Файл: Макаров Г.В. Уплотнительные устройства.pdf

жидкости в этой полости будет меньше, чем угловая скорость диска сйд, но больше, чем

При наличии радиальных ребер высотой t (вдоль оси вала), согласно рекомендаций [75],

— т Р - О + т ) .

где / — расстояние между стенкой кожуха и диском (включая t).

При опытах с центробежными уплотнениями [2] это выраже­ ние имело значение, равное ~ 0,75, а по данным работы [106], 0,8—1,0. Допускаемое рабочее давление жидкости зависит от угловой скорости вращения крыльчатки, от радиальных размеров слоя жидкости R и г ъ от высоты ребер и величины торцовых за­ зоров между диском и кожухом. Центробежное давление р ц ' н е зависит от ширины кольца жидкости. Так как жидкость, нахо­ дящаяся в полости уплотнения, сообщается через зазоры с жидко­ стью в основной рабочей полости, то при увеличении центробеж­ ного давления часть жидкости будет выжиматься обратно в рабо­ чую полость, а при малом числе оборотов жидкость будет из ра­ бочей 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 определен­ ных значениях числа оборотов крыльчатки и при соответству­ ющих значениях R и гг.

Центробежные уплотнения при R = 4/'„ могут обеспечивать запирание жидкости при давлениях до 125 кгс/см2 , при скорости вала до 50м/с. Для запирания больших давлений жидкости тре­ буется увеличение диаметров дисков или количества их.

Определение момента сопротивления вращению вала от сил трения в центробежном уплотнении

Сопротивление движению диска в жидкости, замкнутой в ко­ жухе, связано с жидкостным трением в пограничном слое [23]. Толщина ламинарного пограничного слоя для вращающегося диска

fi«3,71

128

Толщина турбулентного пограничного слоя для вращающегося диска

i

б « 0,525* ( - ^ ) 5 .

Переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному определяется числом Рейнольдса.

Для вращающегося диска Re = — — .

Критическое число Рейнольдса -ReK p > 3-Ю5 .

Определим момент сопротивления вращению диска при уста­ новившемся движении.

Согласно исследованиям [23] при ламинарном течении момент сопротивления для диска, вращающегося в свободном простран­

При вращении диска в узком кожухе

2 М т = яоот1-^-

или

Когда осевой зазор s велик по сравнению с толщиной погра­ ничного слоя при вращении диска в кожухе, Сы можно также определить по методу С. М. Тарга, где

CH = 2,52Re-°.s.

Если s > S и диск вращается в цилиндрической камере, то во вращение приводится вся жидкость, и поэтому относительная скорость диска и жидкости получается меньше, чем в неограни­ ченном пространстве, отсюда будет меньше и момент сопротивле­ ния.

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 враща­ ющийся и медленно протекающий от крышек к диску.

При турбулентном течении для диска, вращающегося в неогра­ ниченном пространстве,

С „ = 0 , 1 4 6 R e - 0 ' 2 .

Для диска, вращающегося в кожухе, при турбулентном режиме,

С „ * » 0 , 0 7 8 R e - 0 - .

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

где Мт в кгс-м, со в 1/с. Удельные потери мощности

NT _ С м р ы 3 Я 5

р2 102р '

Удельные потери сильно возрастают с увеличением R. Количество тепла, выделяющегося в уплотнении, может быть

значительным, поэтому необходимо производить проверку теп­ лового режима уплотнения.

Определение осевого усилия для центробежных уплотнений

Осевое усилие при отсутствии утечки жидкости, т. е. при

ра — давление в полости, в которую сливается жидкость.

130

Подставляя выражения рлц , Рвц , dF в выражение Р0 и ин­ тегрируя это выражение, получим

пли

Это тепло при установившемся режиме идет на нагрев проте­ кающей мимо диска жидкости и на отдачу тепла от корпуса уплот­ нений в окружающее пространство (воздух)

131

где Q? K — количество тепла, идущего на нагрев жидкости; Q ) t c p — количество тепла, передаваемого от корпуса уплотнений в окру­

корпуса уплотнения; S — поверхность корпуса уплотнения, через которую передается тепло от уплотнения к окружающей среде.

Коэффициент теплоотдачи а зависит от скорости движения воздуха.

Решая совместно уравнения (108) и (109), определим необходи­ мое количество жидкости, отводимой для охлаждения уплотнения,

у __ 8 , 4 3 Ш т ш — aS ( t K — / В 0 3 Д ) м з , j ] 0

232