RU2731262C1

RU2731262C1 - Steam screw machine

Info

Publication number: RU2731262C1
Application number: RU2019128471A
Authority: RU
Inventors: Ринат Мансурович Гузаиров; Сергей Романович Березин; Алик Ядитович Мусаллямов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Башкирская генерирующая компания"
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-08-31

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to steam screw machines. Machine comprises high-pressure housing 1 with inlet branch pipe 2, low-pressure housing 3 with outlet branch pipe 4, screw rotors parallel installed on pairs of support bearings 7 arranged in both housings 1 and 3, kinematically connected to each other by means of synchronizing gears 9 and equipped with thrust bearings 8 arranged in housing 1. Rotors are equipped with unloading disks 10 arranged in housing 1 with formation of unloading chambers 12 communicated via channels 13 with branch pipe 4. Between bearings 7 and the screw part of the rotors there are double end seals 14. At the junction of housings 1 and 3 there is bottom 15 with holes 16 for shafts of rotors and inlet opening 17. Separating diaphragms are installed in housings 1, 3 between each bearing 7 and seal 14 and make non-contact seals 20, 21 with rotors. Each diaphragm is made of two diaphragms 18 and 19, spaced apart to form annular volume 22 between them. Each volume 22 is equipped with hole 23 for supply of compressed air into it.

EFFECT: invention is aimed at improving operating characteristics of the machine, improving operating reliability during start-up and shutdown periods.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к устройствам паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на водяном паре.The invention relates to the field of power engineering, namely to devices for steam screw machines (PVM) operating on water steam.

Из уровня техники известна ПВМ (патент РФ №2319840, F01C 1/16, опубликовано 20.03.2008 г.), содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, ведущий и ведомый винтовые роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД и КНД опорных подшипниках, имеющие в средней части винтовые зубья, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и снабженные разгрузочными дисками, размещенными в расточках КВД с образованием разгрузочных полостей, сообщенных с выпускным патрубком, причем КВД и КНД соединены между собой при помощи центрирующего днища, расположенного по торцу высокого давления роторов.From the prior art, FDA is known (RF patent No. 2319840, F01C 1/16, published 03/20/2008), containing a high-pressure casing (HPC) with an inlet for supplying high-pressure steam, a low-pressure casing (LPC) with an outlet for low-pressure steam outlet, lead and driven screw rotors, installed in parallel on support bearings located in pairs in the HPC and LPC, having helical teeth in the middle part, connected to each other by means of synchronizing gears and equipped with unloading discs placed in the HPC bores with the formation of unloading cavities connected with the outlet pipe, and the HPC and LPC are interconnected by means of a centering bottom located at the high-pressure end of the rotors.

Недостатком известной ПВМ является возможность попадания масла из полости опорных подшипников в паровые полости и смешения воды со смазочным маслом, ухудшая тем самым свойства масла.The disadvantage of the known FDA is the possibility of oil getting from the cavity of the support bearings into the steam cavity and mixing water with the lubricating oil, thereby deteriorating the properties of the oil.

Наиболее близким техническим решением является ПВМ (патент РФ №2464427, МПК F01С 1/16, опубликовано 20.10.2012 г.), содержащая КВД с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, КНД с выпускным патрубком для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД и КНД опорных подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении и снабженные двойными торцовыми уплотнениями, а также размещенными в КВД разгрузочными дисками, причем торцы дисков, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком, между опорными подшипниками и торцовыми уплотнениями установлены разделительные диафрагмы с образованием с роторами зазоров и с торцовыми уплотнениями полостей, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков. Разделительные диафрагмы имеют противоположно направленные маслосгонную и водосгонную резьбы. Валы на участках, на которых диафрагмы образуют с роторами зазоры, имеют гладкую поверхность.The closest technical solution is a FDA (RF patent No. 2464427, IPC F01C 1/16, published on 20.10.2012), containing a pressure build-up pump with an inlet for supplying high-pressure steam, LPC with an outlet for removing low-pressure exhaust steam, leading and driven rotors, mounted in parallel on support bearings placed in pairs in the HPC and LPC, connected to each other by means of synchronizing gears, having helical teeth in their middle part, meshing and equipped with double end seals, as well as unloading discs located in the HPC, and the ends The discs facing the helical teeth are in communication with the inlet pipe, and the opposite ends are connected with the outlet pipe, separating diaphragms are installed between the support bearings and end seals to form gaps with the rotors and with end seals of cavities communicated with the atmosphere by means of drain pipes. The diaphragm seals have oppositely directed oil and water-draining threads. The shafts in the areas where the diaphragms form gaps with the rotors have a smooth surface.

