RU2241835C2

RU2241835C2 - System to remove gas-polluted oil from seals of turbo-expander

Info

Publication number: RU2241835C2
Application number: RU2002112131/06A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Архипов (RU); Л.И. Архипов; Ю.В. Дюбанов (RU); Ю.В. Дюбанов; М.В. Карасева (RU); М.В. Карасева; В.Я. Кюнченков (RU); В.Я. Кюнченков; П.А. Рыбин (RU); П.А. Рыбин
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; turbines.

SUBSTANCE: invention relates to systems for adjusting seals and providing supply of oil to turbo-expanders. In proposed system for removal of gas-polluted oil from seals of turbo0expander, injector is installed in line along which gas-polluted oil is removed from float chambers into gas separator. Oil line from turbo-expander lubrication seal system is laid to nozzle of injector. Placed in said oil line are check valve and through valve installed in series with oil line from impeller charge laid additionally to through valve with possibility of delivery of lubricating oil to injector nozzle at starting and cutting off oil delivery to injector nozzle when turbo-expander attains operating mode. Invention improves reliability of operation of turbo-expander seal system owing to mounting suction injector with through and check valves at gas-polluted oil drain from float chambers.

EFFECT: improved reliability of turbo-expander seal system.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области турбостроения, в частности к системам регулирования уплотнений и маслоснабжения турбодетандеров.The present invention relates to the field of turbine construction, in particular to systems for regulating seals and oil supply for turbo expanders.

Известна система регулирования нагнетателя природного газа, в которой для удаления загазованного масла из уплотнений нагнетателя установлены автоматические поплавковые камеры, из которых газ сбрасывается на всас нагнетателя, а масло сливается в бак-дегазатор (см., например, проспект фирмы “Nuovo-Pignone”, стр.1, 7)There is a known natural gas supercharger control system, in which automatic float chambers are installed to remove gas contaminated from the supercharger seals, from which gas is discharged to the supercharger suction and the oil is drained into a degasser tank (see, for example, Nuovo-Pignone brochure, pg. 1, 7)

Известна система регулирования нагнетателей, содержащая магистраль слива загазованного масла из полости за торцовым уплотнением в газоотделитель и установленную в этой магистрали поплавковую камеру (см., например, кн. К.А.Тельнов и др. “Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом”, Ленинград, “Недра”, ЛO, 1983 г. стр.80...85), прототип.A known system for controlling superchargers containing a gas discharge line from a cavity behind a mechanical seal to a gas separator and a float chamber installed in this highway (see, for example, Prince K. A. Telnov and others. “Automation of gas pumping units with a gas turbine drive”, Leningrad , “Bowels”, LO, 1983, pp. 80 ... 85), prototype.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы системы уплотнений турбодетандера, в частности, путем повышения надежности удаления загазованного масла из уплотняемых полостей на всех режимах работы турбодетандера, включая пусковые.The objective of the invention is to increase the reliability of the sealing system of the turboexpander, in particular, by increasing the reliability of the removal of gas contaminated oil from the sealed cavities in all modes of operation of the turbine expander, including the starting ones.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются опорные и упорный подшипники, торцовые и лабиринтные уплотнения вала и импеллер, установленные в турбодетандере, система смазки и уплотнений турбодетандера, установленный на маслобаке турбодетандера газоотделитель, линия отвода загазованного масла из уплотняемых полостей и установленные в этой линии поплавковые камеры, линия отвода масла из поплавковых камер в газоотделитель и магистраль нагнетания импеллера, при этом в линии отвода загазованного масла из поплавковых камер в газоотделитель установлен инжектор с подведенной к его соплу магистралью масла смазки из системы смазки и уплотнений турбодетандера, а в этой магистрали установлены последовательно обратный клапан и проходной клапан с подведенной к нему дополнительно магистралью масла из нагнетания импеллера и возможностью подачи масла смазки к соплу инжектора на пусковом режиме и прекращения подачи масла смазки к соплу инжектора при выходе турбодетандера на рабочий режим.The essential features of the present invention are thrust and thrust bearings, mechanical and labyrinth shaft seals and an impeller installed in a turboexpander, a lubricant system and seals of a turboexpander, a gas separator installed on the turbo-expander oil tank, a gas discharge line for gas cavities to be sealed and float chambers installed in this line, a line drainage of oil from the float chambers to the gas separator and the impeller discharge line, while in the line for the discharge of gas polluted from the float chambers p, an injector is installed in the gas separator with a lubricant oil line connected to its nozzle from the lubrication system and turbine expander seals, and a check valve and a check valve in series with an additional oil line connected to it from the impeller discharge and the possibility of supplying lubricant oil to the injector nozzle starting mode and stopping the supply of lubricant oil to the injector nozzle when the turbo expander enters the operating mode.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в линии отвода загазованного масла из поплавковых камер в газоотделитель установлен инжектор с подведенной к его соплу магистралью масла смазки из системы смазки и уплотнений турбодетандера, а в этой магистрали установлены последовательно обратный клапан и проходной клапан с подведенной к нему дополнительно магистралью масла из нагнетания импеллера и возможностью подачи масла смазки к соплу инжектора на пусковом режиме и прекращения подачи масла смазки к соплу инжектора при выходе турбодетандера на рабочий режим.A distinctive feature of the present invention is that an injector with a lubricant oil line connected to its nozzle from the lubrication system and turbo expander seals is installed in the gas discharge line from the float chambers to the gas separator, and a check valve and a check valve in series with it are connected in series additionally, the oil line from the discharge of the impeller and the possibility of supplying lubricant oil to the injector nozzle at start-up mode and stopping the supply of lubricant oil to the injector nozzle torus when the turbo expander enters the operating mode.

