RU2557143C2 - Динамическая балансировка осевого усилия для центробежных компрессоров - Google Patents
Динамическая балансировка осевого усилия для центробежных компрессоров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2557143C2 RU2557143C2 RU2012127256/06A RU2012127256A RU2557143C2 RU 2557143 C2 RU2557143 C2 RU 2557143C2 RU 2012127256/06 A RU2012127256/06 A RU 2012127256/06A RU 2012127256 A RU2012127256 A RU 2012127256A RU 2557143 C2 RU2557143 C2 RU 2557143C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- balancing
- centrifugal compressor
- axial load
- pressure
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/051—Axial thrust balancing
- F04D29/0516—Axial thrust balancing balancing pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D17/08—Centrifugal pumps
- F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/008—Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/056—Bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2210/00—Working fluids
- F05D2210/10—Kind or type
- F05D2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S417/00—Pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
Abstract
Описаны система и способ динамической балансировки осевых нагрузок в центробежных компрессорах (10) для снижения остаточных осевых нагрузок на подшипники (20). Датчик или зонд (42) измеряет параметр, связанный с осевой нагрузкой, воздействующей на подшипник (20). На основе измеренного параметра управляют давлением в балансировочной камере (34) для регулировки компенсирующей осевой силы, формируемой балансировочным барабаном (28). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится в общем к центробежным компрессорам и в частности к балансировке осевого усилия в упомянутых компрессорах.
Предпосылки создания изобретения
[0002] Компрессором называют установку, которая повышает давление сжимаемой текучей среды, к примеру газа, посредством использования механической энергии. Компрессоры используют во множестве различных применений, включая их эксплуатацию в качестве первой ступени газотурбинного двигателя. Газотурбинные двигатели, в свою очередь, также применяют во множестве производственных процессов, включая производство электроэнергии, сжижение природного газа и другие процессы. Среди различных типов компрессоров, применяемых в упомянутых процессах и на производственных предприятиях, используют так называемые центробежные компрессоры, в которых механическая энергия воздействует на газ, входящий в компрессор путем центробежного ускорения, ускоряющего частицы газа, например, путем вращения центробежной крыльчатки или ротора, через который проходит упомянутый газ.
[0003] Центробежные компрессоры могут оснащаться одним ротором, так называемая одноступенчатая конфигурация, или множеством роторов, расположенных последовательно, в таком случае их часто называют многоступенчатыми компрессорами. Каждая ступень центробежного компрессора, как правило, включает впускной патрубок для сжимаемого газа, ротор, который способен передавать кинетическую энергию входному газу, и выходную трубу, которая преобразует кинетическую энергию газа, выходящего из ротора, в энергию давления.
[0004] Многоступенчатые центробежные компрессоры испытывают осевое усилие, воздействующее на ротор, которое вызвано разностью давлений в различных ступенях компрессора, и перепадом момента газа, изменяющего свое направление с горизонтального на вертикальное. Упомянутое осевое усилие обычно компенсируется балансировочным поршнем и подшипником, способным выдерживать осевое усилие. Поскольку упомянутый подшипник, испытывающий осевое усилие, не может выдержать нагрузку полного осевого усилия ротора, то для компенсации большей части осевого усилия предназначен балансировочный поршень, при этом подшипник должен выдерживать остаточное, или избыточное, осевое усилие. Балансировочный поршень реализуют, как правило, в виде вращающегося диска или барабана, который надевают на вал компрессора таким образом, что каждая сторона балансировочного диска или барабана испытывает при работе различное давление. Диаметр балансировочного поршня выбирают для получения требуемой осевой нагрузки, чтобы исключить перегрузку осевого подшипника остаточной нагрузкой. Традиционные подшипники с масляной смазкой, как правило, проектируются таким образом, чтобы выдерживать осевые силы, четырехкратно превышающие максимальное остаточное осевое усилие, которое предположительно может возникнуть при нештатных условиях, например, нагрузка, имеющая импульсный характер.
[0005] Однако вследствие изменений состояния газа при работе в компрессоре компенсации, обеспечиваемой балансировочным поршнем, может быть недостаточно для исключения перегрузки подшипника. Действительно, некоторые типы центробежных компрессоров чаще других подвержены упомянутым изменениям состояния газа, например, в задачах с хранением газа для многоступенчатых центробежных компрессоров с параллельной работой, в которых разность осевых усилий между первой и второй секциями компрессора, связанная с разностью коэффициентов потока, не может быть непосредственно компенсирована балансировочным поршнем. Соответственно, традиционные подшипники с масляной смазкой, как правило, проектируются таким образом, чтобы выдерживать осевые силы, четырехкратно превышающие максимальное остаточное осевое усилие, которое предположительно может возникнуть при нештатных условиях, например, при нагрузке, имеющей импульсный характер.