Особенностью известной ПВМ является значительная продолжительность периодов пуска и останова из-за необходимости ее (ПВМ) предпускового прогрева и охлаждения после останова. В указанные периоды не допускается прекращение подачи смазочного масла, выполняющего также функции охлаждающей жидкости, и затворной воды в торцовых уплотнениях. Неудовлетворительная работа разделительных диафрагм может послужить причиной загрязнения смазочного масла водой и (или) дренируемой затворной воды смазочным маслом.A feature of the known FDA is a significant duration of the start and stop periods due to the need for its (FDA) pre-start heating and cooling after shutdown. During the indicated periods, it is not allowed to stop the supply of lubricating oil, which also acts as a cooling liquid, and barrier water in mechanical seals. Poor diaphragm seal performance can cause contamination of the lubricating oil with water and / or the drained seal water from the lubricating oil.

Недостатком известной ПВМ является низкая эффективность разделительных диафрагм в периоды пуска и останова ПВМ вследствие исчезновения насосного эффекта, обусловленного вращением валов, что приводит к снижению надежности машины.The disadvantage of the known FDA is the low efficiency of the separating diaphragms during the periods of starting and stopping the FDA due to the disappearance of the pumping effect caused by the rotation of the shafts, which leads to a decrease in the reliability of the machine.

Задачей изобретения является повышение надежности ПВМ. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик ПВМ за счет исключения обводнения смазочного масла и замасливания утечек воды из торцовых уплотнений.The objective of the invention is to improve the reliability of the FDA. The technical result of the invention is to improve the operational characteristics of the FDA by eliminating the watering of the lubricating oil and oily water leaks from the end seals.

Задача изобретения решается и технический результат достигается паровой винтовой машиной, содержащей корпус высокого давления с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, ведущий и ведомый винтовые роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в обоих корпусах опорных подшипниках, кинематически связанные между собой посредством синхронизирующих шестерен и снабженные упорными подшипниками, размещенными в корпусе высокого давления, причем ведущий и ведомый винтовые роторы снабжены разгрузочными дисками, размещенными в расточках корпуса высокого давления с образованием разгрузочных полостей, сообщенных посредством каналов с выпускным патрубком, между опорными подшипниками и винтовой частью роторов установлены двойные торцовые уплотнения, а на стыке корпусов высокого и низкого давления установлено днище с отверстиями для валов роторов и впускным окном, также в корпусах высокого и низкого давления между каждым опорным подшипником и торцовым уплотнением установлены разделительные диафрагмы, образующие с роторами бесконтактные уплотнения, в которой в отличие от прототипа каждая разделительная диафрагма выполнена из двух диафрагм, разнесенных между собой с образованием между ними кольцевого объема, причем каждый кольцевой объем снабжен отверстием для подачи в него сжатого воздуха.The problem of the invention is solved and the technical result is achieved by a steam screw machine comprising a high-pressure casing with an inlet for supplying high-pressure steam, a low-pressure casing with an outlet for removing low-pressure steam, leading and driven screw rotors mounted in parallel on paired in both casings support bearings, kinematically interconnected by means of synchronizing gears and equipped with thrust bearings located in the high-pressure housing, and the leading and driven screw rotors are equipped with unloading discs located in the bores of the high-pressure housing with the formation of relief cavities communicated through channels with the outlet pipe between support bearings and the screw part of the rotors are equipped with double mechanical seals, and at the junction of the high and low pressure housings there is a bottom with holes for rotor shafts and an inlet window, also in housings of high and low pressure pressure between each support bearing and the mechanical seal, separating diaphragms are installed, forming contactless seals with the rotors, in which, unlike the prototype, each separating diaphragm is made of two diaphragms spaced apart from each other to form an annular volume between them, and each annular volume is equipped with an opening for feeding compressed air into it.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен разрез ПВМ в вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора, на фиг. 2 - увеличенный вид А на фиг. 1, а на фиг. 3 - разрез ПВМ в горизонтальной плоскости, проходящей через продольные оси ведущего и ведомого роторов,The essence of the invention is illustrated by drawings, where FIG. 1 shows a section of the FDA in a vertical plane passing through the axis of the driving rotor, FIG. 2 is an enlarged view of A in FIG. 1, and in FIG. 3 - section of the FDA in a horizontal plane passing through the longitudinal axes of the driving and driven rotors,

