Уплотнения компрессоров являются критически важными компонентами вращающегося оборудования, обеспечивающими безопасную и эффективную работу за счет предотвращения утечек и поддержания давления. В сложных условиях промышленного оборудования эти уплотнительные системы должны выдерживать экстремальные условия, обеспечивая при этом надежную работу.
В этой статье рассматриваются основы компрессорных уплотнений, принципы их работы, различные типы, ключевые компоненты и вспомогательные системы.
Что такое уплотнение компрессора?
Уплотнение компрессора является критически важным компонентом в компрессорной системе, который предотвращает утечку технологического газа или воздуха из корпуса компрессора при вращении вала. Уплотнения компрессора поддерживают барьер между газом высокого давления внутри компрессора и атмосферой, обеспечивая эффективную работу и предотвращая загрязнение окружающей среды.
Как работают уплотнения компрессора
Уплотнения компрессора работают, создавая барьер между вращающимся валом и неподвижным корпусом компрессора. Этот барьер обычно достигается за счет комбинации механических компонентов, таких как вращающиеся и неподвижные уплотнительные поверхности, и уплотняющей жидкости, такой как масло или газ.
Вращающийся уплотнительное лицо крепится к валу компрессора, в то время как неподвижная уплотнительная поверхность крепится к корпусу компрессора. При вращении вала уплотнительные поверхности поддерживают контакт друг с другом, создавая уплотнение, которое предотвращает утечку. Уплотнительная жидкость используется для смазки и охлаждения уплотнительных поверхностей, уменьшая трение и износ.
Типы систем герметизации
Системы мокрой герметизации
Системы мокрого уплотнения используют жидкость, обычно масло, для смазки и охлаждения уплотнительных поверхностей. Масло циркулирует через систему уплотнения, обеспечивая барьер между технологическим газом и атмосферой. Мокрые уплотнения обычно используются в приложениях, где технологический газ совместим с уплотнительным маслом и где присутствие масла в технологическом газе является приемлемым.
Преимущества систем мокрой герметизации включают в себя:
- Эффективная смазка и охлаждение уплотнительных поверхностей
- Способность выдерживать высокие давления и температуры
- Относительно простая конструкция и обслуживание
К недостаткам систем мокрой герметизации относятся:
- Возможность загрязнения технологического газа нефтью
- Более высокий расход масла и затраты на утилизацию
- Повышенный риск утечки нефти в окружающую среду
Системы сухой герметизации
Системы сухого уплотнения, также известные как сухие газовые уплотнения, используют сжатый газ, обычно азот или технологический газ, для создания барьера между вращающимися и неподвижными уплотнительными поверхностями. Газ впрыскивается между уплотнительными поверхностями, создавая тонкую пленку, которая предотвращает контакт и уменьшает трение.
Преимущества систем сухой герметизации включают в себя:
- Отсутствие загрязнения технологического газа нефтью
- Меньшее энергопотребление за счет уменьшения трения
- Более длительный срок службы уплотнений и снижение требований к техническому обслуживанию
- Экологичность, отсутствие риска утечки масла
К недостаткам систем сухой герметизации относятся:
- Более высокая первоначальная стоимость по сравнению с мокрыми уплотнениями
- Повышенная сложность системы герметизации
- Необходимость подачи чистого, сухого газа для герметизации
Уплотнительные конструкции
Одиночные уплотнения
Одинарные уплотнения имеют один набор уплотнительных поверхностей – вращающуюся и неподвижную – образуя единую точку контакта для предотвращения утечки. Они являются самым простым типом уплотнения, но имеют ограниченные возможности в условиях высокого давления или плохой смазочной жидкости.
Одинарные уплотнения часто используются в чистых, смазочных жидкостях при умеренных давлениях и температурах. Они требуют меньше вспомогательного оборудования и имеют меньшую стоимость, чем многосекционные уплотнения. Однако, если интерфейс одинарного уплотнения выходит из строя, технологическая жидкость может немедленно вытечь в атмосферу.
Тандемные уплотнения
Тандемные уплотнения используют два одинарных уплотнения, установленных последовательно, с буферной жидкостью между ними, поддерживаемой под давлением ниже, чем технологическая жидкость. Такая компоновка обеспечивает избыточность — если первичное уплотнение выходит из строя, вторичное уплотнение содержит технологическую жидкость.
Два уплотнения действуют независимо — первичное уплотнение поглощает полный перепад давления от технологической жидкости к буферной жидкости, а вторичное уплотнение обрабатывает меньшую разницу давления от буферной жидкости к атмосфере. Это позволяет оптимизировать каждое уплотнение для его конкретных условий давления.
Тандемные уплотнения часто используются в более опасных условиях с более высоким давлением, где требуется дополнительная безопасность и надежность. Буферную жидкость между уплотнениями можно контролировать для обнаружения первичной утечки уплотнения до того, как произойдет внешняя утечка. Однако тандемные уплотнения сложнее и дороже одинарных.
Двойные уплотнения
Двойные уплотнения также используют два набора уплотнительных поверхностей, но с барьерной жидкостью между ними, поддерживаемой под давлением выше, чем технологическая жидкость. Это гарантирует, что если одно из уплотнений выйдет из строя, барьерная жидкость с более высоким давлением будет просачиваться в процесс, а не позволит технологической жидкости вытекать.
Две ступени уплотнения работают вместе, чтобы удерживать барьерную жидкость. Внутреннее уплотнение обрабатывает разницу давления от барьерной жидкости к процессу, тогда как внешнее уплотнение обрабатывает падение давления от барьерной жидкости к атмосфере.
Двойные уплотнения обеспечивают максимальную безопасность и контроль выбросов и используются с опасными, токсичными или взрывоопасными технологическими жидкостями. Барьерная жидкость обычно представляет собой чистую инертную жидкость, совместимую с процессом. Для подачи напорной барьерной жидкости требуются внешний резервуар, циркуляционный насос и теплообменник.
Системы поддержки
Системы масляных уплотнений
Контактирующие мокрые уплотнения требуют наличия смазочной пленки между поверхностями уплотнения для минимизации износа и трения. В системах масляных уплотнений это обеспечивается маслом, циркулирующим из внешнего резервуара.
Резервуар содержит запас чистого масла и включает в себя кондиционирующие элементы, такие как нагреватели или охладители, для поддержания оптимальной вязкости масла. Циркуляционный насос подает масло в полость уплотнения, где оно смазывает поверхности и удаляет тепло трения. Регуляторы расхода и обратные клапаны поддерживают постоянный расход масла и давление.
Системы газового уплотнения
Уплотнения сухого газового компрессора используют сжатый газ, обычно азот, в качестве уплотнительной среды между поверхностями вместо масла. Это устраняет сложности масляных систем и позволяет работать при более высоких скоростях и температурах.
Обычно давление газа поддерживается немного выше, чем у технологического газа, чтобы обеспечить положительный поток через уплотнительные поверхности. Панель управления измеряет уплотняющий газ из источника высокого давления, регулируя его давление и поток в уплотнительную камеру.
Фильтры и каплеуловители удаляют любые частицы или жидкости из подачи газа, чтобы избежать загрязнения уплотнительных поверхностей. Системы кондиционирования газа могут нагревать подаваемый газ, чтобы предотвратить конденсацию паров из технологического газа.
Тандемные и двойные газовые уплотнения используются для максимальной надежности в критических компрессорах. В тандемной компоновке вторичное уплотнение действует как резервное, если первичное выходит из строя. Двойное газовое уплотнение поддерживает инертный барьерный газ между процессом и атмосферой для максимального контроля выбросов.