ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 114
Скачиваний: 1
Рис. 69. Зависимость коэффициента сопротивления ЛQ о т
критерия Рейнольдса Reg (диаметр уплотнения равен 50 мм):
' 4 — соответственно при частотах вращения вала уплотнения н, равных 0; 1000; 1500; 3000 об/мин
120
Режим I I представляет собой ламинарную зону работы лабиринтновихревого уплотнения, в которой вне зависимости от критериев ReQ и Re„ величина коэффициента сопротивления А 0 остается постоянной. Режим I I I — это суперламинарная область, в ко торой ЛQ увеличивается прямо пропорционально ReQ и Reu. Режим I V — турбулентная область с сильно развитым турбу лентным полем, которое развивается при обтекании потоком жидкости элементов нарезки уплотнения. В этой области для слу чая Re„ = const коэффициент сопротивления A Q уменьшается с ро стом ReQ. Следует подчеркнуть, что приведенные области работы лабиринтно-вихревых уплотнений зависят в основном от геоме трических размеров нарезки уплотнения и поэтому данные рис. 70 следует рассматривать лишь как первое приближение, позволяю щее определить режимы работы уплотнения.
2 2 . Ч и с л о з а х о д о в
Как и в случае винтовых уплотнений, число заходов нарезки на винте и втулке лабиринтно-вихревого уплотнения существен ным образом влияет на величину давления, удерживаемого им. Теоретически это влияние отображается зависимостью (90), на основании которого можно утверждать о том, что коэффициент сопротивления лабиринтно-вихревого уплотнения А и обратно про порционален числу заходов г. Это приводит к существованию зависимости
|
|
Ар,- |
_ АРі |
(93) |
где А |
р і |
|
zi+n |
|
|
— давление, удерживаемое лабиринтно-вихревым уплот |
|||
нением |
с числом заходов |
Арі+|1 — давление, |
удерживаемое |
|
уплотнением с числом заходов |
zi+n. |
|
||
Следует отметить, однако, что равенство (93) справедливо лишь |
||||
для геометрически подобных |
лабиринтно-вихревых уплотнений, |
в то время как при изменении числа заходов нарезки |
г |
геометри |
|
ческое подобие нарушается. Действительно, поскольку |
|
z |
nd |
|
|
тори, |
то для случая d — const изменение числа заходов z должно при вести к изменению торцового шага нарезки £ТОрЦ. Величина ігот для исследованных нами случаев zl = 8, 12, 16, 20-и 25-изменялась
от |
19,6 до |
6,28 |
мм, что' привело к изменению величины "рц |
|
в |
пределах |
6,3 |
*торц |
19,6. |
Рассматривая в качестве предельных лабиринтно-вихревые уп лотнения с бесконечным (z —> оо) и нулевым (z —>0) числом захо дов нарезки, получаем, что в первом случае осевой шаг, а во вто ром случае торцовый шаг нарезки стремятся к нулю. Это соответ ствует гладкой кольцевой щели, коэффициент сопротивления
121
которой по сравнению с коэффициентом сопротивления лабиринтно вихревых уплотнений минимален. Естественно предположить, что
внутри |
диапазона |
0 < |
г |
< оо должно существовать такое zonT, |
|||||||||
которое |
соответствует |
максимальному значению |
функции |
Др = |
|||||||||
= |
f |
(z), |
или, что |
то |
же |
самое, минимальному |
значению |
функ |
|||||
ций ЛQ = / (ReQ) |
и Ли = |
/ (Re„). |
|
|
f |
z |
|
|
|
||||
|
На рис. 71 приведены зависимости A Q = |
|
( ) для |
ReQ z= 10 |
|||||||||
(верхняя часть рисунка) и для Reg = |
50 (нижняя часть рисунка). |
||||||||||||
Из |
|
рисунка видно, что при увеличении числа |
заходов |
от |
= 0 |
||||||||
(гладкое кольцевое уплотнение) до |
z |
я« 16-f-20 эффективность ла- |
|||||||||||
|
Рис. |
71. Зависимость коэффициента сопротивления |
A Q |
|
|
числа |
заходов нарезок'г лабиринтно-вихревого |
уплотнения: |
||
|
|
о т |
1 —4„— соответственно для п, равных 0; 1000; 1500; 3000 об/мин
биринтно-вихревых уплотнений значительно увеличивается. При дальнейшем увеличении числа заходов нарезки эффективность уплотнения падает. Отметим, что неопределенный переход от ко нечного значения числа заходов z к бесконечному (z — оо) отмечен на оси абсцисс разрывом сплошной линии (штриховой линией). Аналогичная картина наблюдается и при ленточных нарезках
(рис. 72).
