Уплотнение с активным электромагнитным регулированием зазора

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.

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.

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.

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.

Техническими недостатками данного устройства являются:

- 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;

- отсутствие запирающих элементов в уплотнении при отключении системы регулирования;

- отсутствие элементов и связей, сигнализирующих о загрязнении уплотняющего зазора.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание уплотнения, устраняющее указанные недостатки известных устройств.

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.

В частности, кольцо пары уплотнения подпружинено с помощью пружинного кольца, закрепленного на корпусе и взаимодействующего с элементом, обеспечивающим связь якоря с кольцом пары уплотнения.

Целесообразно, чтобы между пружинным кольцом и якорем был установлен уплотнительный элемент.

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.

Предлагаемое уплотнение показано на чертеже.

Уплотнение содержит вращающееся упорное кольцо 1, установленное на роторе 2, и невращающееся кольцо 3, образующее пару уплотнения с осевым зазором. Система активного электромагнитного

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.

На корпусе 1 закреплено пружинное кольцо 11, воздействующее на кольцо 3 через элемент 8. Между пружинным кольцом и якорем расположен уплотнительный элемент 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.

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

притяжения при отклонениях сигнала датчика 9 зазора от заданного значения.

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.

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.

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:

- исключается возможность возникновения сухого трения при вращении, а, следовательно, износа элементов пар уплотнения, что приводит к увеличению ресурса и надежности работы уплотнения;

- при изготовлении не требуется применения сложных технологий (получение спиральных канавок на упорном диске), дорогостоящих материалов и оборудования;

- загрязнение затворного газа не приводит к изменению характеристик уплотнения, т.к. требуемая для работы уплотнения

величина зазора может изменяться за счет введения корректирующей обратной связи по величине расхода газа в линии утечки газа.

1. Уплотнение с активным электромагнитным регулированием зазора, содержащее установленный на роторе упорный диск 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, отличающееся тем, что кольцо пары уплотнения установлено с возможностью запирания пары уплотнения при выключенной системе активного электромагнитного регулирования зазора.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что для запирания пары уплотнения кольцо пары уплотнения подпружинено относительно корпуса с помощью пружинного кольца, закрепленного на корпусе и взаимодействующего с элементом, обеспечивающим связь якоря с кольцом пары уплотнения.

3. Уплотнение по п.2, отличающееся тем, что между пружинным кольцом и якорем установлен уплотнительный элемент.

4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что датчик зазора связан с обмоткой электромагнита через усилитель.

5. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что 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.