Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
(Од 2 (Од ’
при этом
(-^)2__(J^)2=0,75.
\ (OrJ V (Од / ’
При опытах с центробежными уплотнениями [2] это выражение имело значение, равное ~ 0,75, а по данным работы 1106], 0,8—1,0. Допускаемое рабочее давление жидкости зависит от угловой скорости вращения крыльчатки, от радиальных размеров слоя жидкости R и гъ от высоты ребер и величины торцовых зазоров между ДИСКОМ И кожухом. Центробежное давление Рц не зависит от ширины кольца жидкости. Так как жидкость, находящаяся в полости уплотнения, сообщается через зазоры с жидкостью в основной рабочей полости, то при увеличении центробежного давления часть жидкости будет выжиматься обратно в рабочую полость, а при малом числе оборотов жидкость будет из рабочей полости устремляться в полость уплотнений, т. е. объем жидкости в полости уплотнений (он зависит от числа оборотов крыльчатки) регулируется автоматически.
При малых числах оборотов вала центробежное уплотнение неэффективно и может успешно применяться только при определенных значениях числа оборотов крыльчатки и при соответствующих. значениях R и гг.
Центробежные уплотнения при R = Ar0 могут обеспечивать запирание жидкости при давлениях до 125 кгс/см2, при скорости вала до 50м/с. Для запирания больших давлений жидкости требуется увеличение диаметров дисков или количества их.
Определение момента сопротивления вращению вала от сил трения в центробежном уплотнении
Сопротивление движению диска в жидкости, замкнутой в кожухе, связано с жидкостным трением в пограничном слое [23 ]. Толщина ламинарного пограничного слоя для вращающегося диска
б 3,71 ]/^->
128
где v = J-----кинематический коэффициент вязкости; р = ---
плотность жидкости.
Толщина турбулентного пограничного слоя для вращающегося диска
«~ода(тйг)
Переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному определяется числом Рейнольдса.
Для вращающегося диска Re = ——.
Критическое число Рейнольдса ReKp>3*105.
Определим момент сопротивления вращению диска при установившемся движении.
Согласно исследованиям [23 ] при ламинарном течении момент сопротивления для диска, вращающегося в свободном пространстве, смачиваемого с двух сторон,
і
2МТ = 0,616tt7?4p(voo3)2 , (105)
или
где
2МТ = Cu-Z-OU?,
Cu = 2Мт = 3,87 Re-0-5.
-g-ю*/?»
При вращении диска в узком кожухе
DI
2 Mt = Jx сот] —-—
или
Cm= 2 я —. м s Re
Когда осевой зазор s велик по сравнению с толщиной пограничного слоя при вращении диска в кожухе, Cm можно также определить по методу С. М. Тарга, где
Cm = 2,52 Re-0»5.
Если s > би диск вращается в цилиндрической камере, то во вращение приводится вся жидкость, и поэтому относительная скорость диска и жидкости получается меньше, чем в неограниченном пространстве, отсюда будет меньше и момент сопротивления.
5 Г. В. Макаров
129
Согласно объяснениям Прандтля при больших зазорах на обеих сторонах диска образуются пограничные слои, в которых жидкость движется от центра к периферии, а на обеих крышках камеры — два других пограничных слоя, в которых жидкость движется от периферии к центру. В промежутках между этими слоями находится слой пассивной жидкости, равномерно вращающийся и медленно протекающий от крышек к диску.
При турбулентном течении для диска, вращающегося в неограниченном пространстве,
Cm = 0,146 Re-0-2.
Для диска, вращающегося в кожухе, при турбулентном режиме,
Cm~0,078 Re-«'2.
Приведенные выше значения толщины пограничного слоя и моментов сопротивления получены для вращающихся гладких дисков. Для более точного расчета центробежных уплотнений необходимо получение соответствующих опытных данных для дисков, снабженных ребрами.
Потери мощности на преодоление сил трения в центробежном уплотнении определяются по формуле
Ar _ MtW D т 102 ’
где Mt в КГС-М, CO в 1/с.
Удельные потери мощности
Nt _ смр (O3Rb р 2 102р
Удельные потери сильно возрастают с увеличением R.
Количество тепла, выделяющегося в уплотнении, может быть значительным, поэтому необходимо производить проверку теплового режима уплотнения,
Определение осевого усилия для центробежных уплотнений
Осевое усилие при отсутствии утечки жидкости, т. е. при P «? Рпред (рис. 75)
R R
P0 = (p — pa)n(R2 — rl) + jpAu.dF — \ pBn,dF, (106)
r0 r2
где
рлц = ^-«1 (г2 — /-о); рвц = <4 (г2 — rty, dF = 2nrdr-
Pa — давление в полости, в которую сливается жидкость.
130
Подставляя выражения рлц, Рва,> dF в выражение P0 и интегрируя это выражение, получим
P0 = (р — pa)n(R2 — rl)
Y“i
2g
Я4 + 'о
¦R2rl
или
VcoI
2g
(— f \ (Од )
Po = (P-Pa)K (R2 -$4 R‘‘+ rO n2_2\_^
¦R2rl
(O2
(Од
tf4+'24
(107)
Эта сила нагружает подшипники вала в осевом направлении. График изменения Р0в зависимости от (O1 (п) при отсутствии утечки жидкости (ра = = 0), P= рпред, г2 = г0 Я = 2го и диаметре вала 70 мм представлен на рис. 76.
Для устройств, у которых имеются силы, действующие вдоль вала, например для центробежных насосов, косозубых зубчатых передач и др., желательно устанавливать центробежные уплотнения так, чтобы осевые силы по возможности взаимно уничтожались.