Для перехода к безразмерным величинам введем в рассмотре ние относительную величину коэффициента сопротивления
Л<2г=0 |
(94) |
и преобразуем зависимости, представленные на рис. 71, в функ
цию Л = f (z) (рис. 73),' на основании которой могут быть опре делены опФимальные значения zonT в зависимости от изменения
122
Ь .м м і.0 |
0.8 0.6 |
0.4 0.2 |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
JO |
J 5 |
z |
Рис. 72. Зависимость напора А Н , удерживаемого лабиринтно-вихревым уплот нением с ленточной нарезкой, от числа заходов z и глубины нарезки h [32]:
/ _ |
d |
= 75 мм, |
I — |
ПО мм; |
2 |
— |
d |
= 60,6 |
мм, |
I |
= 73,5 мм; |
3—6 — |
соответственно для |
||
коэффициента вязкости и,, равного 15; 8,4; |
28.7 и |
1,0 сП для |
уплотнения с |
d |
= 70 мм и |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
7 = 1 |
1 0 |
мм |
|
|
|
|
Рис. 73. Зависимость относительного коэффициента сопротивления Л от числа заходов нарезки г:
1 — 4 — соответственно для Reu, равных 0; 315; 472; 944
123
ReQ н Re„. При Re„ = 994? а именно, начиная со значений кри терия Re„ близких к указанной величине, преимущества лаби ринтно-вихревых уплотнений становятся более существенными — оптимальное число заходов нарезки находится в пределах 18 ^
гопт «S 25. На основании приведенных здесь опытных данных могут быть получены за-
|
|
|
It/ |
|
|
|
1 |
І? |
r- 1 |
|
изменение |
относительного |
|||||||
50 |
|
|
|
|
|
f |
t7 |
|
|||||||||||
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
коэффициента Л с измене- |
|||||||
|
|
|
/ |
|
|
j- |
|
\i |
г |
1 |
|
нием критерия Рейнольдса |
|||||||
40 |
|
|
/ |
|
|
ГP |
(r~r |
|
ReQ. При |
этом в качестве |
|||||||||
|
|
|
|
j |
7 |
|
|
/ |
|
основы |
|
для |
|
сравнения |
|||||
|
|
4і / |
|
|
|
{ |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
7Г |
|
|
|
h r- f— |
|
принимаются2 |
опытные дан- |
||||||||||
|
|
і |
|
|
f7/ |
|
( |
|
|
ныедля уплотнения с чис- |
|||||||||
|
|
/ |
|
|
|
7i |
7 |
|
|
лом заходов |
= 8 (рис. 74). |
||||||||
|
|
у |
|
|
|
fa |
|
/ |
|
|
|||||||||
30 |
|
1 |
|
|
/ |
1 |
|
f |
|
|
|
Функция |
(94) в этом |
|
слу- |
||||
|
л |
|
|
i |
A |
J |
J . |
|
|
|
|
чае принимает вид |
/г\Л~\ |
||||||
|
т |
|
4 |
|
"1 |
|
|
|
_ |
|
Ло |
|
|
|
|
|
|||
|
/ |
t |
V, |
j |
/ |
|
|
|
Л ' |
|
AQZ |
8 |
’ |
(94 } |
|||||
|
/А |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
< |
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
где А 0, _ г |
— |
коэффициент |
||||||
J |
fd |
V |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
/| J |
|
|
|
|
|
|
|
сопротивления |
лабиринт- |
||||||||||
20 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
L |
|
/ |
7~i |
|
|
|
|
|
|
|
|
но-вихревых уплотнении в |
|||||||
105 |
t |
d |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
диапазоне |
8 ==S |
zt |
^ |
30. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На |
основании опытных |
||||||
</ |
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
данных |
|
относительный |
|||||
у |
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент |
|
сопротивле- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния Л. может |
быть |
опре- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
делен по выражению |
|
|
|||||
|
|
0,5 |
|
|
1,0 |
|
|
в-10 У / с |
|
Л,-= 2.1 Re?/1. |
|
Лц |
|||||||
вихревого |
уплотнения |
с |
|
числом |
заходов |
циент |
сопротивления |
||||||||||||
Рис. 74. Рабочие характеристики лабиринтно |
При |
ReQ = |
0 |
коэффи |
|||||||||||||||
2 = 8 (d = 50 мм, 6 = |
0,1 |
мм, I = |
200 мм, |
может |
быть |
получен |
из |
||||||||||||
Л = |
1мм, ß = |
80°: |
|
F rорц = |
142,4 мм): |
|
равенства |
(91), приведен |
|||||||||||
1—4 — соответственно при Rew> |
равных 0; 315; |
ного к виду |
4 |
- |
|
(91а) |
|||||||||||||
|
|
|
472; |
944 |
|
|
|
|
|
|
|
Ли = |
|
||||||
поскольку, как это было отражено£ |
выше, равенство типа |
(916) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
const |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оказывается справедливым лишь на весьма небольших участках изменения г, на которых без особого ущерба для точности расчета параболическая функция (91а) может быть заменена прямолиңең-. ной функцией (916),
124
Обработка опытных данных в диапазоне 50 ^ Re„ ^ 1500 по зволяет связать постоянные выражения (91а) зависимостями
a = 0,2Re°'25 и 0 = lO O R e °'s.
