RU2448277C1

RU2448277C1 - Unloading and protection method of thrust bearing of two-sectional centrifugal compressor

Info

Publication number: RU2448277C1
Application number: RU2010153785/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Андрианов (RU); Александр Васильевич Андрианов; Александр Иванович Архипов (RU); Александр Иванович Архипов; Яхия Зиннатович Гузельбаев (RU); Яхия Зиннатович Гузельбаев; Олег Львович Кузьмин (RU); Олег Львович Кузьмин; Александр Петрович Харитонов (RU); Александр Петрович Харитонов
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-04-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: unloading and protection method of thrust bearing of two-sectional centrifugal compressor with back-to-back arrangement of impellers and unloading device, which has low pressure cavity and high pressure cavity between sections and individual bypassing outline of each section, is performed by changing the differential pressure on the unloading device versus the parameter determining axial force acting on the thrust bearing. Current difference in coils of electromagnets is used as the parameter determining the axial force acting on electromagnetic thrust bearing. Current difference signal is converted to axial force signal which is compared to pre-emergency and emergency values of axial force signal and control signals of closing and opening sequence of bypass valves are generated to maintain the axial force value in the allowable range.

EFFECT: improving reliability and quick action of axial force control and reduction of load on thrust bearing and its protection in multi-mode two-sectional centrifugal compressors with electromagnetic bearings and with back-to-back arrangement of impellers.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в центробежных компрессорах с электромагнитными подшипниками, преимущественно двухсекционных с расположением колес «спина к спине».The invention relates to the field of compressor engineering and can be used in centrifugal compressors with electromagnetic bearings, mainly two-section with the location of the wheels "back to back".

Известен способ разгрузки упорного подшипника турбомашины путем изменения давления в полостях разгрузочного устройства в зависимости от параметра, определяющего осевое усилие, действующее на упорный подшипник. В качестве определяющего параметра осевого усилия используют величину прогиба упругих пластин в упорном подшипнике, давление масла под колодками подшипников или температуру колодок (см., например, описания к авторским свидетельствам №903570 от 07.02.1982 г., №641167 от 05.01.1979 г., №469815 от 05.05.1975 г.).A known method of unloading the thrust bearing of a turbomachine by changing the pressure in the cavities of the unloading device, depending on the parameter that determines the axial force acting on the thrust bearing. As a determining parameter of the axial force, the magnitude of the deflection of the elastic plates in the thrust bearing, the oil pressure under the bearing blocks or the temperature of the blocks are used (see, for example, descriptions for copyright certificates No. 903570 of February 2, 1982, No. 641167 of January 5, 1979. , No. 469815 of 05/05/1975).

Недостаток этих способов заключается в низкой надежности, а также инерционности системы обратной связи «датчик - исполнительный орган».The disadvantage of these methods is the low reliability, as well as the inertia of the feedback system "sensor - executive body".

Известен также способ разгрузки упорного подшипника, реализованный в саморегулируемом разгрузочном устройстве, заключающийся в том, что при изменении режима работы компрессора ротор перемещается, изменяя пропускную способность лабиринтов, образующих разгрузочную камеру, таким образом, что в этой камере устанавливается новое давление, достаточное для восстановления равновесия ротора на новом режиме (см., например, Шнепп В.Б. «Осевая устойчивость циркуляционного центробежного компрессора при наличии разгрузочного устройства» в сборнике докладов ЛЕННИИХИММАШа «Центробежные компрессорные машины» изд. Машиностроение, 1966 г., с.175-185).There is also a known method of unloading a thrust bearing, implemented in a self-regulating unloading device, which consists in the fact that when the compressor operating mode changes, the rotor moves, changing the throughput of the labyrinths forming the unloading chamber, so that a new pressure is established in this chamber sufficient to restore equilibrium rotor in the new mode (see, for example, Shnepp VB "Axial stability of a circulating centrifugal compressor with an unloading device" in the collection reports of LENNIICHIMMASH “Centrifugal Compressor Machines”, published by Mechanical Engineering, 1966, pp. 175-185).

В многорежимных центробежных компрессорах диаметр межсекционного разгрузочного устройства (думмиса) выбирают в диапазоне вблизи расчетной точки, исходя из допустимых нагрузок упорного подшипника с учетом возможного износа лабиринтного уплотнения думмиса. При работе компрессора на повышенных расходах или при аварийных остановах, когда происходит резкое снижение давлений за каждой из секций, результатирующая осевая сила, действующая на ротор, может поменять как направление, так и величину и превысить допустимые усилия на упорный подшипник.In multimode centrifugal compressors, the diameter of the inter-section unloading device (dumis) is selected in the range near the design point, based on the permissible loads of the thrust bearing, taking into account the possible wear of the labyrinth seal of the dumis. When the compressor is operating at increased flow rates or during emergency stops, when there is a sharp decrease in pressure for each section, the resulting axial force acting on the rotor can change both direction and magnitude and exceed the allowable forces on the thrust bearing.

