RU79631U1

RU79631U1 - SEAL WITH ACTIVE ELECTROMAGNETIC CLEARANCE ADJUSTMENT

Info

Publication number: RU79631U1
Application number: RU2008136706/22U
Authority: RU
Inventors: Альберт Мингаязович Ахметзянов; Александр Васильевич Андрианов; Яхия Зиннатович Гузельбаев
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2009-01-10

Abstract

Полезная модель относится к области концевых уплотнений, в частности к уплотнению роторов для предотвращения утечки рабочей среды из корпусов сжатия центробежных компрессоров и насосов в окружающее пространство и может использоваться в центробежных компрессорных машинах для обеспечения долговечности узлов уплотнения, а, следовательно, для повышения надежности работы компрессора. Уплотнение с активным электромагнитным регулированием зазора содержит установленный на роторе упорный диск и размещенное в корпусе подвижное в осевом направлении кольцо, образующие пару уплотнения с осевым зазором. Система активного электромагнитного регулирования зазора включает датчик зазора и электромагнит, образованный соединенным с корпусом магнитопроводящим ярмом с обмоткой, связанной с датчиком зазора, и якорем, жестко связанным с кольцом пары уплотнения. Кольцо пары уплотнения подпружинено с помощью пружинного кольца относительно корпуса с возможностью запирания пары уплотнения при выключенной системе активного электромагнитного регулирования зазора. Датчик зазора связан с обмоткой электромагнита через усилитель, а с полостью корпуса соединена линия утечки газа, на которой установлен расходомер с возможностью передачи с него сигнала в виде корректирующей обратной связи в усилитель системы активного электромагнитного регулирования зазора.The invention relates to the field of end seals, in particular to the sealing of rotors to prevent leakage of the working medium from the compression housings of centrifugal compressors and pumps into the environment and can be used in centrifugal compressor machines to ensure the durability of the seal assemblies and, therefore, to increase the reliability of the compressor . A seal with active electromagnetic clearance control comprises a thrust disk mounted on the rotor and an axially movable ring located in the housing, forming a pair of seals with an axial clearance. The active electromagnetic gap control system includes a gap sensor and an electromagnet formed by a magnetically conducting yoke connected to the housing with a winding connected to the gap sensor and an armature rigidly connected to the ring of the seal pair. The ring of the pair of seals is spring-loaded with a spring ring relative to the housing with the possibility of locking the pair of seals with the active electromagnetic regulation of the gap. The gap sensor is connected to the winding of the electromagnet through an amplifier, and a gas leak line is connected to the body cavity, on which a flow meter is installed with the possibility of transmitting a signal from it in the form of corrective feedback to the amplifier of the active electromagnetic regulation system of the gap.

Техническим результатом является создание уплотнения, в котором исключается сухое трение (износ) элементов пары уплотнения во всех режимах работы компрессора, сохранение характеристик уплотнения при более длительной работе в составе компрессора, а также сокращение затрат на изготовление за счет исключения дорогостоящих материалов, технологий и оборудования.The technical result is the creation of a seal, which eliminates dry friction (wear) of the elements of the seal pair in all operating modes of the compressor, preserves the characteristics of the seal during longer operation as part of the compressor, as well as reducing manufacturing costs by eliminating expensive materials, technologies and equipment.

Description

Полезная модель относится к области торцевых бесконтактных уплотнений, в частности к уплотнению роторов для предотвращения утечки рабочей среды из корпусов сжатия центробежных компрессоров и насосов в окружающее пространство и может использоваться в центробежных компрессорных машинах для обеспечения долговечности узлов уплотнения, следовательно, для повышения надежности работы компрессора.The utility model relates to the field of non-contact mechanical seals, in particular to rotor sealing to prevent the leakage of the working medium from the compression housings of centrifugal compressors and pumps into the surrounding space and can be used in centrifugal compressor machines to ensure the durability of the seal assemblies, therefore, to increase the reliability of the compressor.

