neštěstí.Pro tento případ se předvídají na ohrožených místech stroje,například v blízkosti průchodu plynu vhodné sensory,které mají přednostně specifickou citlivost na plyn,který se má prokázat a které při překročení určité koncentrace plynu vyvolají varovný nebo poplašný signál nebo uvedou v činnost vhodná protiopatření.To však vyžaduje dodatečné komplikované zářízení,které může navíc reagovat až tehdy,když již vystoupilo ze skříně dostatečné množství plynu pro vyvolání signálu.Tím podmíněná časová prodleva často nestačí zcela zabránit neštěstí.

Podstata vynálezu

Vynález si stanovil úkol vyvarovat se výše uvedených nedostatků stavu techniky a dále vyvinout turbostroj v úvodu jmenovaného druhu tak,že porucha plynové třecí ucpávky a nepřípustný výstup plynu ucpávkou hřídele se co nejrychleji a bez časové prodlevy signalizuje a že se mu zabraňuje.

Vynálezem je tento úkol řešen tím,že na straně netěsnosti plynové třecí ucpávky je uspořádáno přehrazovací zařízení pro hlídání tlaku,které sleduje dynamický tlak ucpávkou unikajícího plynu a dává při překročení předem určeného dynamického tlaku signál.

S výhodou se signál používá pro okamžité odstavení turbostroje,aby se snížil tlak plynu ve vnitřním prostoru a aby se zabránilo bez časového prodlení výstupu plynu.

Při provedení jako tandemová nebo vícenásobná ucpávka je výhodné hlídat také vnitřní tlak úniku plynu a signalizovat překročení prahové hodnoty například varovným nebo poplašným signálem,zatímco nárůstem vnějšího tlaku úniku plynu se turbostroj automaticky odstavuje.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude pomocí příkladů provedení znázorněných na obrázcích blíže vysvětlen.

Obr.l ukazuje zařízení turbostroje s plynovou třecí ucpávkou schematickým způsobem, obr.2 ukazuje detailní výřez uspořádání plynové třecí ucpávky u provedení hřídele určeného pro použití v zařízení turbostroje znázorněného na obr.l, obr.3 ukazuje detailní výřez tandemové plynové třecí ucpávky pro stejné použití.

Příklady provedení vynálezu

U příkladu znázorňujícího na obrázcích turbosoustrojí s turbokompresorem 1_ je hřídel rotoru 2_ veden,pouze v detailu reprodukovanou,skříní 3. turbostroje,oboustranně a výhodným způsobem uložen například v magnetickém ložisku 4..Vůči skříni _3 je hřídel utěsněn plynovými třecími ucpávkami 5^,které zabraňují výstupu plynu z vnitřku turbostroje ]^,jak na straně vstupu plynu 1ýtak na straně výstupu plynu 1,až na neškodný únik.Tím se zabrání tomu,aby se plyn,který je ve stroji pod určitým tlakem,dostal do okolí a zejména v případě toxického nebo výbušného tlakového plynu vyvolal nebezpečnou situaci.

Uspořádání ucpávky 5_ vykazuje, jak je patrno zejména na obr.2,spolurotující pouzdro hřídele 6_,které nese těsnící těleso J7'^například ^z karbidu křemičitého nebo jiného vhodného materiálu.Na protilehlé straně má ucpávka nehybný držák těsnění 8., který na své vnitřní straně nese axiálně poněkud posuvný kluzný kroužek j) s kluznou plochou například z uhlíkového keramického materiálu.

