Эксплуатационная надежность турбокомпрессорных машин в значительной степени зависит от работы уплотнительных узлов, герметизирующих вращающийся ротор. Одной из важнейших проблем современного машиностроения является задача создания надежных и герметичных уплотнений роторов центробежных компрессоров. Это обусловлено, с одной стороны, высокими давлениями уплотняемой среды и окружными скоростями в уплотняющем контакте, с другой стороны – очень жесткими требованиями к герметичности и надежности, которые повышаются вместе с ростом параметров.
Традиционно для этой цели используются бесконтактные уплотнения (щелевые, лабиринтные, плавающие кольца и др.). Наиболее применяемые в компрессорах уплотнения с наружным и внутренним плавающими кольцами, между которыми подается запирающее масло под расчетным давлением, достаточно надежны, но не лишены недостатков, а именно:
• большие безвозвратные потери масла, особенно при пусках;
• низкий ресурс плавающих колец;
• повышенная загазованность масла в баке;
• колебания перепада давления на внутреннем кольце.
Более перспективными являются торцовые уплотнения, которые обладают высокой герметизирующей способностью, и у которых гарантированный зазор между уплотняющими поверхностями колец находится в пределах 2…5 мкм, в отличие от щелевых, где зазор достигает десятых долей миллиметра.
Отличительной особенностью уплотнений НПЦ «АНОД» с гидрозатвором, получивших название малорасходных, является не только минимальный уровень утечек (0,05…0,1 кг/ч) масла в перекачиваемый газ, но и высокая стабильность этого уровня, независимо от перепада давления, частоты вращения ротора и температуры. Такие высокие показатели качества и надежности обусловлены конструктивными особенностями уплотнений, обеспечивающими постоянство формы и величины зазора в уплотняющем стыке.
За более чем 20 лет деятельности НПЦ «АНОД» поставляет уже третье поколение малорасходных масляных уплотнений для центробежных нагнетателей магистральных газопроводов. К ним относятся уплотнения вала для нагнетателей типа: 235-21-1 (130УТГ1), 235-28-1(150УТГ), 370-14-1(120УТГ), 370-18-1(140УТГ), 520-12-1(145УТГ), 650-21-2(200УТГ). В настоящее время более 3000 уплотнений производства НПЦ «АНОД» эксплуатируются в составе нагнетателей газоперекачивающего оборудования предприятий ОАО «ГАЗПРОМ». Согласно справкам этих предприятий усредненная величина безвозвратных потерь масла в перекачиваемый газ составляет 0,12…0,2 кг/час на нагнетатель, а годовая экономия турбинного масла исчисляется десятками тонн. Следует отметить, что уплотнения успешно работают в диапазоне окружных скоростей 40…50 м/с, перепада давления «масло-газ» до 6 кгс/см2 и давлении перекачиваемого газа до 80 кгс/см2 при уровне утечек масла 0,05…0,1 кг/ч.
Одна из значимых работ НПЦ «АНОД» – разработка торцовых уплотнений типа 110УТГП, предназначенных для замены щелевых уплотнений в высоко-оборотистых (до 8300 об/мин) нагнетателях природного газа НЦ-6,3. Уплотнение представляет собой блок, состоящий из корпуса со сквозными отверстиями для прохода масла, передней и задней крышек. Внутри блока размещаются: основное — торцовое одинарное, и вспомогательное – щелевое, уплотнения. Причем, торцовое уплотнение имеет подвижный уплотняющий контакт между двумя кольцами пары трения, одно из которых размещено во вращающейся вместе с валом втулке, а другое – неподвижное, установлено в обойме, поджимаемой комплектом пружин.
Вспомогательное щелевое уплотнение выполнено в виде обоймы, содержащей два плавающих кольца, внутренний диаметр которых образует с хвостовиком вращающейся втулки радиально-щелевое уплотнение. Отличительной особенностью данного щелевого уплотнения является то, что осевая длина плавающего кольца уменьшена до 0,15 диаметра вала, что позволило уменьшить массу кольца и избавиться от реакции на перекосы вала.