Предлагаемая ПВМ содержит КВД 1 с впускным патрубком 2 для подачи пара высокого давления, КНД 3 с выпускным патрубком 4 для отвода пара низкого давления, ведущий 5 и ведомый 6 винтовые роторы. Роторы 5 и 6 параллельно установлены на попарно размещенных в КВД 1 и КНД 3 опорныхThe proposed FDA contains HPC 1 with inlet 2 for high pressure steam supply, LPC 3 with outlet 4 for low pressure steam removal, 5 and 6 driven screw rotors. Rotors 5 and 6 are installed in parallel on the support 3 located in pairs in HPC 1 and LPC

подшипниках 7, снабжены упорными подшипниками 8, размещенными в КВД 1, кинематически связаны между собой посредством синхронизирующих шестерен 9. Роторы 5 и 6 снабжены также разгрузочными дисками 10, размещенными в расточках 11 КВД 1 с образованием разгрузочных полостей 12, сообщенных с выпускным патрубком 4 посредством каналов 13, и двойными торцовыми уплотнениями 14. На стыке КВД 1 и КНД 3 расположено днище 15, в котором выполнены отверстия 16 для роторов 5, 6 и впускное окно 17. В КВД и КНД между опорными подшипниками 7 и двойными торцовыми уплотнениями 14 установлено по две разделительные диафрагмы 18 и 19, которые образуют с роторами бесконтактные уплотнения 20 и 21. Указанные разделительные диафрагмы разнесены между собой с образованием между ними кольцевого объема 22, причем указанный кольцевой объем снабжен отверстием 23 для подачи сжатого воздуха. Между разделительными диафрагмами 18 и двойными торцовыми уплотнениями 14 образованы кольцевые объемы 24, которые в нижней части сообщаются с атмосферой посредством отверстий 25.bearings 7, equipped with thrust bearings 8, placed in HPC 1, are kinematically connected to each other by means of synchronizing gears 9. Rotors 5 and 6 are also equipped with unloading discs 10, placed in bores 11 of HPC 1 with the formation of unloading cavities 12, communicated with the outlet pipe 4 by channels 13, and double mechanical seals 14. At the junction of HPC 1 and LPH 3 there is a bottom 15, in which holes 16 are made for rotors 5, 6 and an inlet window 17. In HPC and LPV between support bearings 7 and double mechanical seals 14 two separating diaphragms 18 and 19, which form contactless seals 20 and 21 with the rotors. The said separating diaphragms are spaced apart to form an annular volume 22 between them, said annular volume being provided with a hole 23 for supplying compressed air. Annular volumes 24 are formed between the separating diaphragms 18 and the double mechanical seals 14, which in the lower part communicate with the atmosphere through openings 25.

ПВМ работает следующим образом.PVM works as follows.

Пар высокого давления через впускной патрубок 2 и впускное окно 17 поступает в полость, образуемую зубьями роторов 5, 6 и расточками КНД 3, расширяется, увеличивая указанную полость, вращая роторы 5, 6 и обеспечивая возникновение механической мощности на роторах. Радиальные и осевые усилия, возникающие на роторах 5 и 6, воспринимаются опорными 7 и упорными 8 подшипниками, при этом осевые усилия, обусловленные воздействием пара на винтовые части роторов, частично компенсируются осевыми силами противоположного направления, действующими на разгрузочные диски 10. Бесконтактное вращение роторов 5 и 6 обеспечивается синхронизирующими шестернями 9. Вырабатываемая мощность с вала ведущего ротора посредством муфты передается на приводимый механизм.The high-pressure steam through the inlet 2 and the inlet port 17 enters the cavity formed by the teeth of the rotors 5, 6 and the bores of the LPC 3, expands, increasing the specified cavity, rotating the rotors 5, 6 and providing mechanical power on the rotors. The radial and axial forces arising on the rotors 5 and 6 are taken up by the support 7 and thrust bearings 8, while the axial forces caused by the action of steam on the screw parts of the rotors are partially compensated by the axial forces of the opposite direction acting on the discharge discs 10. Contactless rotation of the rotors 5 and 6 is provided by synchronizing gears 9. The generated power from the shaft of the driving rotor is transmitted through the clutch to the driven mechanism.

Во время работы ПВМ, а также в периоды прогрева и остывания, до пуска и после останова ПВМ, осуществляется ее снабжение смазочным маслом и затворной водой.During the operation of the FDA, as well as during the periods of heating and cooling, before starting and after the FDA is stopped, it is supplied with lubricating oil and barrier water.