[0006] Другая, недавняя, разработка включает замену традиционных подшипников с масляной смазкой на активные магнитные подшипники (active magnetic bearings, AMB) в качестве осевой (и радиальной) вращающейся опоры для вала компрессора. Подшипники AMB работают на основе электромагнитного принципа для управления осевым и радиальным смещением внутри компрессора. Кратко, AMB включают электромагнит, управляемый усилителем мощности, который регулирует напряжение (и следовательно, ток) в витках обмотки электромагнита в зависимости от сигнала обратной связи, который отражает смещение ротора компрессора в устройстве. AMB обладают преимуществом, заключающимся в том, что они не требуют масляной смазки, а это упрощает общее техническое обслуживание компрессорной системы и потенциально устраняет необходимость обеспечения уплотнения между крыльчатками и подшипником. Однако AMB имеют также недостаток, заключающийся в том, что они не могут выдерживать столь же высокое осевое усилие, как традиционные подшипники с масляной смазкой.
[0007] Таким образом, необходимо разработать и предложить способы и системы для динамической балансировки осевого усилия в описанных выше компрессорах, которые позволят преодолеть упомянутые недостатки существующих систем балансировки.
Сущность изобретения
[0008] Примеры осуществления настоящего изобретения относятся к системам и способам динамической балансировки осевых нагрузок в центробежных компрессорах для снижения остаточных осевых нагрузок на применяемые в них подшипники. Датчик или зонд измеряет параметр, связанный с осевой нагрузкой, воздействующей на подшипник. На основе измеренного параметра управляют давлением в балансировочной камере для регулировки компенсирующей осевой силы, формируемой балансировочным барабаном. Преимущества, в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения, описанными в настоящем документе, включают, например, уменьшение остаточных осевых сил, воздействующих на подшипники в различных рабочих условиях. Однако специалистам в настоящей области техники следует понимать, что упомянутые преимущества не должны считаться ограничением настоящего изобретения, если они явно не описаны в одном или более пунктах приложенной формулы изобретения.
[0009] В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения центробежный компрессор включает узел ротора, включающий по меньшей мере одну крыльчатку, подшипник, связанный с упомянутым узлом ротора и предназначенный для его удержания с возможностью вращения, статор, балансировочный барабан, размещенный между упомянутой по меньшей мере одной крыльчаткой и упомянутым подшипником, балансировочную камеру, заданную по меньшей мере частично внешней стороной упомянутого балансировочного барабана и имеющую соединенную с ней балансировочную линию, датчик для измерения параметра, который связан с осевой нагрузкой на упомянутый подшипник и управляющий клапан для изменения давления в упомянутой камере на основе упомянутого измеренного параметра.
[0010] В соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения способ динамической балансировки осевой нагрузки, воздействующей на подшипник в центробежном компрессоре, включает следующие шаги: измерение параметра, связанного с осевой нагрузкой, и управление давлением в балансировочной камере, находящейся вблизи балансировочного барабана в центробежном компрессоре, на основе упомянутого измеренного параметра, для динамической балансировки осевой нагрузки, воздействующей на упомянутый подшипник.
Краткое описание чертежей
[0011] Приложенные чертежи иллюстрируют примеры осуществления настоящего изобретения, причем:
[0012] на фиг.1 представлено схематическое изображение центробежного компрессора многоступенчатого типа, который может быть оснащен механизмами динамической балансировки в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения;
[0013] на фиг.2 продемонстрирована статическая балансировка осевой нагрузки в центробежном компрессоре;
[0014] на фиг.3 продемонстрирована динамическая балансировка осевой нагрузки в центробежном компрессоре в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения; и
[0015] на фиг.4 представлена блок-схема алгоритма, иллюстрирующая способ динамической балансировки нагрузки в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
[0016] Дальнейшее подробное описание примеров осуществления настоящего изобретения ссылается на приложенные чертежи. Одни и те же числовые позиции на различных чертежах обозначают одни и те же или аналогичные элементы. При этом дальнейшее подробное описание не ограничивает настоящее изобретение. Напротив, объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения.
[0017] Для представления контекста последующего описания, касающегося систем балансировки усилия в соответствии с упомянутыми примерами осуществления настоящего изобретения, на фиг.1 схематически проиллюстрирован многоступенчатый центробежный компрессор 10, в котором подобные системы балансировки осевого усилия могут применяться. Компрессор 10 включает корпус или станину (статор) 12, в котором установлен вращающийся вал 14 компрессора, снабженный множеством центробежных крыльчаток 16. Узел 18 ротора включает вал 14 и крыльчатки 16, при этом он удерживается в радиальном и осевом направлениях посредством подшипников 20, которые размещены с каждой стороны узла 18 ротора.
