НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ТГДУ ДЛЯ БЕССМАЗОЧНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Современные центробежные машины требуют в настоящее время более надежных конструкций уплотнений и их систем. Применяемые концевые масляные уплотнения несут в себе до 50 % отказов. Затраты на обслуживание оборудования маслосистем и значительные потери масла снижают экономичность машин. Особой сложностью отличаются масляные системы уплотнений, предназначенные для работы в условиях, когда не допускается внешняя утечка уплотняемой среды. Поэтому на смену масляной системе управления приходит новый тип торцовых газодинамических уплотнений (ТГДУ), так называемые “сухие” уплотнения. В последнее время все больший интерес предприятий, производящих и эксплуатирующих центробежные компрессора, вызывают ТГДУ, которые более надежны и экономичны в работе. 3D модель ТГДУ показана на рис. 1.

Такого вида уплотнения проектируются в СКБ ТКМ ОАО “Сумское НПО им. М.В. Фрунзе” с использованием программного комплекса GDTU2, который был разработан совместно с Национальным техническим университетом “ХПИ”, г.Харьков. Программный комплекс GDTU2 по разработанной методике позволяет проводить расчеты деформированного состояния рабочей пары уплотнения от газодинамического давления в щели пары и внешнего нагружения с учетом теплоотдачи через рабочие кольца уплотнения. После изготовления ТГДУ проходят испытания на стенде экспериментально-исследовательского комплекса. Стенд высокоскоростной предназначен для испытания и натурной доводки конструкций ТГДУ. Экспериментальный стенд позволяет решать следующие актуальные задачи:

- определять статические и динамические характеристики уплотнений;

- проводить ресурсные испытания;

- определять влияние формы канавок вращающегося кольца и геометрии уплотнений на расходные характеристики;

- проводить унификацию конструкций уплотнений.

Вид стенда показан на рис. 2.

Стенд включает следующее оборудование: системы привода с регулировкой частоты вращения от 0 до 6500 об/мин, испытательный объект, позволяющий испытывать ТГДУ до 150 кг/см2 , газовое хранилище сжатого воздуха емкостью 6 м3 и давление до 320 кг/см2 , пульт управления стендом, щит с показывающими и регистрирующими приборами, воздухопроводы с запорно-регулирующей арматурой, системы охлаждения, расходомерные устройства.

На стенде были проведены испытания ТГДУ для компрессора 16ГЦ2-425/19-41 СМ1. Экспериментальный узел представляет собой торцовые уплотнения с трущимися парами, расположенными по схеме “спина” к “спине”. Схема экспериментального узла торцового уплотнения приведена на рис. 3.

Опытные узлы отличались аксиально-подвижными кольцами (АПК). Первое уплотнение испытывалось с АПК1, имеющим кольцевую проточку с тыльной стороны кольца по внутреннему диаметру, а второе уплотнение с АПК2 без кольцевой проточки. Расход через первое уплотнение при Р=25 кг/см2 в диапазоне частот вращения от 3000 об/мин до 6000 об/мин изменялся в пределах от 8 л/мин до 25 л/мин, а расход через второе уплотнение изменялся при тех же режимах работы от 3 л/мин до 12 л/мин. Продолжительность работы по времени второго уплотнения ограничивалось по температуре АПК2, которое за 3 часа непрерывной работы без охлаждения достигала 1200 С, а температура АПК1 в первом уплотнении была в пределах 60-650 С. При подаче охлаждения на опытные узлы продолжительность работы по времени второго уплотнения при повышении температуры до 1200 С составляла 5-6 часов. В общей сложности уплотнения отработали по 60 часов. После ресурсных испытаний опытные узлы подвергались дефектоскопии, лабораторному исследованию и визуальному осмотру. На рис. 4 показаны АПК1 и АПК2 после испытаний.

Из визуального осмотра отчетливо видно, что первое уплотнение, работающее с АПК1 с кольцевой проточкой, не имеет натиров на вращающемся кольце. Лабораторные исследования показали, что вращающееся кольцо и АПК1 первого уплотнения не имеет отклонений от технических требований на уплотнение и такие уплотнения могут быть пригодны к дальнейшим испытаниям. Визуальный осмотр второго уплотнения, работающего с АПК2 без кольцевой проточки имеет большие следы натиров на вращающемся кольце по всей его прилегающей поверхности к АПК2. Лабораторные обследования АПК2 обнаружили неплоскостность значительно превышающую технические требования документации на АПК и следы износа материала АПК2, что явилось причиной увеличения температуры кольца при ресурсных испытаниях и сокращения продолжительности работы узла уплотнения.

Проведенные испытания подтвердили правильность методики расчета ТГДУ и показали, что уплотнения такого типа могут создаваться только при применении точных методов расчета, высоких технологий изготовления и испытаниях каждой конструкции на стенде, что в конечном итоге должно привести к созданию конструкции уплотнения с минимальными утечками газа и высокой эксплуатационной надежностью.

По проведенным стендовым испытаниям к дальнейшей эксплуатации в центробежных компрессорах марки 16ГЦ2-425/19-41 СМ1 была принята конструкция первого уплотнения с АПК1.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004