Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
1 — веретенное масло, t — —10° С;
2 — веретенное масло, t — 30° С
уплотнениями, обеспечивающими запирание жидкости при малых скоростях вращения и в состоянии покоя.
На рис. 80 представлены результаты вычислений допускаемого предельного давления в зависимости от скорости вращения вала (диаметр вала 70 мм, длина втулки 60 мм, шаг резьбы 10 мм, число заходов резьбы 3).
Из этого рисунка видно, что для работы винтоканавочного уплотнения существенное значение имеет вязкость жидкости.
Потери мощности в рассмотренном уплотнении
Q3Ap
N
п 100 102
где Q в см3/с; Ap в кгс/см2. Удельные потери мощности
Nп __ Qs P ~ 100-102
кВт,
= Cv,
где
C =
я dac sin ф
Потери мощности в уплотнении сравнительно небольшие.
В качестве примера применения гидродинамического уплотнения можно привести схему уплотнительного узла, предназначен-
134
ного для герметизации паров ртути, служащих рабочим телом турбины, и паров масла, питающего опорные подшипники в ядер-ной энергетической установке SNAP-8, рассчитанной на длительную работу в условиях высокого вакуума в космосе [HO]. Пары ртути в этой установке находятся при температуре 204° С и давлении 1,4 кгс/см2.
Уплотнительный узел установки (рис. 81) состоит из вязкостного уплотнения I1 теплообменника 7 с масляным охлаждением, молекулярного уплотнения 5 и торцового уплотнения 6.
дренаж
Рис. 81. Уплотнительный узел для герметизации паров ртути
Вязкостное уплотнение здесь выполнено в виде импеллера с канавками 2 на- поверхности, заключенного в корпусе теплообменника 7. Охлаждающее масло циркулирует пр линии 3—4. Жидкая ртуть сливается по продольным канавкам импеллера, скапливается в них и не попадает в наружную камеру. Выходное уплотнение 5 обеспечивает герметизацию паров ртути. В начальный период работы системы и при остановке уплотнение со стороны вакуума обеспечивается торцовым уплотнением 6.
Импеллерное уплотнение обеспечивает разделение паровой и жидкой фаз рабочего тела и исключает утечки жидкости. Наиболее ответственным для этого узла является создание устойчивого равновесия между жидкой и паровой фазами; исключающего утечки жидкости.
Вязкостное уплотнение представляет собой вал с наружной резьбой, установленный в корпусе герметизируемого узла и небольшим зазором. При вращении вала в результате взаимодействия резьбы с жидкостью образуется градиент давления, вызывающий ее течение в осевом направлении. Иногда вязкостные уплотнения располагают торцами друг к другу, так что канавки образуют шевронную поверхность. Такая конфигурация уплотнения при неполном заполнении канавок создает высокое давле-
135
ниє в центре и эффективно разделяет жидкостную и паровую фазы на кромках. Работоспособность вязкостного уплотнения определяется формой спиральной канавки, радиальным зазором между кромкой и корпусом, скоростью вращающегося вала, свойствами уплотняемой жидкости.
Указанное уплотнение работает устойчиво без малейших утечек при окружной скорости вала 3,18 м/с до величины радиального зазора 0,018 мм.
Глубина канавки в три раза больше радиального зазора между кромкой и корпусом. Канавка составляет 33% шага и 37% кромки. Ширина канавки в 12,5 раз больше глубины, а угол наклона спирали равен 14,5°.
25. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ КРОМОЧНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
В конструкциях гидродинамических кромочных уплотнений для более эффективной герметизации используется гидродинамический метод, т. е. для компенсации сил, вызывающих утечку, используется действие сил вязкого трения.
Такие уплотнения способны перемещать масло вдоль вала в определенном направлении, вследствие чего обеспечивается компенсация некоторых дефектов на самих уплотнениях и на валах.
Благодаря спиральным канавкам на соприкасающихся поверхностях вала и манжеты при вращении вала жидкость засасывается в пространство между наружной поверхностью вала и корпусом и в винтовые канавки. При этом создается гидродинамическое уплотняющее давление.
Гидродинамическое кромочное уплотнение устанавливается на вал с натягом. Эти уплотнения аналогичны радиальным контактным уплотнениям, но имеют винтовую канавку на детали из синтетического материала или на валу. На рис. 82, а показана схема гидродинамического уплотнения с ребрами, образованными на манжете, установленной в корпусе. Ребра расположены равномерно по окружности с внешней атмосферной стороны манжеты. Они выполняют роль миниатюрного гидродинамического насоса, уменьшающего утечки жидкости. Усилие, создаваемое пружиной в этой конструкции, несколько меньше, чем в обычных манжетных уплотнениях, HO не должно быть менее 3,5 кгс/см2 [104, 111].
Основным преимуществом описанных уплотнений является то, что они отбрасывают назад вытекающую жидкость. Они могут компенсировать дефекты вала и манжеты, имеют высокую долговечность и надежность^ и могут работать в широком диапазоне толщин масляной пленки. Этот тип гидродинамического уплотнения применяется только при одностороннем направлении вращения вала.
На рис. 82, б приведена схема уплотнения с винтовыми канавками на валу. Для обеспечения уплотнения при вращающемся и неподвижном валах глубина канавок не должна превышать