Смазочное масло на подшипники 7 и 8 подается через отверстия 26 и отводится через отверстия 27. Изоляция масляных полостей со стороны торцовых уплотнений и препятствование загрязнению дренируемой затворной воды обеспечивается бесконтактными уплотнениями 21, образованными разделительными диафрагмами 19.Lubricating oil is supplied to bearings 7 and 8 through holes 26 and discharged through holes 27. Isolation of oil cavities on the side of mechanical seals and prevention of contamination of the drained barrier water is provided by contactless seals 21 formed by separating diaphragms 19.

Затворная вода в двойные торцовые уплотнения 14 подается через отверстия 28 и отводится через отверстия 29. Проникновению утечек затворной воды в масляные полости препятствуют бесконтактные уплотнения 20, образованные разделительными диафрагмами 18, а сами утечки стекают через отверстия 25 в дренаж.The barrier water in the double mechanical seals 14 is supplied through the holes 28 and is discharged through the holes 29. The penetration of the barrier water leaks into the oil cavities is prevented by the contactless seals 20 formed by the separating diaphragms 18, and the leaks themselves flow through the holes 25 into the drain.

Уплотнения 20 и 21 без дополнительных мероприятий не обеспечивают полной герметизации масляных полостей и полостей, в которые попадают утечки затворной воды, особенно в периоды пуска и останова ПВМ. Поэтому согласно изобретению предусмотрена подача сжатого воздуха через отверстия 23 в кольцевые объемы 22, которая обеспечивает противодавление, препятствующее протечкам через уплотнения 20 и 21 затворной воды и масла даже при отсутствии вращения валов ПВМ.Seals 20 and 21, without additional measures, do not provide complete sealing of oil cavities and cavities into which leakage of barrier water gets, especially during the periods of starting and stopping the FDA. Therefore, according to the invention, the supply of compressed air through the holes 23 to the annular volumes 22 is provided, which provides a back pressure that prevents leakage of barrier water and oil through the seals 20 and 21 even in the absence of rotation of the FDA shafts.

Таким образом, предложенная конструкция ПВМ позволяет улучшить ее эксплуатационные характеристики, а также повысить надежность ее работы в периоды пуска и останова.Thus, the proposed FDA design allows improving its operational characteristics, as well as increasing the reliability of its operation during start-up and shutdown periods.

Claims

Паровая винтовая машина, содержащая корпус высокого давления с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, ведущий и ведомый винтовые роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в обоих корпусах опорных подшипниках, кинематически связанные между собой посредством синхронизирующих шестерен и снабженные упорными подшипниками, размещенными в корпусе высокого давления, причем ведущий и ведомый винтовые роторы снабжены разгрузочными дисками, размещенными в расточках корпуса высокого давления с образованием разгрузочных полостей, сообщенных посредством каналов с выпускным патрубком, между опорными подшипниками и винтовой частью роторов установлены двойные торцовые уплотнения, а на стыке корпусов высокого и низкого давления установлено днище с отверстиями для валов роторов и впускным окном, также в корпусах высокого и низкого давления между каждым опорным подшипником и торцовым уплотнением установлены разделительные диафрагмы, образующие с роторами бесконтактные уплотнения, отличающаяся тем, что каждая разделительная диафрагма выполнена из двух диафрагм, разнесенных между собой с образованием между ними кольцевого объема, причем каждый кольцевой объем снабжен отверстием для подачи в него сжатого воздуха.A screw steam engine containing a high-pressure housing with an inlet for supplying high-pressure steam, a low-pressure housing with an outlet for removing low-pressure steam, leading and driven screw rotors mounted in parallel on support bearings located in pairs in both housings, kinematically connected to each other by means of synchronizing gears and equipped with thrust bearings located in the high-pressure housing, and the driving and driven screw rotors are equipped with unloading discs located in the bores of the high-pressure housing with the formation of unloading cavities communicated through channels with an outlet pipe, between the support bearings and the screw part of the rotors are installed double mechanical seals, and at the junction of the high and low pressure housings there is a bottom with holes for the rotor shafts and an inlet window, also in the high and low pressure housings between each support bearing and the mechanical seal at separating diaphragms are formed, forming contactless seals with the rotors, characterized in that each separating diaphragm is made of two diaphragms, spaced apart to form an annular volume between them, and each annular volume is equipped with an opening for supplying compressed air to it.