Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 49
Текст из файла (страница 49)
жетное уплотнение (рис. 10.28) включает в себя все элементы структурной схемы, но может быль выполнено и без пружины, и согласно структурной схеме его работоспособность не нарушается, что обеспечивается установкой на вал диаметром Ое манжеты с меньшим Р,„. Торцевые уплотнения ло аналогичной зависимости ввиду низкой степени эластичности пары дета. лей, герметизирующей стык подвижного соединения, выполняются только с пружиной, а герметичность ло неподвижному стыку обеспечивается круглым резиновым кольцом.
Для более полной герметичности резиновое кольцо можно заменить сильфоном или мембраной. Контактные уплотнения имеют наиболее высокую степень герметичности, ограниченную долговечность и значительные потери энергии на лрео. доление сил трения. лри вращении вала. Такие уплотнения при высоких значениях давления уплотняемой среды изнашиваются, и требуется перно. дическая их замена. Изнашивается и сопряженная поверхность вала нли втулки. Однако при герметизации соединений с очень малыми допустимыми утечками рабочей среды контактные уплотнения незаменимы.
В ТНА для герметизации по валу широко применяются манжетные уплотнения, эластичные, упругие, сегментные кольца и торцевые уплотнения. Основным типом манжет, применяемых для уплотнения вала, являются конические (см. рис. 10.28), хотя встречаются Ч образные и Г~>бразные. Эти названия соответствуют профилю манжеты в лоперечном сечении. Корпус 1 манжеты (рис. 10.28) армирован металлическим кольцом 2.
Мостик 3 соединяет корпус с губкой 4, которая по периферии охвачена прижимным устройством (пружиной) 5. От осевого перемещения манжета фиксируется в корпусе агрегата. Работоспособность и срок службы манжеты с ростом перепада давлений уллотняемой среды и скорости на контактной поверхности резко уменьшаются. Предварительный натяг манжеты на уплотняемую поверх.
ность обеслечивается ее губкой, которая направлена в сторону повышенного давления, и нажнмным устройством в виде браслетной пружины. Внутренний диаметр манжеты .0 всегда меньше диаметра вала й на 5...8%. Допустимое удельное давление зависит от окружной скорости уллотняемой поверхности вала и материала манжеты. Например, Т.М. Башта рекомендует принимать для резиновых манжет лри окруж.
ной скорости вала и = 15 м/с и температуре не более 200 'С значение кон- 230 Г„е, 10Д9. Узлы Уплотненнл е мание. прн охлажденнп зоны трепла ,ркулппнея компонента: ало канавкам на валу; б — в тупн„ вол зоне; ! — подшипник; 2 — сту„„па Э вЂ” нмпеллер; 4 — втулка; т - вал; 6 — манжета т г у е тзктного линейного давления 9,5...13 г/мм, При большей окружной скорости удельную нагрузку на контактной поверхности следует уменьшить. ыанжетные уплотнения применяются при перепадах давлений рабочей среды до 1 МПа.
Для повышения работоспособности манжет вводятся дополннтельные конструктивные элементы. Например, при высоких давлениях уплотняемой среды под коническую часть манжеты устанавливают опорную, поддерживающую шайбу (рнс. 10.28, б). Для повышения герметичности и надежности ставятся последовательно две манжеты (рис. !0.29). Условия работы последовательно установленных манжет неодинаковы. Смачивание контактной поверхности губки первой манжеты осуществляется жидкостью из уплотняемой полости, а смачивание последующей манжеты — только утечками иэ предыдущей.
При этом наступает момент, когда первая манжета полностью разгружается, в работу вступает вторая и срабатывается раньше первой. В ТНА от герметизируемой полости до дренажной на валу устанавливается не более двух манжет. Для манжетных уплотнений ТНА преимущественно применяются синтетические резины специальных марок и фторопласты, допускающие работу при окружных скоростях на поверхности трения до 20 м/с, а в отдельных случаях и до 25 м/с. Обычные уплотнения из серийных резин при длительной работе даже в среде машинных масел допускают окружные скорости не более 12 м/с при диаметре вала 100 мм. С уменьшением диаметра вала скорость скольжения следует снижать.
Например, если диаметр вала 10 мм, то окружная скорость не должна превышать 4 м/с, так как с уменьшением диаметра вала ухудшается теплоотвод от зоны контакта и увеличивается частота деформации губки манжеты, обусловленная биением уплотняемой поверхности. Качество поверхности и точность изготовления при высокой относительной скорости скольжения контакта становятся основными факторами, влияющими на работоспособность манжеты.
При уменьшении шероховатости вала до некоторого предела износ манжеты уменьшается. С увеличением высоты неровностей уплотняемой поверхности жидкостная пленка смазки разрушается, а с уменьшением — поверхность не может удержать пленку. Надежная работа манжеты обеспечивается шероховатостью вала не меньше 0,63 мкм при и < 4 м/с и 0,32 мкм при и > 4 м/с. Однако в агрегатах, работающих в условиях высоких температур, шероховатость поверхности вала должна быть не выше 0,16 мкм. Наличие неглу- боких спиральных канавок до 0,05 мм, образованных на поверхности вала в процессе его обработки, в зависимости от соотношения направления вращения вала и расположения канавок, способствует нли препятствует утечкам жидкости. Прн несоосностн и биении уплотняемого вала герметич.