Potrubím 10 se přivádí do vnitřní plynové třecí ucpávky 5. suchý a čistý blokovací plyn pod určitým tlakem,který je vyšší než tlak ve vnitřním prostoru skříně.Tento blokovací plyn tím blokuje jednak výstup tlakového plynu z vnitřního prostoru skříně,přičemž další těsnění 11,které může býti provedeno jako labyrintové těsnění nebo jako další plynová •i třecí ucpávka,je předvídáno na vnitřní straně průchodu hřídele. Dála se dostává blokovací plyn na zadní stranu neotočného kluzného kroužku 9. a tlačí tento,případně podporován silou pružiny,proti rotujícímu těsnícímu tělesu J_ na pouzdru hřídele £ tak,že mezi kluzným kroužkem a těsnícím tělesem vznikne film plynu v minimální mezeře.Plynovou třecí ucpávkou 5. nebo těsnící mezerou přece jen proniklý plyn se odvede potrubím uniklého plynu 17 neškodným způsobem,.například je zachycen nebo spálen.V potrubí uniklého plynu 17 se dále předpokládá přehrazovací zařízení ve tvaru hřídel 2_ obepínající,prstencové vzdouvací desky 16,jakož i měřící zařízení,které zapne signál, jakmile únik v potrubí 17 překročí předem stanovenou hodnotu a tím upozorní obslužný personál na možný nebo vznikající defekt plynové třecí ucpávky,případě turbostroj bez prodlení okamžitě odstaví.

V příkladu znázorněném na obr.3 je vnitřní primární plynové třecí ucpávce 5'přiřazena analogicky provedená vnější sekundární plynová třecí ucpávka 5'ýkterá pracuje mezi primárním prostorem úniku plynu 12a vnější stranou skříně 15.Pokud je primární únik 12 malý,běží sekundární plynová třecí ucpávka 5*“téměř naprázdno,protože musí překlenout pouze nepatrný tlakový rozdíl,který je určen ventilem na udržování tlaku 13 v primárním potrubí uniklého plynu 12.

Jakmile však narůstá tlak plynu,například v důsledku pomalého zhoršování nebo závady primární ucpávky 5 *,pak se přístrojem na měření tlaku 14 v primárním potrubí úniku plynu 12 vyvolá signál,jakmile ventilem 13 zadržovaný tlak překročí určitou hodnotu,takže obslužný personál je jednak varován a alarmován, jednak splňuje nyní sekundární ucpávka 5 funkci bezpečnostní ucpávky a zachytí narůstající tlakový rozdíl.V případě defektu primární ucpávky 5' uvede se v činnost sekundární ucpávka 5' ' a zabrání výstupu plynu z vnitřního prostoru skříně.Běžně je tímto,také v případě defektu primární vnitřní plynové třecí ucpávky,dána dostatečná bezpečnost proti výstupu plynu, a je k dispozici určitá doba pro určení příčiny zvýšeného primárního úniku plynu,aniž by se zařízení muselo okamžitě odstavit.

Je však možné,že také za normálního provozu naprázdno běžící sekundární vnější plynová ucpávka,v průběhu dlouhé provozní doby,začne ztrácet účinnost nebo se poruší,aniž se to zjistí,protože přece sekundární ucpávka zpravidla neplní žádnou funkci,pokud pracuje primární vnutřní plynová ucpávka bez závad.V tomto případě by při defektu vnitřní plynové ucpávky selhala rovněž navazující vnější plynová ucpávka a vystupoval by nebezpečný plyn.

Aby se tomu zabránilo je na výstupní straně vnější sekundární plynové ucpávky 5'' předpokládána prstencová vzdouvací deska 16,která skundární únik plynu zadrží v přístroji na hlídání tlaku 18,který je napojen na potrubí uniklého plynu 17,případné na sekundární prostor úniku plynu 17'.Jakmile dynamický tlak v přístroji na hlídání tlaku 18 překročí předem určenou hodnotu tlaku,odstaví se turbostroj 1. automaticky a to přímou cestou,t.j. prostřednictvím samotného sekundárního úniku plynu,t.j. bez okliky přes další měřící zařízení a bez časového prodlení.Tím se zabrání také při málo pravděpodobném současném výpadku primárních a sekundárních plynových ucpávek nebezpečné situaci s nejvyšší možnou jistotou.