Использование зависимостей (91)— (94) с достаточной для ин женерной практики точностью позволяет определить весь требуе
мый диапазон изменений коэффициентов сопротивления Л„ и |
A Q |
||
в зависимости от изменений критериев |
Рейнольдса Re„ и |
ReQ |
|
для рабочего |
диапазона числа захода |
нарезки, изменяющегося |
|
в диапазоне |
8 ^ z ^ 30. |
|
|
2 3 . У г о л н а к л о н а н а р е з н и н а в и н т е и в т у л н е
Как и в случае винтовых уплотнений угол наклона винтовой линии лабиринтно-вихревых уплотнений играет существенную роль в создании противодавления, препятствующего перетоку жидкости из зоны повышенного давления в зону пониженного.
Для определения этого влияния был исследован широкий ряд моделей лабиринтно-вихревых уплотнений с постоянным и с пере менным числом заходов z. Изменение величины угла наклона нарезки ß производилось путем изменения шага нарезки S oc при постоянных диаметрах уплотнения и при сохранении формы про филя нарезки. Однако при данном исследовании нельзя получить влияние только угла наклона нарезки ß на характеристику уплот нения, поскольку помимо изменения угла наклона нарезки изме
няются |
также |
число заходов z (от z = 30 для |
ß = 60° 32' до |
||
z = |
2 для ß = |
87° 49') и осевой шаг нарезки S oc |
(от S oc = |
88 мм |
|
для |
ß = |
60° 32' до S oc = 6 мм для ß = 87° 49'). |
В случае, |
когда |
число заходов царезки сохраняется постоянным (в исследованных случаях z = 20 = const), осевой шаг нарезки меняется от 16 до 56 мм при изменении угла наклона нарезки ß от 6 до 30°.
Обработка опытных данных всего испытанного ряда уплотне ний показала, что оптимальные значения угла наклона нарезки
уплотнения |
|
ß (или, |
что |
то же |
самое, угла |
наклона нарезки |
а, |
||||||||||||||||||
равного |
а — |
90° — ß) в значительной степени зависят от величины |
|||||||||||||||||||||||
утечек жидкости через уплотнение Q, т. е. от критерия Рейнольдса |
|||||||||||||||||||||||||
ReQ и от окружного критерия Рейнольдса Reü. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
На рис. 75 оптимальные значения углов а опт показаны заштри |
|||||||||||||||||||||||||
хованным полем, ограниченным кривыми |
6 |
и |
9, |
представляющими |
|||||||||||||||||||||
собой функцию а опт = |
|
f |
(АЯ; |
Q) |
для Reu = |
944 (кривая |
6) |
и для |
|||||||||||||||||
Re„ = 0 |
|
(кривая |
9). |
|
В промежутке между указанными кривыми |
||||||||||||||||||||
представлены также аналогичные функции для |
|
Reu = |
315 [(кри |
||||||||||||||||||||||
вая |
8) |
и Reu = 472 |
(кривая 7). |
|
|
|
|
|
|
|
линии |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|||||||||||||
Поле оптимальных значений а опт пересекают |
|
постоян |
|||||||||||||||||||||||
ных утечек жидкости через лабиринтно-вихревое уплотнение: |
|
— |
|||||||||||||||||||||||
для |
Q — |
0; |
4 |
— для |
Q |
= |
0,5 -10-4; |
3 |
— для Q = 1,0 ІО-4; |
2 |
— для |
||||||||||||||
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Q = |
|
Ю -4 и / — для^<3 == const |
= 2,0 ПО-4 |
м3/с. |
|
|
|
|
|
126