Известен способ регулирования зазора в торцевых уплотнениях и устройство для его реализации (патент RU №2176044 от 20.11.2001 г.), содержащее вращающееся кольцо, установленное на роторе, невращающееся кольцо, установленное в корпусе, датчик для измерения зазора между невращающимся и вращающимся кольцами, электромагнитная система, включающая электромагниты и якорь, регулятор токов электромагнитов и блок задания требуемого зазора. Работа известного устройства заключается в активном регулировании зазора между вращающимся и невращающимся кольцами с помощью системы автоматического регулирования, образованной датчиком зазора, электромагнитами и регулятором токов.A known method of regulating the gap in mechanical seals and a device for its implementation (patent RU No. 2176044 from 11/20/2001), containing a rotating ring mounted on the rotor, a non-rotating ring installed in the housing, a sensor for measuring the gap between the non-rotating and rotating rings, an electromagnetic system including electromagnets and an anchor, an electromagnet current regulator and a unit for setting the required clearance. The operation of the known device consists in actively controlling the gap between the rotating and non-rotating rings using an automatic control system formed by the gap sensor, electromagnets and current regulator.

Техническими недостатками данного устройства являются:The technical disadvantages of this device are:

- наличие параллельных к уплотняющему зазоров между якорем и электромагнитами, которые по величине должны быть больше зазора в уплотняющих кольцах, тем самым теряется основная функция уплотнения;- the presence of gaps parallel to the sealing between the armature and the electromagnets, which should be larger than the gap in the sealing rings, thereby losing the main function of the seal;

- отсутствие запирающих элементов в уплотнении при отключении системы регулирования;- the absence of locking elements in the seal when the regulation system is turned off;

- отсутствие элементов и связей, сигнализирующих о загрязнении уплотняющего зазора.- lack of elements and connections signaling contamination of the sealing gap.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание уплотнения, устраняющее указанные недостатки известных устройств.The technical task of the proposed utility model is to create a seal that eliminates these disadvantages of known devices.

Данный технический результат достигается тем, что в уплотнении с активным электромагнитным регулированием зазора, содержащем установленное на роторе упорное кольцо и размещенное в корпусе подвижное в осевом направлении кольцо, образующие пару уплотнения с осевым зазором, систему активного электромагнитного регулирования зазора, включающую датчик зазора и электромагнит, образованный соединенным с корпусом магнитопроводящим ярмом с обмоткой, связанной с датчиком зазора, и якорем, жестко связанным с кольцом пары уплотнения, согласно предложению кольцо пары уплотнения подпружинено относительно корпуса с возможностью запирания пары уплотнения при выключенной системе активного электромагнитного регулирования зазора.This technical result is achieved in that in a seal with active electromagnetic clearance control, comprising a thrust ring mounted on the rotor and housed in an axially movable ring, forming a pair of seals with an axial clearance, an active electromagnetic clearance control system including a clearance sensor and an electromagnet, formed by a magnetically conductive yoke connected to the housing with a winding connected to the gap sensor and an armature rigidly connected to the ring of the seal pair, according to edlozheniyu sealing ring pair is spring loaded relative to the housing with the possibility of locking the seal pair at the active system is off solenoid gap adjustment.

В частности, кольцо пары уплотнения подпружинено с помощью пружинного кольца, закрепленного на корпусе и взаимодействующего с элементом, обеспечивающим связь якоря с кольцом пары уплотнения.In particular, the ring of the seal pair is spring-loaded by means of a spring ring fixed to the housing and interacting with an element for coupling the armature with the ring of the seal pair.

Целесообразно, чтобы между пружинным кольцом и якорем был установлен уплотнительный элемент.It is advisable that between the spring ring and the armature was installed a sealing element.

Кроме того, датчик зазора связан с обмоткой электромагнита через усилитель, а с полостью корпуса соединена линия утечки газа, на которой установлен расходомер с возможностью передачи с него сигнала в виде корректирующей обратной связи в усилитель системы активного электромагнитного регулирования зазора.In addition, the gap sensor is connected to the winding of the electromagnet through an amplifier, and a gas leak line is connected to the cavity of the housing, on which a flow meter is installed with the possibility of transmitting a signal from it in the form of corrective feedback to the amplifier of the system of active electromagnetic regulation of the gap.

