Файл: Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения.pdf

Для этого случая сле­ дует использовать следую­ щие зависимости [15]:

для Re((<C3-105

3,87

С/ V Rerf

для Ы 0 6< Re,/ Ы О 6

0,146

Cf =

I/RRT

для Red> Ы О 6

0,982

Cf =

( lg Rerf)2’58

циента К а определяется по данным, приведенным на рис. 41

ддя .различных значений относительного зазора S .

На том же рисунке приведены данные, относящиеся к так на­ зываемым частично смоченным дискам, степень погружения ко­ торых в жидкость определяется коэффициентом смоченности

диска %. Под этим понятием принимается параметр [24]

л, — R d - r

лRd '

При г = R d коэффициент смоченности диска % = 0, что соот­ ветствует работе диска в воздухе, а при г = 0 % = 1 ,0 , что соот­ ветствует работе диска, полностью погруженного в жидкость.

Для дискового уплотнения с частично смоченным диском ве­ личина давления на его периферии определяется уже не зависи­ мость (6 6 ), а следующим выражением [24]

Мощность дискового трения частично смоченного диска опре­ деляется, как и ранее, по формуле (64), однако коэффициент диско­ вого трения в этом случае определяется по формуле

в котором величины постоянных берутся из табл. 5.

12. Ц е н т р о б е ж н ы е у п л о т н е н и я '

■ Одной из модификаций дисковых уплотнений является центро­ бежное уплотнение, состоящее из неподвижного диска и вращаю­ щейся камеры (рис. 39, нижняя часть). Естественно, что замена уплотнения, состоящего из вращающегося диска и неподвижной камеры, на уплотнение, состоящее из вращающейся камеры и не­ подвижного диска, изменяет характер движения жидкости в тор­ цовом зазоре, поскольку на это движение оказывает воздействие и вращающаяся цилиндрическая стенка. В этом случае следует ожидать увеличения момента трения и скорости ядра потока. В работе [24] эти характеристики представлены в виде зависи­ мости коэффициента К и от коэффициента смоченности Х и относи­

тельного зазора S (рис. 41). Эти данные позволяют определить перепад давления, удерживаемого уплотнением, используя для этой цели зависимость (67) и кривые, приведенные на рис. 41.

Потеря мощности центробежных уплотнений определяется в этом случае по выражению (64), а коэффициент дискового тре­ ния по формуле

величины постоянных которой приведены в табл. 5.

Как дисковые, так и центробежные уплотнения могут работать с гарантированной утечкой жидкости через них, величина которой сказывается также и на увеличении момента трения вращающегося

75

диска. Это увеличение момента трения для обоих случаев может быть определено по выражению

А М =

где К а — Q — утечка жидкости через уплотнение.

Утечка жидкости через торцовое уплотнение влияет также и на величину перепада давления, удерживаемого им, однако, это влияние невелико. Для практических целей это влияние может быть учтено уменьшением величины Ар на'5— 10%.

С другой стороны, величина утечки жидкости Q через уплотне­ ния такого типа, например уплотнения используемые в качестве разгрузочных дисков многоступенчатых центробежных насосов (см. рис. 2 ), приобретает особое значение поскольку существует вполне определенные соотношения геометрических размеров таких уплотнений, определяющие минимум утечек жидкости при мини­ мальных затратах на дисковое трение.

Не останавливаясь на особенностях расчета этих уплотне­ ний [26, 34], отметим, что величина протечек жидкости через него

тельной степени отличается от модифицированных значений, ис­

полученная путем обработки опытных данных, приведенных в ра­

76

Величина окружной скорости и при этом равна

___ лD 2n

13. П л а в а ю щ и е г и д р о с т а т и ч е с к и е у п л о т н е н и я

Одной из модификаций дисковых и центробежных уплотнений являются плавающие гидростатические уплотнения, которые от­ личаются от них авторегулируемостью рабочего торцового зазора. Функциональное назначение плавающих гидростатических уплот­ нений двоякое: они могут быть использованы и как устройство, обеспечивающее разгрузку вращающегося ротора от действия на него осевых сил, и как уплотнение, препятствующее перетоку жидкости из зоны высокого давления в зону низкого.

В том случае, когда плавающее гидростатическое уплотнение используется для разгрузки осевого усилия, например в центро­ бежных насосах [26], дросселирующий эффект этого уплотнения, выполняя основную свою роль — создания эпюры давления в за­ зоре между разгрузочным диском и корпусом статора, уменьшает также и протечки жидкости через торцовую щель, в результате чего обеспечивается уменьшение перетока жидкости из камеры за рабочим колесом последней ступени насоса в камеру разгру­ зочного диска. В случае же, когда плавающее гидростатическое уплотнение применяется для уменьшения или полной ликвидации перетока жидкости из камеры в камеру, используется побочный эффект этой конструкции — возможность создания переменной осевой силы, способной переместить плавающий элемент гидро­ статического уплотнения в осевом направлении, в результате чего величина торцового зазора оказывается также переменной. Пра­ вильным выбором гидродинамических характеристик и геометри­ ческих размеров такого уплотнения могут быть достигнуты опти­ мальные параметры как по протечка уплотняемой жидкости, так и

77

валом и этой втулкой в течение всего времени работы уплотнения сохранялся равномерный по окружности вала и по длине уплот­ нения радиальный зазор б2. Уплотняемая камера А заполнена жидкостью, находящейся под давлением р. При работе уплотнения между плавающей гидростатической втулкой 3 и плоским вращаю­ щимся диском 1 устанавливается торцовый зазор 8г, величина которого значительно меньше торцового зазора между внешней торцовой плоскостью г втулки 3 и внутренней торцовой пло­ скостью е.

3 ч

Рис. 42. Схема плавающего гидростатического уплот­ нения (верхняя часть) и схема гидростатической разгрузки (нижняя часть)

Это приводит к тому, что на плоскость г действует полное давление р, тогда как на уплотнительную торцовую плоскость дей­ ствует параболическая эпюра давления, показатель параболы которой определяется величиной торцового зазора бх.

На рисунке показаны три эпюры (а, б и б) с торцовыми зазо­ рами öla< 6 1б<< б1в. Наличие разных по величине эпюр давле­ ния, действующих на торцы плавающей гидростатической втулки 3, приводит к возникновению неуравновешенной в осевом направле­ нии эпюры давления (на рисунке показана заштрихованной пло­ щадью), приводящей к возникновению в системе осевой силы G, перемещающей втулку 3 в осевом направлении до тех пор, пока изменяющийся параболический профиль давления в торцовом за­ зоре не уравновесит эту силу. Осевое направление движения втулки обеспечивается шпонкой 9. Наступившее равновесие поло­

78

I

жения характеризуется равенством осевых сил G, действующих на плавающую гидростатическую втулку 3, и определенным тор­ цовым зазором бх, в зависимости от величины которого уплотнение будет абсолютным, когда протечки жидкости через зазор бх от­ сутствуют, или частичным, когда существует некоторая утечка

рианты уплотнений с помощью плавающих гидростатических уп­ лотнений (см. п. 3). Принцип действия этих уплотнений идентичен рассмотренному, за исключением некоторых особенностей, на­

висимость безразмерного расхода жидкости М для уплотнения

79