[0018] Многоступенчатый центробежный компрессор работает для забора входного технологического газа из входного канала 22, для повышения давления технологического газа посредством работы узла 18 ротора и для последующего выброса технологического газа через выходной канал 24 с выходным давлением, превышающим входное давление. Технологический газ может представлять собой, например, любой из следующего: углекислый газ, сероводород, бутан, метан, этан, пропан, сжиженный природный газ или их комбинацию. Между роторами 16 и подшипниками 20 для предотвращения попадания технологического газа в подшипники 20 обеспечивают системы 26 уплотнения. Корпус 12 выполнен с возможностью закрытия и подшипников 20, и системы 26 уплотнения для предотвращения утечки газа из центробежного компрессора 10. В соответствии с различными примерами осуществления настоящего изобретения подшипники 20 могут быть реализованы или как подшипники с масляной смазкой, или как активные магнитные подшипники. Если в качестве подшипников 20 применяют активные магнитные подшипники, то механизмы 26 уплотнения могут быть опущены.
[0019] Центробежный компрессор 10 включает также описанный выше балансировочный поршень (барабан) 28 вместе с соответствующим лабиринтным уплотнением 30. Балансировочная линия 32 поддерживает давление в балансировочной камере 34 на внешней стороне балансировочного барабана равным (или практически равным) давлению, с которым технологический газ входит через входной канал 22. Однако в соответствии с различными примерами осуществления настоящего изобретения, описанными ниже, упомянутая балансировочная линия 32 включает управляющий клапан, который может модулировать давление в балансировочной камере 34 на основе, например, измеренной осевой нагрузки на подшипник 20, или вблизи него, в соответствии с дальнейшим более подробным описанием относительно фиг.3.
[0020] Сначала, однако, представляется полезным привести описание взаимодействия различных элементов, показанных на фиг.1, и их общей связи с осевой нагрузкой путем рассмотрения фиг.2. На фиг.2 принципиально проиллюстрированы различные силы осевой нагрузки, связанные с работой центробежного компрессора 10. В соответствии с изображением фиг.2 крыльчатки 16 прикладывают осевую нагрузку (силу) на подшипники 20 в направлении внутренней стороны (с малым давлением) компрессора 10, вследствие, например, различий между ступенями, изменения момента газа и т.п. Несмотря на его отсутствие на фиг.2 двигатель, вращающий вал 18 компрессора, будет прикладывать (практически постоянную) осевую нагрузку в противоположном направлении, то есть в направлении внешней стороны (с высоким давлением) центробежного компрессора 10. Для компенсации остаточной осевой нагрузки от крыльчаток 16 в системе спроектирован балансировочный барабан 28 для приложения осевой силы, в направлении внешней стороны, причем величина упомянутой силы основана на разности прогнозируемой осевой нагрузки от крыльчаток и мотора. Это осуществляют, например, путем проектирования системы таким образом, чтобы давление Рu технологического газа с внутренней стороны балансировочного барабана 28 было выше, чем давление Ре на внешней стороне балансировочного барабана 28, а также путем выбора балансировочного барабана соответствующего размера (диаметра) для формирования необходимой балансировочной силы. Упомянутая разность давлений создается и поддерживается путем обеспечения балансировочной линии 32 между балансировочной камерой 34 и основной линией всасывания, связанной со входным каналом 22, таким образом, чтобы давление в балансировочной камере было практически равным давлению на внутренней стороне крыльчаток 16.
[0021] В идеале, компенсация осевого усилия, обеспечиваемая балансировочным барабаном 28, обеспечит существенную компенсацию осевой нагрузки, прикладываемой к подшипникам 20 от крыльчаток 14, или по меньшей мере компенсирует достаточную величину осевой нагрузки для того, чтобы остаточная нагрузка лежала в пределах проектных технических характеристик подшипников 20. Однако в соответствии с предшествующим описанием отклонения параметров при работе подобных компрессоров и/или использование в качестве подшипников 20 АМВ может привести к тому, что остаточная нагрузка превысит проектные допуски на осевую нагрузку подшипников 20. Например, в следующей таблице 1 проиллюстрированы результаты испытания осевой нагрузки для примера центробежного компрессора 10 с шестью крыльчатками и балансировочным барабаном 28, имеющим диаметр, равный 231 мм, и вращающимся со скоростью 17000 об/мин. Данный испытательный компрессор был оснащен подшипниками АМВ в качестве подшипников 20, с номинальной проектной осевой нагрузкой около +/- 9000 Н.