Применение вышеупомянутого способа разгрузки упорного подшипника изменением давления в полости разгрузочного устройства за счет пропускной способности лабиринтов в многорежимных компрессорах с расположением разгрузочного устройства (думмиса) между секциями в ряде случаев приводит к отрицательной реакции поведения ротора, т.е. любое перемещение ротора приводит к увеличению осевой силы, действующей на ротор в направлении перемещения.The use of the aforementioned method of unloading a thrust bearing by changing the pressure in the cavity of the unloading device due to the throughput of the labyrinths in multimode compressors with the location of the unloading device (dummis) between the sections in some cases leads to a negative reaction of the rotor behavior, i.e. any movement of the rotor leads to an increase in the axial force acting on the rotor in the direction of movement.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и быстродействия регулирования осевой силы и снижение нагрузки на упорный подшипник и защиты его в многорежимных двухсекционных центробежных компрессорах с электромагнитными подшипниками и с расположением колес «спина к спине».The technical result of the invention is to increase the reliability and speed of axial force regulation and reduce the load on the thrust bearing and protect it in multi-mode two-section centrifugal compressors with electromagnetic bearings and with the arrangement of wheels "back to back".

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора с расположением рабочих колес «спина к спине» и разгрузочным устройством, имеющего полость низкого давления и полость высокого давления между секциями и индивидуальный контур байпасирования каждой секции, путем изменения перепада давления на разгрузочном устройстве в зависимости от параметра, определяющего осевое усилие, действующее на упорный подшипник, при этом в качестве параметра, определяющего осевое усилие, действующее на электромагнитный упорный подшипник, используют разность токов в катушках электромагнитов, сигнал разности токов преобразуют в сигнал осевой силы, который сравнивают с предаварийным и аварийным значениями сигнала осевой силы и вырабатывают сигналы управления последовательности закрытия и открытия байпасных клапанов для поддержания значения осевой силы в допустимом диапазоне.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the method of unloading and protecting the thrust bearing of a two-section centrifugal compressor with the location of the back-to-back impellers and an unloading device having a low-pressure cavity and a high-pressure cavity between sections and an individual bypass circuit for each section by changing the differential pressure on the unloading device, depending on the parameter that determines the axial force acting on the thrust bearing, while as a vapor meters that determine the axial force acting on the electromagnetic thrust bearing, use the current difference in the coils of the electromagnets, the signal of the current difference is converted into an axial force signal, which is compared with the emergency and emergency values of the axial force signal and the control signals for closing and opening the bypass valves are generated to maintain values of axial force in the allowable range.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез компрессора.The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of a compressor.

Способ разгрузки и защиты упорного подшипника реализуется, преимущественно, в двухсекционном центробежном компрессоре, содержащем корпус 1, в котором установлен двухсекционный ротор 2 с расположенными на нем «спина к спине» рабочими колесами 3 и 4. Ротор 2 установлен в корпусе 1 на электромагнитном упорном подшипнике 5. Компрессор содержит межсекционную разделительную стенку 6, в зоне которой на роторе 2 между рабочими колесами 3, 4 установлено устройство для разгрузки подшипника 5 от осевых усилий, включающее думмис 7 и полости 8, 9 соответственно низкого и высокого давления, образованные между торцовыми поверхностями думмиса 7 и рабочими колесами 3, 4 первой и второй секции соответственно.The method of unloading and protecting the thrust bearing is mainly implemented in a two-section centrifugal compressor comprising a housing 1, in which a two-section rotor 2 with impellers 3 and 4 located on it “back to back” is installed. The rotor 2 is installed in the housing 1 on an electromagnetic thrust bearing 5. The compressor contains an intersectional separation wall 6, in the area of which on the rotor 2 between the impellers 3, 4 there is a device for unloading the bearing 5 from axial forces, including dummies 7 and cavities 8, 9 respectively low and high pressure formed between the end surfaces of the dummies 7 and the impellers 3, 4 of the first and second sections, respectively.