ность уплотнения неизбежно нарушается, и биение поверхности вала ие должно превышать 0,08 мм. Условия работы контактного уплотнительного устройства можно улучшить конструктивными, технологическими и режимными меропрня. тиями. Например, для минимизации температуры в зону контакта вводят охлаждение, повышают антифрикционные свойства уплотнителя и качество поверхности вала, вводят специальные технологические приемы обработки, покрытия и тл.
Температуру в зоне контакта можно уменьшить наложением виброколебаний, использованием гидродинамических эффектов, прн. менением материалов с высокой теплопроводностью или охлаждением трущихся поверхностей. На рис. 10.29, а представлены узлы уплотнения с охлаждением зоны трения манжет жидкостью путем ее циркуляции, создаваемой нмпелле. ром 3, расположенным эа подшипником 1. Поток жидкости разделяется; часть идет на охлаждение и смазку подшипника 1, а остальное по отверстиям ступицы 2 импеллера 3 попадает в каналы вала 5 и охлаждает втулку 4, по которой скользят манжеты 6. Каналы выполнены на валу 5 так, что жидкость, разворачиваясь, движется обратно и попадает в полость со стороны лопаток импеллера 3. Для обеспечения эффективного охлаждения зоны трения достаточно создать на валу (рис. 10.29, б) под манжетами полость с развитой турбулентностью рабочей среды.
Такие манжетные уплотнения работают удовлетворительно при окружной скорости в месте контакта до 25 м/с, с температурой рабочей среды от 220 до + 480 К и перепадом давлений до 2 МПа. Торцевые уплотнения работоспособны при значительно больших пере. ладах давлений (до 40 МПа),скоростях скольжения по контакту (до 60 м/с), в диапазоне температур от 200 до 800 К. Несмотря на их конструктивную сложность, эти уплотнения широко применяются в ТНА, так как обеспе. чивают высокую герметичность при достаточно длительной работе и пов. торных запусках.
По расположению в насосе относительно уплотняемой среды торцевые уплотнения разделяют на наружные и внутренние, а по соотношению действующих на контактное кольцо давлений — на разгруженные и нагруженные. Уплотнения, в которые контактное давление в стыке больше давления рабочей среды, называют нагруженными и применяют при малых перепадах давлений (не более 1,5 МПа). В ТНА ввиду высоких уплотняемых перепадов давлений компонентов широко применяются уплотнения разгру. женного типа. Работоспособность уплотнения зависит от ширины контактного пояска Ь = 13э — Р, (рис. 10.30, а), с уменьшением которого снижается темпера.
тура в месте контакта, упрощается получение требуемой точности и шеро. еь рис. 1О 30. Торцевые уплотнения: е — с мембраной; б — с сипьфоном: 1 — пружина; 2 — мембрана; 3 — втулка; 4— контактное кольцо; 5 — опорное кольцо; б — сипьфон ховатости контактных поверхностей, улучшается нх смачнваемость Практически с диаметром пояска Р, = 60...80 мм рекомендуется принимать Ь > 3 мм, при Р, = 80...100 мм ширину пояска доводят до 6 мм. В уплотнении с мембраной (см. рис, 10.30, а) втулка 3 с кольцом 4 крепится к корпусу насоса через мембрану 2, которая обеспечивает ей осевое перемещение при работе. Недостаток такого уплотнения — малый осевой ход втулки 3 (не более 1,5 мм), что неприемлемо в ТНА с высоким ресурсом и сложной цнклограммой работы.
В уплотнении с сильфоном (рис. 10.30, б) поступательно движущаяся втулка 3 с кольцом 4 крепится к корпусу насоса через сильфон 2. По сравнению с мембраной сильфон допускает большее осевое перемещение, что увеличивает срок службы уплотнения. Недостатком его является сложность изготовления, большие осевые размеры и частое разрушение сварочного стыка между сильфоном 2 н втулкой 3 из-за высоких динамических нагрузок при работе ТНА. Поэтому биение контактного кольца, вращающегося со скоростью оэ > 1000 1/с, не должно превышать 3...8 мкм, а в ряде конструкций ТНА — составлять не более 1...2 мкм.
На герметичность торцевого уплотнения оказывает влияние плоскостность контактирующих поверхностей кольца, отклонение которой допускается не более 0,8...1,0 мкм, а шероховатость рабочих поверхностей не должна превышать 0,16 мкм. Материал контактных пар колец выбирается в зависимости от назначения уплотнения, скорости скольжения по торцу, свойства уплотняемой среды. В качестве материала уплотннтельного кольца применяют графиты, металлокерамику, фторопласты, ситалофторопласты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