Предлагаемое уплотнение показано на чертеже.The proposed seal is shown in the drawing.

Уплотнение содержит вращающееся упорное кольцо 1, установленное на роторе 2, и невращающееся кольцо 3, образующее пару уплотнения с осевым зазором. Система активного электромагнитного The seal includes a rotating thrust ring 1 mounted on the rotor 2, and a non-rotating ring 3, forming a pair of seals with axial clearance. Active electromagnetic system

регулирования зазора включает электромагнит, образованный жестко связанным с неподвижным корпусом 4 магнитопроводящим ярмом 5 с обмоткой 6 и якорем 7, жестко связанным посредством промежуточного элемента 8 с кольцом 3. Последнее имеет возможность перемещаться в необходимых пределах (5-7 мкм) в осевом направлении за счет притяжения электромагнитом. Чувствительным элементом контура системы активного электромагнитного регулирования зазора является датчик 9 зазора, связанный с невращающимся кольцом 3. В контуре системы автоматического электромагнитного регулирования зазора предусмотрен усилитель 10, преобразующий сигнал датчика 9 зазора в ток обмотки 6 электромагнита, автоматически поддерживающий заданный зазор, что обеспечивается соответствующей настройкой контуров. Усилитель 10 конструктивно выполнен в виде электронного блока управления, размещаемого вне конструкции уплотнения.The clearance control includes an electromagnet formed by a magnetically conductive yoke 5 rigidly connected to the stationary body 4 with a winding 6 and an armature 7, rigidly connected by an intermediate element 8 to the ring 3. The latter has the ability to move in the necessary limits (5-7 μm) in the axial direction due to attraction by an electromagnet. A sensitive element of the active electromagnetic regulation system of the gap is the gap sensor 9 connected to the non-rotating ring 3. An amplifier 10 is provided in the automatic electromagnetic regulation circuit of the gap, converting the signal of the gap sensor 9 to the current of the electromagnet winding 6, which automatically maintains the specified gap, which is ensured by the corresponding setting contours. The amplifier 10 is structurally made in the form of an electronic control unit located outside the seal structure.

На корпусе 1 закреплено пружинное кольцо 11, воздействующее на кольцо 3 через элемент 8. Между пружинным кольцом и якорем расположен уплотнительный элемент 12.On the housing 1 is fixed a spring ring 11, acting on the ring 3 through the element 8. Between the spring ring and the armature is a sealing element 12.

В корпусе 1 выполнен канал 13 для подачи чистого газа, а полость корпуса 1 за парой уплотнения соединена с линией 14 утечки газа, на которой установлен расходомер 15, имеющий электрическую связь с усилителем 10.A channel 13 is made in the housing 1 for supplying pure gas, and the cavity of the housing 1 behind the sealing pair is connected to a gas leakage line 14 on which a flowmeter 15 is installed, which is in electrical communication with the amplifier 10.

Уплотнение работает следующим образом. Перед запуском компрессора в работу включается система активного электромагнитного регулирования зазора и подается в область высокого давления затворный газ. При этом активизируется контур системы, и электромагнит притягивает невращающееся кольцо 3, образуя с упорным кольцом 2 заданный настройкой зазор. Контур системы активного электромагнитного регулирования зазора обеспечивает стабилизацию зазора, осуществляя необходимое изменение тока электромагнита и, следовательно, силы Sealing works as follows. Before starting the compressor, an active electromagnetic clearance control system is turned on and gate gas is supplied to the high-pressure region. In this case, the system circuit is activated, and the electromagnet attracts a non-rotating ring 3, forming a clearance defined by the setting with the stop ring 2. The loop circuit of the active electromagnetic regulation of the gap provides stabilization of the gap by making the necessary change in the current of the electromagnet and, therefore, the force

притяжения при отклонениях сигнала датчика 9 зазора от заданного значения.attraction with deviations of the signal of the gap sensor 9 from the set value.