Благодаря конструктивным мерам (уменьшение диаметра вращающихся деталей основного уплотнения, применение новых материалов) затраты на трение вращающихся элементов с кольцами пар трения сведены к минимуму и составляют не более 3,5 кВт на уплотнение.
Первый комплект уплотнений 110УТГП эксплуатируется в составе нагнетателя НЦ-6,3-56/1,45 на КС «Ворсменская» Приокского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Н. Новгород» с 10.05.2000 года.
На базе опыта, полученного в процессе разработки конструкции уплотнения для нагнетателя НЦ-6,3-56/1,45, НПЦ «АНОД» по заданию НПО «ИСКРА» (г. Пермь) разработал торцовые уплотнения типа 150УТГП 00.00 к сменным проточным частям СПЧ76/1,44 и СПЧ76/1,35 нагнетателей ГПА-Ц-16. Идентичные по конструкции уплотнения 150УТГП и 150УТГП1 были поставлены в агрегаты ГПА-Ц-16 со сменными проточными частями СПЧ-76/1,44 и СПЧ-76/1,35 (ноябрь 2001г., декабрь 2002г.) на КС «Кунгурская», КС «Новокомсомольская», КС «Ныдинская». С высокими показателями надежности работают уплотнения 150УТГП3 00.00 в составе агрегатов ГПУ-16 на линейной ГКС Пильнинского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Н. Новгород».
В настоящее время реализована программа на КС Ставропольского УПХГ по полной замене щелевых уплотнений на торцовые типа 125УТГП в нагнетателях Ц-6,3/51 и Ц-6,3/100. Основные требования, предъявляемые к нагнетателям, эксплуатирующимся на станциях ПХГ — это минимальные утечки масла и повышенная надежность оборудования.
НПЦ «АНОД» совместно с АОЗТ «НИКТИТ» (г. Санкт-Петербург) специально разработали и изготовили комплект уплотнений вала центробежного нагнетателя Н47-74-1 в составе агрегата ГПА–4РМ. Одной из особенностей уплотнения является то, что оно рассчитано на работу в стояночном режиме при давлении до 10 МПа. Агрегат, установленный на КС Касимовского ПХГ, наработал 25 000 часов при более 300 пусках — остановах, безвозвратные потери масла составляют 0,022 кг/час, что на порядок ниже заявленных в техническом задании.
В 2011 году пущены в эксплуатацию холодильные компрессоры Д203ГЦ1-710 на станции охлаждения газа СОГ-4 КС «Ямбургская». Компрессоры изготовлены Сумским МНПО им М. В. Фрунзе и оснащены двойными торцовыми уплотнениями 130УТДГ2. Уплотнения также рассчитаны на работу в длительном стояночном режиме без сброса газа из полости нагнетателя.
Работы НПЦ «АНОД» в области уплотнительной техники доказывают возможность применения торцовых уплотнений на окружных скоростях до 80м/с, давлении — до 10,0МПа и температуре уплотняемой среды — до 200°С. Уплотнения с гидрозатвором менее критичны к перекосам ротора в подшипниковых опорах и высоким уровням вибрации (до 50 мкм). Уровень утечек масла в перекачиваемый газ уплотнений производства НПЦ «АНОД» почти на порядок меньше чем у уплотнений конкурентов. Данные уплотнения способны с достаточной надежностью и малыми затратами герметизировать валы высокооборотных механизмов и продлевать эксплуатацию нагнетателей природного газа и компрессоров предприятий нефтехимических производств.
Новым направлением деятельности НПЦ «АНОД» в последние годы является сухое газодинамическое уплотнение (СГДУ). За прошедшие три года СГДУ были поставлены на предприятия Лукойла, Роснефти, Газпрома и Новатэка. При проектировании и производстве СГДУ предприятие использует самые последние разработки в новейших материалах и специальных покрытиях. Все эти достижения позволяют СГДУ производства НПЦ «АНОД» показывать надежность и долговечность работы уплотнений на уровне лучших мировых производителей. В частности, уплотнение 190УТТС, установленные в 25-мегаватный нагнетатель природного газа PCL804-2/36/B (ГТНР-25И), уже два года успешно работают на магистральном газопроводе ПАО «Газпром». В отличие от импортного образца производства Бургманн, вместо которого установлено СГДУ 190УТТС, уплотнение производства НПЦ «АНОД» имеет конструкцию с реверсивными парами трения и доработанный корпус, что в сумме позволяет устанавливать уплотнение с любой стороны компрессора. За два года эксплуатации работоспособность уплотнения не ухудшилась, что подтверждает уровень утечки через уплотнение, который изменился с 39 до 40 нЛ/мин за весь период эксплуатации при 129 нЛ/мин – предельно допустимых.