Таблица 1 | ||||
Скорость потока, % | Осевая нагрузка двигателя,[Н] | Осевая нагрузка ступеней,[Н] | Осевая нагрузка барабана, [Н] | Остаточная нагрузка,[Н] |
141 | 11055 | -74644 | 49557 | -14032 |
140 | 11055 | -76773 | 51973 | -13745 |
·130 | 11055 | -103554 | 82378 | -10121 |
120 | 11055 | -122331 | 104646 | -6630 |
110 | 11055 | -137399 | 123401 | -2943 |
100 | 11055 | -149200 | 138755 | 609 |
90 | 11055 | -157029 | 150214 | 4241 |
80 | 11055 | -161512 | 157971 | 7514 |
73 | 11055 | -162875 | 161356 | 9536 |
Из таблицы 1 можно видеть, что для коэффициентов потока в 73%, 130%, 140% и 141% от номинальной проектной скорости потока остаточная осевая нагрузка, то есть осевая нагрузка, приходящаяся на подшипники АМВ 20 центробежного компрессора, превосходит показатели +/- 9000 H для подшипников, использованных в конфигурации, показанной на фиг.2, то есть с неуправляемой балансировочной линией 32.
[0022] В соответствии с некоторыми примерами осуществления настоящего изобретения в балансировочную линию 32 вводят управляющий клапан для обеспечения возможности автоматического управления давлением Ре, приложенного к внешней стороне балансировочного барабана 28 в соответствии с изображением фиг.3. На фиг.3 те же самые числовые позиции, что были использованы в фиг.1 и 2, относятся к тем же или аналогичным компонентам центробежного компрессора 10. Управляющий клапан 40 регулирует давление в балансировочной камере 34 для изменения противодействующей силы, формируемой балансировочным барабаном 28, например, как функции смещения подшипника 20, или осевой нагрузки на подшипник 20, измеренной датчиком или зондом 42.
[0023] Управляющий клапан 40, таким образом, управляет значением давления Ре и, соответственно, величиной компенсирующей осевой нагрузки, обеспечиваемой балансировочным барабаном 28. А именно путем закрытия управляющего клапана 40, повышают давление Ре, что уменьшает величину компенсирующей осевой нагрузки, обеспечиваемой балансировочным барабаном 28. Альтернативно, открывая управляющий клапан 40, уменьшают давление Ре, повышая, таким образом, величину осевой нагрузки, обеспечиваемой балансировочным барабаном. Когда управляющий клапан 40 полностью открыт, балансировочным барабаном 28 формируется максимальная величина компенсирующей осевой нагрузки. Поскольку величина нагрузки, обеспечиваемой балансировочным барабаном 28, в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения, изменяется с возможностью управления, представляется предпочтительным спроектировать балансировочный барабан таким образом, чтобы его максимальная компенсирующая осевая нагрузка превышала компенсирующую нагрузку традиционных статических компенсирующих барабанов (например, путем использования более крупного балансировочного барабана 28 в системе), поскольку в упомянутых примерах осуществления настоящего изобретения существует возможность уменьшать величину обеспечиваемой компенсации путем закрытия, если это необходимо, управляющего клапана 40.
[0024] Как указано выше, управляющим клапаном 40 управляют на основе сигнала обратной связи от зонда или датчика 42, отражающего величину осевой нагрузки, которую подшипник 20 испытывает в данное время. Измерения могут выполняться упомянутым зондом или датчиком 42 периодически, и отчет о них может передаваться обратно в управляющую логику 44, которая связана с управляющим клапаном 40, для реализации любого требуемого управляющего алгоритма для открытия или закрытия клапана 40, в соответствии с необходимостью регулирования для изменений в процессе работы, в результате которых происходит увеличение (или уменьшение) остаточной нагрузки на подшипники 20. Один из примеров связи между измеренной осевой нагрузкой и работой управляющей логики 44 для управления давлением газа с использованием клапана 40 рассмотрен ниже на примере таблицы 2. Управляющая логика 44 может быть выполнена в виде ASIC, FPGA, компьютера или процессора иного типа и может быть реализована исключительно в виде аппаратного обеспечения, исключительно в виде программного обеспечения или в виде какой-либо их комбинации. Датчик или зонд 42 может быть любым из множества различных типов. Например, если подшипник 20 является подшипником АМВ, то может применяться индуктивный датчик или зонд, например, для измерения смещения подшипника 20 под действием осевой нагрузки может использоваться потенциометрический датчик линейных перемещений (linear potentiometric displacement transducer, LPDT). Альтернативно, если подшипник 20 представляет собой подшипник с масляной смазкой, то более подходящей реализацией датчика или зонда 42 может быть вихретоковый датчик или зонд. Как альтернативы могут применяться другие типы датчиков, например, пьезоэлектрические, или датчики, измеряющие давление масляной пленки в подшипнике.