На чертеже схематично изображена система отвода загазованного масла из уплотнений турбодетандера.The drawing schematically depicts a system for removing gassed oil from turbine expander seals.

Турбодетандер 1 с выполненными в нем опорными подшипниками 2 и 3, упорным подшипником 4, торцовыми 5 и 6 и лабиринтными 7 и 8 уплотнениями, полостями 9 и 10 перед торцовыми уплотнениями 5 и 6 и импеллером 11 установлен на маслобаке 12. На маслобаке 12 установлены также поплавковые камеры 13 и 14 и газоотделитель 15, верхний патрубок которого соединен со свечой, а нижняя часть опущена в маслобак 12. Из полостей 16 и 17 за торцовыми уплотнениями 5 и 6 выполнены линии отвода загазованного масла 18 и 19 в поплавковые камеры 13 и 14 соответственно, а из камер 13 и 14 выполнена линия отвода масла 20 в газоотделитель 15 с вентилями 21 и 22 и инжектором 23 в ней. Из верхних частей поплавковых камер 13 и 14 выполнены линии сброса газа 24 и 25 в верхнюю часть газоотделителя 15.Turbo expander 1 with thrust bearings 2 and 3 made therein, thrust bearing 4, mechanical 5 and 6 and labyrinth 7 and 8 seals, cavities 9 and 10 in front of mechanical seals 5 and 6 and impeller 11 is installed on the oil tank 12. Also installed on the oil tank 12 the float chambers 13 and 14 and the gas separator 15, the upper nozzle of which is connected to the candle, and the lower part is lowered into the oil tank 12. From the cavities 16 and 17 behind the mechanical seals 5 and 6 there are made the lines for the discharge of the gassed oil 18 and 19 into the float chambers 13 and 14, respectively , and from cameras 13 and 14 to an oil drain line 20 to a gas separator 15 with valves 21 and 22 and an injector 23 therein. From the upper parts of the float chambers 13 and 14, gas discharge lines 24 and 25 are made to the upper part of the gas separator 15.

На всас импеллера 11 и через обратный клапан 26 и клапан проходной 27 к соплу инжектора 23 подведена магистраль масла смазки 28 из системы смазки и уплотнений 29. В клапане проходном 27 выполнены клапан 30, связанный с поршнем 31, полость 32 над поршнем 31, пружина 33, полость 34 под поршнем 31, отверстие 35. К полости 32 над поршнем 31 подведена магистраль 36 из нагнетания импеллера 11. Из системы смазки и уплотнений 29 выполнена магистраль 37 подачи масла высокого давления в полости 9 и 10 торцовых уплотнений 5 и 6.At the inlet of the impeller 11 and through the check valve 26 and the check valve 27 to the nozzle of the injector 23, a lubricant oil line 28 from the lubrication system and seals 29 is connected. A check valve 30 is connected to the piston 31, the cavity 32 above the piston 31, the spring 33 , a cavity 34 under the piston 31, a hole 35. A pipe 36 from the discharge of the impeller 11 is connected to the cavity 32 above the piston 31. From the lubrication system and seals 29, a high-pressure oil supply pipe 37 is made in the cavities 9 and 10 of the mechanical seals 5 and 6.