Также предприятием активно ведется ремонт уплотнений импортного производства. Десятки уплотнений импортного производства прошли ремонт различной сложности в условиях сервисного центра НПЦ «АНОД». Ни к одному из отремонтированных либо вновь произведенных СГДУ пока замечаний не поступало.
Немаловажным узлом любого компрессора являются также подшипники. В этой области НПЦ «АНОД» активно проектирует, производит и ремонтирует радиальные и радиально-упорные подшипники скольжения для насосов и компрессоров. На прилагаемой фотографии представлены радиальные и радиально-упорные подшипники для винтового компрессора, спроектированные и изготовленные в НПЦ «АНОД» совместно с БПЦ Инжиниринг для дожимных компрессоров. Рабочие характеристики подшипников представлены в табл. 1.
Таблица 1. Рабочие характеристики подшипников 150ППР и 150ППРУ
| Наименование | Значение |
| Температура масла | 60-65ºС |
| Масса роторов | 500 кг |
| Осевые силы | |
| ведущий ротор | 7300 кгс |
| ведомый ротор | 3200 кгс |
| Материальное исполнение | |
| Корпус | Сталь 20 ГОСТ1050-88 |
| поверхность скольжения | Баббит Б-83ГОСТ 1320-74 |
| Частота вращения: | |
| ведущий ротор | 3000 об/мин |
| ведомый ротор | 2000 об/мин |
В рамках программы импортозамещения актуальным остается вопрос по ремонту и замене и импортных подшипников. На представленных фотографиях представлены результаты ремонта осевых и радиальных подшипников центробежного компрессора THERMDYNRC7-6B для ЗАО «Нортгаз» группы предприятий НОВАТЭКа. Радиальный подшипник -WAUKESHATJ120-048, осевой подшипник –WAUKESHA М8190.
Ремонты колодок подшипников включали в себя следующие этапы: удаление использовавшегося слоя баббита; подготовка поверхности основания колодок под заливку баббитом; нанесение баббита марки не ниже Б-83; финишная механическая обработка; контрольные обмеры в ОТК. Последующая эксплуатация отремонтированных подшипников показала высокий уровень качества ремонтов, что в сумме с кратчайшими сроками и невысокой их стоимостью была высоко оценена конечными заказчиками.
Параметры и характеристики радиального подшипника TJ120-048
| Типоразмер подшипника | TJ120-048 |
| Диаметр отверстия подшипника (мм) | 120 |
| Длина подшипника (мм) | 48 |
| Количество вкладышей | 5 |
| Номинальная температура масла на входе | 50 °C |
| Максимальная температура колодок подшипника | 130 °С |
Параметры и характеристики осевого подшипника М8190
| Типоразмер подшипника | М8190 |
| Рабочее положение вала | Горизонтальное |
| Диаметр внешний, мм | 235 |
| Диаметр внутренний мм | 113 |
| Частота вращения вала об/ мин | до 9000 |
| Осевое усилие, воспринимаемое подшипником, кН, не более | 78 |
| Осевой зазор, мм | 0,4 |
| Площадь поверхности, мм2 | 18600 |
В настоящее время научный и производственный уровень НПЦ «АНОД» позволяет проводить работы по производству, импортозамещению и ремонту уплотнений и подшипников для центробежных компрессоров и нагнетателей на уровне ведущих мировых производителей. Все это в конечном счете позволяет повышать уровень надежности при эксплуатации центробежных компрессоров и получать экономическую выгоду предприятиям газовой, химической и нефтехимической отраслей.