[0025] В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения управляющая логика 44 может включать пропорционально-интегрально-дифференциальный (proportional integral derivative, PID) контроллер, который автоматически, в замкнутой петле, изменяет давление в камере 34 балансировочного барабана, в зависимости от измеренного осевого усилия в установке. Например, для подшипников АМВ токи в витках обмотки АМВ отражают осевое усилие, управляемое системой. В частности, если ток в витках подшипника АМВ, испытывающего осевое усилие, превосходит заданное значение (порог), то управляющая логика 44 может воздействовать на клапан 40 посредством простого РID-контроллера. В соответствии с некоторыми примерами осуществления настоящего изобретения система управления может быть спроектирована с использованием смещения (значения гистерезиса) для предотвращения неустойчивых колебаний около какого-либо значения осевого усилия.
[0026] Были проведены испытания для оценки системы в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированными на фиг.3, для определения ее способности обеспечивать более эффективное управление остаточной нагрузкой на подшипники 20. В испытаниях использовался тот же тип центробежного компрессора 10, который испытывался выше для формирования результатов в таблице 1, то есть центробежный компрессор с шестью крыльчатками, вращающимися со скоростью 17000 об/мин, за исключением того, что балансировочный барабан 28 был увеличен в размерах и имеет диаметр, равный 247 мм, для обеспечения несколько более высокой способности компенсации осевой нагрузки в данной системе динамической балансировки. Результаты испытаний приведены ниже в Таблице 2.
Таблица 2 | |||||
Скорость потока, % | Осевая нагрузка двигателя,[Н] | Осевая нагрузка ступеней,[Н] | Входная осевая нагрузка,[Н] | Осевая нагрузка барабана, [Н] | Остаточная нагрузка, [Н] |
141 | 11055 | -74644 | 60 | 63141 | -448 |
140 | 11055 | -76773 | 60 | 66470 | 752 |
130 | 11055 | -103554 | 65 | 92105 | -394 |
120 | 11055 | -122331 | 69 | 109779 | -1497 |
110 | 11055 | -137399 | 72 | 125865 | -479 |
100 | 11055 | -149200 | 75 | 137265 | -881 |
90 | 11055 | -157029 | 77 | 146551 | 577 |
80 | 11055 | -161512 | 79 | 150734 | 277 |
73 | 11055 | -162875 | 80 | 152146 | 326 |
[0027] В таблице 2 можно увидеть, что давление Ре в балансировочной камере 34 изменяется по меньшей мере при большинстве различных значений скорости потока в таблице под управлением клапана 40. Управляющим клапаном 40 управляют с помощью датчика или зонда 42 и управляющей логики 44 так, что его сильнее закрывают (уменьшают давление Ре) для более высоких скоростей потока и сильнее открывают (увеличивают давление Ре) для более низких скоростей потока. Как можно увидеть из столбца остаточной нагрузки, это позволяет управлять остаточной нагрузкой на подшипник 20 в гораздо более узком диапазоне, чем было возможным без динамического управления в соответствии с различными примерами осуществления настоящего изобретения. Действительно, теперь значения легко укладываются в расчетные допуски для осевой нагрузки, выдерживаемой подшипниками АМВ (+/- 9000 Н). Следует отметить, что в данном примере номинальное давление в балансировочной камере (то есть когда управляющий клапан 40 полностью открыт) рассматриваемой испытательной установке составляет 52 (5,2 МПа) бар. Специалистам в настоящей области техники следует понимать, что параметры, использованные в упомянутых испытательных установках, связанных с таблицами 1 и 2, во всех отношениях являются исключительно иллюстративными.
[0028] Следует также понимать, что примеры осуществления настоящего изобретения обеспечивают возможность оснащения центробежных компрессоров подшипниками, способными выдерживать меньшие осевые усилия, поскольку осевая нагрузка на упомянутые подшипники управляется более эффективно. В дополнение, подобные компрессоры потенциально имеют более высокий коэффициент готовности за счет уменьшения остаточной нагрузки на подшипники. Способ управления остаточной осевой нагрузкой в подобных компрессорных системах в соответствии с различными примерами осуществления настоящего изобретения может выполняться в соответствии с иллюстрацией блок-схемы алгоритма на фиг.4. На фиг.4, на шаге 100, измеряют параметр, связанный с осевой нагрузкой на подшипник. Затем, на шаге 102, управляют давлением в балансировочной камере, расположенной вблизи балансировочного барабана в центробежном компрессоре, на основе упомянутого измеренного параметра, для динамической балансировки осевой нагрузки, воздействующей на упомянутый подшипник.
[0029] Описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения предназначены для иллюстрации, а не для ограничения настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение допускает множество вариаций в деталях его реализации, которые могут быть выполнены на основе описания, приведенного в настоящем документе, специалистами в настоящей области техники. Все подобные вариации и модификации следует считать попадающими в объем настоящего изобретения, заданный приложенной формулой изобретения. Ни один элемент, действие или инструкция, использованная в описании настоящей заявки, не должны считаться критичными или необходимыми для настоящего изобретения, если это явно не указано. Также в настоящем документе выражение "один из" подразумевает включение одного или более элементов.