Полость 8 низкого давления сообщается посредством линии 10 с байпасным (регулирующим) клапаном 11 со всасыванием в первую секцию компрессора, а полость 9 высокого давления сообщается посредством линии 12 с байпасным (регулирующим) клапаном 13 со всасыванием во вторую секцию компрессора. Электромагнитный упорный подшипник 5 содержит правый и левый электромагниты, установленные на статоре, и упорный гребень (не показаны), установленный на роторе 2 компрессора. В зоне расположения правого и левого электромагнитов установлены датчики 14, 15 тока электромагнитов, разность аналоговых сигналов которых определяет величину и направление действия результирующего осевого усилия. Токи в электромагнитах формирует система 16 управления магнитного подвеса (СУМП). СУМП формирует токи таким образом, чтобы компенсировать результирующее осевое усилие, действующее на ротор 2 компрессора.The low pressure cavity 8 communicates via line 10 with a bypass (control) valve 11 with suction to the first section of the compressor, and the high pressure cavity 9 communicates via line 12 with a bypass (control) valve 13 with suction to the second section of the compressor. The electromagnetic thrust bearing 5 comprises right and left electromagnets mounted on the stator and a thrust comb (not shown) mounted on the compressor rotor 2. In the area of location of the right and left electromagnets, electromagnet current sensors 14, 15 are installed, the difference of the analog signals of which determines the magnitude and direction of the resulting axial force. The currents in the electromagnets form the magnetic suspension control system 16 (SUMP). SUMP generates currents in such a way as to compensate for the resulting axial force acting on the compressor rotor 2.

Способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора реализуется следующим образом.The method of unloading and protection of the thrust bearing of a two-section centrifugal compressor is implemented as follows.

При изменении осевого усилия, действующего на упорный электромагнитный подшипник 5, изменяется разность токов в правой и левой катушках электромагнитов. Сигнал разности токов во время работы компрессора постоянно отслеживается датчиками 14, 15 и подается в преобразователь сигналов СУМП 16, где аналоговый сигнал преобразуется непосредственно в значение осевой силы, действующей на ротор 2 в текущий момент времени (по запросу оператора может быть выведен на пульт управления компрессором). В СУМП 16 заложены два граничных значения осевой силы: сигнал «предавария» и сигнал «авария». СУМП 16 формирует сигналы управления последовательности закрытия или открытия байпасных клапанов 11, 13 для поддержания осевой силы в допустимом диапазоне за счет изменения перепада давления по секциям (соответственно в полостях 8 и 9 разгрузочного устройства) и обеспечения взаимной компенсации осевых сил в каждой секции. При достижении предельного значения несущей способности упорного подшипника 5 (режим «авария») СУМП 16 формирует сигнал на полное открытие байпасных клапанов 11, 13 и на останов компрессора, тем самым защищает компрессор от поломок и разрушения.When changing the axial force acting on the thrust electromagnetic bearing 5, the current difference in the right and left coils of the electromagnets changes. The signal of the current difference during operation of the compressor is constantly monitored by sensors 14, 15 and fed to the signal converter SUMP 16, where the analog signal is converted directly to the value of the axial force acting on the rotor 2 at the current time (at the request of the operator can be displayed on the compressor control panel ) In SUMP 16 there are two boundary values of the axial force: the “pre-alarm” signal and the “accident” signal. SUMP 16 generates control signals for the closing or opening sequence of bypass valves 11, 13 to maintain axial force in the acceptable range by changing the differential pressure in sections (respectively in cavities 8 and 9 of the unloading device) and providing mutual compensation of axial forces in each section. Upon reaching the limit value of the bearing capacity of the thrust bearing 5 ("accident" mode), the SMPS 16 generates a signal to fully open the bypass valves 11, 13 and to stop the compressor, thereby protecting the compressor from breakdowns and destruction.

Повышение надежности разгрузки и защиты упорного подшипника 5 достигается за счет того, что только в электромагнитных подшипниках существует возможность выдачи в аналоговой форме текущих значений величины осевой силы, действующей на ротор 2, тем самым подробно рассмотреть влияние переходных процессов и своевременно предпринять меры по изменению алгоритмов управления.Improving the reliability of unloading and protection of the thrust bearing 5 is achieved due to the fact that only in electromagnetic bearings there is the possibility of issuing in an analogous form the current values of the axial force acting on the rotor 2, thereby examining in detail the effect of transients and taking timely measures to change control algorithms .

Claims

The method of unloading and protecting the thrust bearing of a two-section centrifugal compressor with the back-to-back impeller arrangement and unloading device having a low-pressure cavity and a high-pressure cavity between sections and an individual bypass circuit for each section by changing the pressure drop across the discharge device depending on the parameter determining the axial force acting on the thrust bearing, characterized in that as a parameter determining the axial force acting on the ele electromagnetic thrust bearing, use the current difference in the coils of the electromagnets, the signal of the current difference is converted into an axial force signal, which is compared with the pre-emergency and emergency values of the axial force signal, and control signals are generated for the sequence of closing and opening the bypass valves to maintain the value of the axial force in the acceptable range.