Работает система отвода загазованного масла из уплотнений турбодетандера следующим образом (см. фиг.1).The system for discharging gas contaminated oil from the seals of the turboexpander operates as follows (see figure 1).

Перед запуском турбодетандера 1 из системы смазки и уплотнений 29 по магистрали 37 в полости 9 и 10 перед торцовыми уплотнениями 5 и 6 подают масло высокого давления (масло уплотнения). Часть этого масла поступает на опорные подшипники 2 и 3, другая часть масла просачивается через торцовые уплотнения 5 и 6 в полости 16 и 17 соответственно. К упорному подшипнику 4 подводится по магистрали смазки 28 масло смазки. Из опорных 2, 3 и упорного 4 подшипников масло сливается самотеком в маслобак 12. Из полостей 16, 17 за торцовыми уплотнениями 5, 6 просачивающееся через уплотнения масло по линиям 18 и 19 поступает в камеры 13 и 14 соответственно. По конструктивным соображениям (в частности, для уменьшения габаритов) турбодетандер 1, газоотделитель 15 и поплавковые камеры 13 и 14 (выполняющие также и функцию гидрозатворов) размещены на маслобаке 12 таким образом, что патрубки слива масла из поплавковых камер находятся ниже патрубка приема масла на газоотделителе 15, то есть самотеком масло по линии 20 из поплавковых камер 13 и 14 в газоотделитель 15 сливаться не будет. А так как предпусковой режим турбодетандера может быть достаточно длительным (прокачка масла, проверка систем и т. д.), то масло заполнит поплавковые камеры, полости 16 и 17 и далее пойдет через лабиринтные уплотнения 7 и 8 непосредственно в турбодетандер 1, что, конечно, недопустимо. Чтобы избежать этого, установлен инжектор 23, к соплу которого через обратный клапан 26 и проходной клапан 27 по магистрали смазки 28 подведено масло смазки из системы смазки и уплотнений 29. В результате инжектор 23 отсасывает масло из поплавковых камер 13 и 14 (конечно, когда уровень масла в них достаточно высок и они открыты) и сбрасывает его в газоотделитель 15. При этом клапан проходной 27 открыт для прохода масла смазки, так как в полости 32 при неработающем импеллере 11 давление такое же, как и в полости 34, и пружиной 33, воздействующей на поршень 31, клапан 30 поднят и отверстие 35 открыто.Before starting the turboexpander 1 from the lubrication system and seals 29, a high pressure oil (seal oil) is supplied in front of the mechanical seals 5 and 6 along the line 37 in the cavities 9 and 10. Part of this oil enters the thrust bearings 2 and 3, another part of the oil seeps through the mechanical seals 5 and 6 in the cavity 16 and 17, respectively. To the thrust bearing 4 is supplied through the lubrication line 28 lubricant oil. From the supporting 2, 3 and persistent 4 bearings, oil is drained by gravity into the oil tank 12. From the cavities 16, 17 behind the mechanical seals 5, 6, the oil that leaks through the seals through lines 18 and 19 enters the chambers 13 and 14, respectively. For structural reasons (in particular, to reduce the dimensions), the turbo expander 1, gas separator 15 and float chambers 13 and 14 (which also function as hydraulic locks) are placed on the oil tank 12 so that the oil drain pipes from the float chambers are located below the oil intake nozzle on the gas separator 15, that is, by gravity, oil along line 20 from the float chambers 13 and 14 will not merge into the gas separator 15. And since the pre-start mode of the turbo-expander can be quite long (oil pumping, checking the systems, etc.), the oil will fill the float chambers, cavities 16 and 17 and then go through the labyrinth seals 7 and 8 directly to the turbo-expander 1, which, of course is unacceptable. To avoid this, an injector 23 is installed, to the nozzle of which a lubricating oil from the lubrication system and seals 29 is connected through the check valve 26 through the lubrication line 28. As a result, the injector 23 draws oil from the float chambers 13 and 14 (of course, when the level the oil in them is quite high and they are open) and discharges it into the gas separator 15. At the same time, the check valve 27 is open for the passage of lubricating oil, since in the cavity 32 with the inoperative impeller 11 the pressure is the same as in the cavity 34 and the spring 33, acting on the piston 31, to apan 30 is raised and the opening 35 is open.