Claims (15)
1. Центробежный компрессор (10), включающий:
узел (18) ротора, включающий по меньшей мере одну крыльчатку (16);
подшипник (20), связанный с упомянутым узлом (18) ротора, для его удержания с возможностью вращения;
статор (18);
балансировочный барабан (28), размещенный между упомянутой по меньшей мере одной крыльчаткой (16) и упомянутым подшипником (20);
балансировочную камеру (34), заданную по меньшей мере частично внешней стороной упомянутого балансировочного барабана (28) и имеющую соединенную с ней балансировочную линию (32);
датчик (42) для измерения параметра, который связан с осевой нагрузкой на упомянутый подшипник (20); и
управляющий клапан (40) для изменения давления в упомянутой балансировочной камере (34) на основе упомянутого измеренного параметра.
узел (18) ротора, включающий по меньшей мере одну крыльчатку (16);
подшипник (20), связанный с упомянутым узлом (18) ротора, для его удержания с возможностью вращения;
статор (18);
балансировочный барабан (28), размещенный между упомянутой по меньшей мере одной крыльчаткой (16) и упомянутым подшипником (20);
балансировочную камеру (34), заданную по меньшей мере частично внешней стороной упомянутого балансировочного барабана (28) и имеющую соединенную с ней балансировочную линию (32);
датчик (42) для измерения параметра, который связан с осевой нагрузкой на упомянутый подшипник (20); и
управляющий клапан (40) для изменения давления в упомянутой балансировочной камере (34) на основе упомянутого измеренного параметра.
2. Центробежный компрессор по п.1, также включающий:
управляющую логику, выполненную с возможностью приема выходного сигнала упомянутого датчика и управления упомянутым управляющим клапаном в соответствии с заранее заданной функцией.
управляющую логику, выполненную с возможностью приема выходного сигнала упомянутого датчика и управления упомянутым управляющим клапаном в соответствии с заранее заданной функцией.
3. Центробежный компрессор по п.2, в котором упомянутую заранее заданную функцию выполняют для увеличения давления в упомянутой балансировочной камере, когда упомянутая осевая нагрузка на упомянутый подшипник превышает заранее заданное значение.
4. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый подшипник является активным магнитным подшипником.
5. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый подшипник является подшипником с масляной смазкой.
6. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый измеряемый параметр представляет собой смещение подшипника.
7. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый измеряемый параметр представляет собой осевую нагрузку на упомянутый подшипник.
8. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый датчик является индуктивным датчиком.
9. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый датчик является пьезоэлектрическим датчиком.
10. Центробежный компрессор по любому из пп.1-3, в котором упомянутый датчик является вихретоковым датчиком.
11. Способ динамической балансировки осевой нагрузки, воздействующей на подшипник (20) в центробежном компрессоре (10), включающий:
измерение параметра, связанного с осевой нагрузкой; и управление давлением в балансировочной камере (34), находящейся вблизи балансировочного барабана (28) в упомянутом центробежном компрессоре (10), на основе упомянутого измеренного параметра для динамической балансировки осевой нагрузки, воздействующей на упомянутый подшипник (20).
измерение параметра, связанного с осевой нагрузкой; и управление давлением в балансировочной камере (34), находящейся вблизи балансировочного барабана (28) в упомянутом центробежном компрессоре (10), на основе упомянутого измеренного параметра для динамической балансировки осевой нагрузки, воздействующей на упомянутый подшипник (20).
12. Способ по п.11, в котором упомянутый шаг управления включает также:
открытие или закрытие клапана, соединенного с балансировочной линией, управляющей упомянутым давлением в упомянутой балансировочной камере.
открытие или закрытие клапана, соединенного с балансировочной линией, управляющей упомянутым давлением в упомянутой балансировочной камере.
13. Способ по п.11 или 12, в котором упомянутый шаг управления выполняют для увеличения давления в упомянутой балансировочной камере, когда упомянутая осевая нагрузка на упомянутый подшипник превышает заранее заданное значение.
14. Способ по любому из пп.11-12, в котором упомянутый подшипник является активным магнитным подшипником.
