Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Гидравлическое сопротивление тормоза при торможении i^r определяется уравнением (148), разность давлений р" — р' определяется уравнением (152).
Глава VI
ЩЕЛЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Сжиженные газы представляют собой легкокипящие жидкости с малой вязкостью, которые в процессе течения в зазоре при наличии притока тепла, например за счет работы сил вязкого трения, претерпевают фазовые превращения, т. е. переходят частично или полностью из жидкого состояния в газообразное, при этом значительно изменяются их свойства, например вязкость и др. Течение сжиженных газов в щелевых уплотнениях является неизученной областью.
35. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЩЕЛЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Состояние газов при возможных превращениях определяется термодинамическими диаграммами.
Диаграммы состояния указывают на возможность перехода сжиженных газов в пар при повышении температуры или при изменении давления.
При течении сжиженных газов в микрозазорах в пределах пограничных слоев на величину их расхода большое влияние оказывают работа силы вязкого трения и тепловые явления.
Как известно, напряжения сдвига между слоями протекающей
жидкости определяются выражением т = т] Наибольшего
значения -щ-, т и выделение тепла достигают вблизи стенок,
образующих кольцевую щель. Поэтому вблизи стенок сжиженные газы скорее могут переходить в пар и поток жидкости в кольцевом зазоре может быть отделен от стенок газовой кольцевой прослой* кой, которая будет существенно влиять на расход сжиженных газов.
Можно предположить, что при истечении сжиженных газов возможны следующие случаи:
1) течение в зазоре сжиженных газов при наличии совершенного охлаждения рабочих металлических поверхностей;
2) течение в зазоре сжиженного газа при наличии паровой прослойки вблизи стенок из-за недостаточного охлаждения деталей, образующих зазор;
184
3) течение в зазоре пара, в который превращаются сжиженные газы при наличии притока тепла перед входом в уплотнение и в самом уплотнении.
С точки зрения величины утечки худшими являются второй и третий случаи, когда через зазор имеет место истечение сжиженного газа и влажного пара. В этих случаях утечка является наибольшей.
36. ТОЛЩИНА ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
В пограничном слое имеет место большое значение градиента
скорости и напряжения сдвига т. На истечение сжиженного
газа будут оказывать значительное влияние силы вязкого трения, и поэтому обязательно нужно принимать во внимание действие этих сил и теплопроводности [14]. Отметим выражения, определяющие толщину пограничного слоя.
В случае поступательного движения среды относительно пластинки толщина пограничного слоя:
при ламинарном пограничном движении согласно исследованиям Н. С. Аржаникова
6, = 5,8]/^; (161)
при турбулентном пограничном движении
_1_
где X — расстояние от переднего края пластинки; V0 — скорость набегающего потока; v — коэффициент кинематической вязкости. По Блазиусу для ламинарного пограничного слоя [ 1 ]
6" = 5,5F%’
где Re = .
Для турбулентного пограничного слоя
бт = 0,371-S*-.
V Re
При вращательном движении диска для ламинарного пограничного слоя [44, 23]
185
37. ВЯЗКОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ В СЖИЖЕННОМ И ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ
Для изучения процесса истечения среды при наличии возможности фазовых превращений существенное значение имеют изменения вязкости при разных состояниях.
В работе [46 ] приведены данные, характеризующие изменение динамической вязкости для некоторых веществ, например N2, H2, O2, He, воздух, при разных фазовых состояниях (газ, жидкость).
Как видно из графиков, вязкость указанных веществ в жидком состоянии превышает вязкость газа в 5—30 раз.
При газообразном состоянии азота при низких давлениях (р = Ю-н-20 кгс/см2) с повышением температуры вязкость увеличивается в 2—3 раза.
При давлениях р 150 кгс/см2 с повышением температуры до 200 К вязкость резко уменьшается, а при дальнейшем повышении до T = 283 К остается малой и практически постоянной, хотя ее значение будет выше, чем при р = Ih-IO кгс/см2.
Отмеченные зависимости являются существенными для определения расхода среды через уплотнение.
Зависимость вязкости газов от температуры приближенно выражается формулой Сезерленда
где при 0° С и 1 атм для азота C= 114, Tj0 = 167 мкП; для кислорода С = 131, 1]0 = 191 мкП. Зависимость вязкости сжиженных газов от температуры (исключая гелий) выражается формулой
где AnC — константы.
38, ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА СЖИЖЕННОГО ГАЗА ЧЕРЕЗ УПЛОТНЕНИЕ
С целью выявления характера истечения сжиженных газов при возможности фазовых превращений рассмотрим величины расхода сжиженного и сжатого газа через щелевое уплотнение при неподвижном вале (п = 0 об/мин), получаемые при расчетах по различным методикам.
Определение расхода сжатого газа при изоэнтропийном истечении
Если давление подводимого к уплотнению сжатого газа обеспечивает критический режим истечения, то воспользуемся соответствующим выражением секундного расхода газа