При подаче в турбодетандер 1 газа высокого давления (вал турбодетандера начинает вращаться) через лабиринтные уплотнения 7 и 8 газ просачивается в полости 16 и 17, в эти же полости через торцовые уплотнения 5 и 6 поступает масло из полостей 9 и 10, так как его давление выше давления газа. Из полостей 16 и 17 загазованное масло отводится по линиям 18 и 19 в верхние части поплавковых камер 13 и 14. Для того чтобы отвод загазованного масла из полостей 16 и 17 происходил эффективнее, из верхних частей поплавковых камер 13 и 14 производится отвод газа, выделившегося внутри камер 13 и 14 из загазованного масла, по магистралям 24 и 25 в верхнюю часть газоотделителя 15. При достаточно высоком уровне масла в поплавковых камерах 13 и 14 они открываются и сбрасывают масло (теперь уже под давлением) по линии 20 в газоотделитель 15, то есть теперь (когда турбодетандер 1 находится под давлением газа) для удаления масла из камер 13 и 14 инжектор 23 не нужен.When high pressure gas is fed into the turbo-expander 1 (the turbo-expander shaft begins to rotate) through the labyrinth seals 7 and 8, gas leaks into the cavities 16 and 17, oil from the cavities 9 and 10 enters the same cavities through the mechanical seals 5 and 6, since its pressure higher than gas pressure. From the cavities 16 and 17, the gassed oil is discharged along the lines 18 and 19 to the upper parts of the float chambers 13 and 14. In order to more efficiently drain the gassed oil from the cavities 16 and 17, the gas released inside the upper parts of the float chambers 13 and 14 is discharged chambers 13 and 14 from gassed oil, along lines 24 and 25 to the upper part of the gas separator 15. With a sufficiently high oil level in the float chambers 13 and 14, they open and discharge the oil (now under pressure) through line 20 to the gas separator 15, i.e. now (when the turbo turnbuckle 1 is under gas pressure) to remove the oil from the chambers 13 and 14 of the injector 23 is not needed.

Поэтому для выключения инжектора 23 из работы установлен клапан проходной 27. Когда турбодетандер 1 выйдет на рабочий режим, то давлением масла нагнетания импеллера 11, которое по магистрали 36 поступит в полость 32 клапана проходного 27, поршень 31 сожмет пружину 33 и клапан 30 перекроет отверстие 35. Масло смазки перестанет поступать к клапану обратному 26. Клапан обратный 26 противодействуют обратному потоку масла из инжектора 23 в клапан проходной 27. Вентили 21 и 22 нужны для проведения замеров (камеры поплавковые 13 и 14 тарированы) расхода масла уплотнения, просачивающегося через торцовые уплотнения в полости 16 и 17.Therefore, to turn off the injector 23 from operation, the checkpoint valve 27 is installed. When the turboexpander 1 enters the operating mode, the pressure of the impeller 11 injection oil, which enters the cavity 32 of the checkpoint valve 27 via the line 36, the piston 31 will compress the spring 33 and the valve 30 will block the opening 35 . Lubricant oil will cease to flow to the check valve 26. The check valve 26 counteract the return flow of oil from the injector 23 to the check valve 27. Valves 21 and 22 are needed to measure (float chambers 13 and 14 calibrated) the oil flow rate is sealed sludge seeping through mechanical seals in cavities 16 and 17.

Claims

A system for extracting oil from turbine expander seals, containing thrust and thrust bearings, mechanical and labyrinth shaft seals and an impeller installed in a turboexpander, a lubricant system and turbine expander seals, a gas separator installed on the turbo-expander oil tank, a gas discharge line for sealing cavities and pop poplars installed in this line chambers, a line for discharging oil from the float chambers to the gas separator and an impeller discharge line, characterized in that in the line for discharging gas from the gas of bench chambers, an injector is installed in the gas separator with a lubricant oil line connected to its nozzle from the lubrication system and turbine expander seals, and a check valve and a check valve in series with an additional oil line connected to it from the impeller discharge and the possibility of supplying lubricant oil to the injector nozzle are installed in this line at start-up mode and stopping the supply of lubricant oil to the injector nozzle when the turbo-expander enters the operating mode.