При выключении системы активного электромагнитного регулирования зазора невращающееся кольцо 3 прижимается к упорному кольцу 2 с помощью возвратного пружинного кольца 11, чем обеспечивается запирание области высокого давления машины в стояночных режимах.When you turn off the system of active electromagnetic regulation of the gap, the non-rotating ring 3 is pressed against the thrust ring 2 using the return spring ring 11, which ensures locking of the high pressure area of the machine in the parking modes.

Необходимая настройка зазора в уплотнении при вводе компрессора в эксплуатацию может устанавливаться и контролироваться по величине утечки газа расходомером 15, установленном в линии 14 утечки газа. При длительной работе уплотнения величина утечки газа может меняться из-за загрязнения зазора, временных и температурных отклонений параметров настройки контуров. Для уменьшения влияния вышеуказанных факторов на характеристики уплотнения в контур системы активного электромагнитного регулирования зазора введена корректирующая обратная связь по величине расхода газа от расходомера 15.The necessary adjustment of the clearance in the seal when the compressor is put into operation can be set and monitored by the amount of gas leakage by the flow meter 15 installed in the gas leakage line 14. During long-term operation of the seal, the amount of gas leakage may change due to contamination of the gap, temporary and temperature deviations of the circuit settings. To reduce the influence of the above factors on the characteristics of the seal in the circuit of the system of active electromagnetic regulation of the gap introduced corrective feedback on the amount of gas flow from the flow meter 15.

Таким образом, предлагаемое уплотнение с активным электромагнитным регулированием зазора существенно уменьшает утечку рабочего газа из области высокого давления машины при зазоре 5-7 мкм и обеспечивает при этом характеристики сравнимые с характеристиками известных сухих газодинамических уплотнений. При этом достигается поставленная задача, а именно:Thus, the proposed seal with active electromagnetic regulation of the gap significantly reduces the leakage of the working gas from the high pressure area of the machine with a gap of 5-7 μm and at the same time provides characteristics comparable to those of the known dry gas-dynamic seals. In this case, the task is achieved, namely:

- исключается возможность возникновения сухого трения при вращении, а, следовательно, износа элементов пар уплотнения, что приводит к увеличению ресурса и надежности работы уплотнения;- eliminates the possibility of dry friction during rotation, and, consequently, wear of the elements of the seal pairs, which leads to an increase in the resource and reliability of the seal;

- при изготовлении не требуется применения сложных технологий (получение спиральных канавок на упорном диске), дорогостоящих материалов и оборудования;- in the manufacture does not require the use of complex technologies (obtaining spiral grooves on the thrust disc), expensive materials and equipment;

- загрязнение затворного газа не приводит к изменению характеристик уплотнения, т.к. требуемая для работы уплотнения - pollution of the gate gas does not lead to a change in the characteristics of the seal, because required for seal operation

величина зазора может изменяться за счет введения корректирующей обратной связи по величине расхода газа в линии утечки газа.the size of the gap may vary due to the introduction of corrective feedback on the amount of gas flow in the gas leak line.

Claims

1. A seal with active electromagnetic clearance control, comprising a thrust disk mounted on the rotor and axially-movable ring housed in the housing, forming a pair of seals with axial clearance, an active electromagnetic clearance adjustment system including a clearance sensor and an electromagnet formed by a magnetically conductive yoke with a winding associated with the gap sensor, and an armature rigidly connected to the ring of the pair of seals, characterized in that the ring of the pair of seals is installed with by locking the sealing pair with the active electromagnetic clearance control system turned off.

2. The seal according to claim 1, characterized in that for locking the sealing pair, the ring of the sealing pair is spring-loaded relative to the housing by means of a spring ring fixed to the housing and interacting with an element that ensures the connection of the armature with the ring of the sealing pair.

3. The seal according to claim 2, characterized in that a sealing element is installed between the spring ring and the armature.

4. The seal according to claim 1, characterized in that the gap sensor is connected to the winding of the electromagnet through an amplifier.

5. The seal according to claim 4, characterized in that a gas leak line is connected to the cavity of the housing, on which a flow meter is mounted with the possibility of transmitting a signal from it in the form of corrective feedback to the amplifier of the active electromagnetic regulation system of the gap.