15. Способ по любому из пп.11-12, в котором упомянутый подшипник является подшипником с масляной смазкой.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ITCO2009A000072 | 2009-12-22 | ||
ITCO2009A000072A IT1397707B1 (it) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Bilanciamento dinamico di spinta per compressori centrifughi. |
PCT/EP2010/070001 WO2011076668A2 (en) | 2009-12-22 | 2010-12-16 | Dynamic thrust balancing for centrifugal compressors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012127256A RU2012127256A (ru) | 2014-01-27 |
RU2557143C2 true RU2557143C2 (ru) | 2015-07-20 |
Family
ID=42562492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012127256/06A RU2557143C2 (ru) | 2009-12-22 | 2010-12-16 | Динамическая балансировка осевого усилия для центробежных компрессоров |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130115042A1 (ru) |
EP (1) | EP2516866A2 (ru) |
JP (1) | JP5928827B2 (ru) |
KR (1) | KR20120123351A (ru) |
CN (1) | CN102762871B (ru) |
AU (1) | AU2010335267A1 (ru) |
BR (1) | BR112012015363A2 (ru) |
CA (1) | CA2785334A1 (ru) |
IT (1) | IT1397707B1 (ru) |
MX (1) | MX2012007457A (ru) |
RU (1) | RU2557143C2 (ru) |
WO (1) | WO2011076668A2 (ru) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITCO20110031A1 (it) * | 2011-07-28 | 2013-01-29 | Nuovo Pignone Spa | Treno di turbocompressori con supporti rotanti e metodo |
FR2997739B1 (fr) * | 2012-11-07 | 2015-01-09 | Thermodyn | Compresseur comprenant un equilibrage de poussee |
KR101299533B1 (ko) * | 2012-11-28 | 2013-09-10 | 한국기계연구원 | 구동부와 직렬연결된 밸런싱 머신 |
US20140271270A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Geotek Energy, Llc | Magnetically coupled expander pump with axial flow path |
EP3121450B1 (de) * | 2015-07-23 | 2020-09-02 | Sulzer Management AG | Pumpe zum fördern eines fluids mit variierender viskosität |
CN107131142B (zh) * | 2017-07-07 | 2018-07-06 | 中国科学院工程热物理研究所 | 离心式压缩机的启动控制装置及方法 |
DE102018212570A1 (de) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Robert Bosch Gmbh | Turbomaschine |
WO2020055688A1 (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | Carrier Corporation | Compressor configured to control pressure against magnetic motor thrust bearings |
CN112211844B (zh) * | 2019-07-09 | 2022-09-09 | 浙江盾安机电科技有限公司 | 平衡系统及平衡系统的控制方法 |
US11560900B2 (en) | 2020-06-09 | 2023-01-24 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Compressor driveshaft assembly and compressor including same |
CN112343668B (zh) * | 2020-11-03 | 2023-07-21 | 上海齐耀动力技术有限公司 | 超临界二氧化碳tac机组推力平衡系统及控制方法 |
CN112431640A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-02 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 一种管道式工艺气压力能回收发电装置及工艺气减压管路 |
US11555503B1 (en) | 2022-05-09 | 2023-01-17 | Blue Origin, Llc | Axial counterbalance for rotating components |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU802629A1 (ru) * | 1977-05-27 | 1981-02-07 | Предприятие П/Я А-3884 | Способ регулировани осевого усили ТуРбОКОМпРЕССОРА |
RU2247870C1 (ru) * | 2003-05-23 | 2005-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Турбо-Веста" | Узел упорного подшипника лопаточной машины |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2592688B1 (fr) * | 1986-01-08 | 1988-03-18 | Alsthom | Turbomachine. |
JPH0640951Y2 (ja) * | 1986-04-01 | 1994-10-26 | 三菱重工業株式会社 | 遠心圧縮機 |
JP3143986B2 (ja) * | 1991-10-14 | 2001-03-07 | 株式会社日立製作所 | 一軸多段遠心圧縮機 |
JPH08503757A (ja) * | 1992-08-10 | 1996-04-23 | ダウ、ドイチュラント、インコーポレーテッド. | 圧縮機を監視し制御するための方法及び装置 |
JP2591512B2 (ja) * | 1995-02-28 | 1997-03-19 | 日本電気株式会社 | 位置検出装置 |
US6367241B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-04-09 | Allison Advanced Development Company | Pressure-assisted electromagnetic thrust bearing |
JP2001173590A (ja) * | 1999-12-15 | 2001-06-26 | Hitachi Ltd | ターボ形遠心圧縮機 |
DE10043235A1 (de) * | 2000-09-02 | 2002-03-14 | Leybold Vakuum Gmbh | Vakuumpumpe |
GB2376505B (en) * | 2001-06-11 | 2003-12-17 | Compair Uk Ltd | Improvements in screw compressors |
CA2373905A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-08-28 | Ronald David Conry | Twin centrifugal compressor |
ITMI20022337A1 (it) * | 2002-11-05 | 2004-05-06 | Nuovo Pignone Spa | Assieme di bilanciamento di spinta assiale per un |