Přednostně se zatěžuje také vnější sekundární plynová ucpávka 5 malým konstantním tlakem,který je tvořen ventilem na udržování tlaku 13.Tento malý tlak je vhodný pro trvalou kontrolu funkční schopnosti sekundárního ucpávky 5 i když je primární ucpávka 5' ještě v nezávadném stavu.

Alternativně k ventilu na udržování tlaku 13 by se mohla předvídat u sekundární ucpávky 5,analogicky s primární ucpávkou 5_2,rovněž vzdouvací deska 16 s odpovídajícím měřením tlaku pro hlídání primárního úniku plynu.

Měření dynamického tlaku se může provádět přímým měřením tlaku,nebo určením měřené veličiny závislé na tlaku,například průtokového množství,které je závislé na rozdílu tlaku a odporu prouděním v potrubí.

Signál vyvolaný dynamickým tlakem může podle volby sloužit buč pro alarmování obslužného personálu nebo pro automatické odstavení zářízení.Při provedení formou tandemové nebo vícenásobné ucpávky,může sice býti podle volby vyvolán poplašný signál nebo příkaz k odstavení,ale se značnou předností může býti dynamickým tlakem vnitřní ucpávky -nebo v případě tří nebo více ucpávek,vnitřních ucpávek- vyvolán poplašný signál a dynamickým tlakem vnější ucpávky dán příkaz k automatickému odstavení strojního zařízení.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ Ν Á R- O K Ϊ

   1. Turbostroj s hřídelem rotoru /2/ probíhajícím na jedné straně skříní stroje /3/,5 ucpávkovým uspořádáním /5/ s minimálně jednou plynovou třecí ucpávkou /7,9/,do které je přiváděn blokovací plyn a jejiž úniky plynu jsou odváděny potrubím pro únik plynu /12,17/, vyznačující se tím, že na straně úniku plynu plynovou třecí ucpávkou /5/ je uspořádáno vzdouvací zařízení na sledování tlaku /14,17/ určené pro zjišťování dynamického tlaku unikajícího plynu ucpávkou /5/ a pro signalizaci při překročení předem určeného tlaku.
2. 2. Turbostroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že sledovací zařízení dynamického tlaku /14,17/ je zařízeno tak,že při překročení určeného tlaku odstaví turbostroj /1/.
3. 3. Turbostroj podle nároku 1 nebo 2,vyznačuj ící se tím. že sledovací zařízení dynamického tlaku /14,17/ je zařízeno tak,že vyvolá poplašný nebo varovný signál,jakmile dynamický tlak překročí předem stanovenou prahovou hodnotu.
4. 4. Turbostroj podle jednoho z nároků laž 3,vyznaču j ící se t í m , že vzdouvací zařízení je provedeno jako prstencová,hřídel /2/ obepínající deska /16/.
5. 5. Turbostroj podle jednoho z nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že vzdouvací zařízení je v potrubí uniklého plynu /12/ provedeno jako ventil pro udržování tlaku /13/.
6. 6. Turbostroj podle jednoho z nároků 1 až 5,vyz načující se tím, že uspořádání ucpávky /5/ má minimálně dvě za sebou uspořádané plynové třecí ucpávky /5', 5/,2 nichž aspoň jedna je vyzbrojena vzdouvacím zařízením /13,16/ uniklého plynu.
7. 7. Turbostroj podle nároku 6,vyznačující se tím, že krajní vnější plynová třecí ucpávka /5/ je vyzbrojena vzdouvacím zařízením /16/,prostřednictvím kterého se při překročení předem určeného dynamického tlaku odstavuje turbostroj.
8. 8. Turbostroj podle nároku 6 nebo 7,vyznačující s a t í m , že vnitřní plynová třecí ucpávka /5'/ ja vybavena vzdouvacím zařízením /13/,prostřednictvím kterého se dá zapnout při překročení předem určeného dynamického tlaku varovný nebo polašný signál.