CN100368689C (zh) * | 2004-09-16 | 2008-02-13 | 北京化工大学 | 一种用于旋转流体机械的压差式推力平衡装置 |
JP4455968B2 (ja) * | 2004-09-30 | 2010-04-21 | 株式会社日立製作所 | 往復動圧縮機 |
CN100455824C (zh) * | 2005-01-30 | 2009-01-28 | 陆雄 | 动态调控用平衡鼓平衡轴向力的多级离心泵轴向力的方法 |
JP4532368B2 (ja) * | 2005-07-28 | 2010-08-25 | 東洋ゴム工業株式会社 | 製造途中の空気入りタイヤの検査方法および検査装置 |
FR2923540B1 (fr) * | 2007-11-13 | 2010-01-29 | Snecma | Dispositif de detection de rupture d'un arbre de turbomachine |
US20090142194A1 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | General Electric Company | Method and systems for measuring blade deformation in turbines |
KR100987781B1 (ko) * | 2008-09-10 | 2010-10-13 | 경원훼라이트공업 주식회사 | 압전 소자를 이용한 액츄에이터 및 액츄에이터 구동 방법 |
-
2009
- 2009-12-22 IT ITCO2009A000072A patent/IT1397707B1/it active
-
2010
- 2010-12-16 RU RU2012127256/06A patent/RU2557143C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2010-12-16 EP EP10793252A patent/EP2516866A2/en not_active Withdrawn
- 2010-12-16 US US13/518,574 patent/US20130115042A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-16 KR KR1020127019136A patent/KR20120123351A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-12-16 CA CA2785334A patent/CA2785334A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-16 CN CN201080064545.9A patent/CN102762871B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-12-16 BR BR112012015363A patent/BR112012015363A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2010-12-16 WO PCT/EP2010/070001 patent/WO2011076668A2/en active Application Filing
- 2010-12-16 AU AU2010335267A patent/AU2010335267A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-16 JP JP2012545248A patent/JP5928827B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-12-16 MX MX2012007457A patent/MX2012007457A/es not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU802629A1 (ru) * | 1977-05-27 | 1981-02-07 | Предприятие П/Я А-3884 | Способ регулировани осевого усили ТуРбОКОМпРЕССОРА |
RU2247870C1 (ru) * | 2003-05-23 | 2005-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Турбо-Веста" | Узел упорного подшипника лопаточной машины |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102762871A (zh) | 2012-10-31 |
JP5928827B2 (ja) | 2016-06-01 |
US20130115042A1 (en) | 2013-05-09 |
IT1397707B1 (it) | 2013-01-24 |
BR112012015363A2 (pt) | 2019-09-24 |
JP2013515192A (ja) | 2013-05-02 |
KR20120123351A (ko) | 2012-11-08 |
MX2012007457A (es) | 2012-11-21 |
RU2012127256A (ru) | 2014-01-27 |
WO2011076668A2 (en) | 2011-06-30 |
AU2010335267A1 (en) | 2012-07-19 |
EP2516866A2 (en) | 2012-10-31 |
CA2785334A1 (en) | 2011-06-30 |
WO2011076668A3 (en) | 2011-09-29 |
ITCO20090072A1 (it) | 2011-06-23 |
CN102762871B (zh) | 2016-10-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2557143C2 (ru) | Динамическая балансировка осевого усилия для центробежных компрессоров | |
EP3376079A1 (en) | Dry gas seal | |
RU2552880C2 (ru) | Газовый подшипник, расположенный в середине пролета вала | |
GB2462635A (en) | Turbo-machine axial thrust balancing | |
EP2386763B1 (en) | Multistage compressor with balancing pistons | |
US8596954B2 (en) | Method and system for reducing seal gas consumption and settle-out pressure reduction in high-pressure compression systems | |
EP2516864A1 (en) | Turbo-machine thrust balancer | |
WO1991014853A1 (en) | Control system for regulating the axial loading of a rotor of a fluid machine | |
JP6792086B2 (ja) | ターボコンプレッサ、及び、ターボコンプレッサの動作方法 | |
CN105143606A (zh) | 用于平衡推力的方法、涡轮和涡轮发动机 | |
US10563663B2 (en) | Nitrogen purge of compressor dry seal | |
GB2493737A (en) | Turbo-machine automatic thrust balancing | |
RU2448277C1 (ru) | Способ разгрузки и защиты упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора | |
Cich et al. | Mechanical Design and Testing of a 2.5 MW SCO2 Compressor Loop | |
Gruntfest et al. | Rotor Instability Problems In An Integrally Geared Compressor Supported By Tilting Pad Bearings. | |
Smith et al. | Troubleshooting of Sub-synchronous Torsional Interaction Phenomena on an Electric Motor-Driven Centrifugal Compressor | |
JPH04351318A (ja) | 気体軸受の給気制御方法及び装置 | |
CN115949469A (zh) | 一种超临界二氧化碳涡轮机推力自平衡系统及监控方法 | |
Bear et al. | Applications Using Dry Gas Seals to Control Axial Shaft Loads in Centrifugal Compressors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191217 |