Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Опорную деталь Уплотнения выполняют из коррозионно.стойкой стали с термообработкой поверхности до твердости 50...60 НВС или на ней делают твердосплавную наплавку, К недостаткам торцевых уплотнений следует отнести их значительные габаритные размеры, высокую стоимость по сравнению с многими другими типами уплотнений, сложность в изготовлении и монтаже. 233 Рнс 10.31 Уплотнении с упру гимн кольцлмиг а — упругое колыго; б — усть.
нонке упругого кольца в леь; е — упругое кольцо с резгруюь ным отверстием; 1 — опорньл втулка; 2 — упругие кольна; 3 — втулка Для разделения по. лостей с газом от атрее. сивной жидкости, в том числе и криогенных, с перепадами давлений до 5 МПа при окружной око. рости в месте контакта до 80 м/с, применяются уп. лотнения с упругими кольцами (рис. 1031). Упругие кольца 2 по внешней поверхности плотно прижаты к корпусу или втулке 1. Сила прижатия кольца к корпусу (втул. ке) обеспечивает их неподвижное положение при вращении вала. Колыю прижимается к корпусу силами упругости, к которым во время работы добавляется усилие от давления жидкости.
Основные размеры такого уплотнения приведены на рис. 1031, а, б. Выбор материала колец зависит от физико-химических свойств уп. лотняемой среды. В ТНА кольца чаще изготавливают нз пружинной стали, высокосортного чугуна перлнговой структуры или высокооловянистой бронзы типа Бр010Ф1, БрОС16-5. Кольца в свободном состоянии должны иметь в месте разреза просвет 0,1...0,2 мм. Втулки вала и корпуса„в которых работает упругое кольцо, изготавливают иэ легированной стали, а их поверхности имеют твердость более 58 НКС, что достигается соответ.
ствующей термической или химико-термической обработкой. При высоком перепаде давлений рабочей среды упругие кольца быстро изнашиваются. Для уменьшения наноса кольца и создания жидкостной пленки по торцу в нем делают ряд отверстий (рис. 10.31, в), что значительно увеличивает срок службы, хотя и уменьшает герметичность уэлл. При установке упругих колец в несколько рядов в последнем отверстий не делают, обеспечивая тем самым герметичность всего узла. Для герметизации полостей газовой турбины с высокой температурой или насоса, подающего криогенную жидкость, широко применяют уплот. пения с разрезанными на три сегмента кольцами, чаще с зазорами межцу сегментами 0,3...0,6 мм (рнс. 10.32) . Сегменты 3 располагаются в гнезде корпуса с осевым зазором 0,02...0,06 мм и прижимаются к поверхности вала браслетной пружиной 2, располагаемой в канавке по их наружной цилиндрической поверхности.
От проворачивания они удерживаются штиф- г 3 Е рне 10.32. Уплотнение с кольцевыми г ментами: опорное колыю; 2 — браспетнал пруиина; 3 — сегменты кольцевые; 4 щтифт том 4, который входит в гнездо опорного колы1а 1 или корпуса и в отверстие одного из сегментов. Кольцевые сегменты притираются к валу и прижимаются давлением из уплотняемой полости своими боковыми поверхностями к стенкам пазов так, что создают герметизацию одновременно по цилиндрической и торцевой поверхностям.
Для повышения герметичности узел такого уплотнения может иметь два или три последовательно установленных кольца из сегментов. При этом их фиксируют относительно корпуса так, чтобы торцевые зазоры между сегментамн соседних колец смещались относительно друг друга. По мере износа сегментов торцевой зазор между ними уменьшается при неизменном контакте по поверхности вала. Кольцевые сегменты изготавливаются из графита или графнтизированного чугуна с обязательной приработкой по уплотняемой поверхности. БЕСКОНТАКТНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ 235 Отличительный признак уплотнений бесконтактного класса — обязательное наличие зазора, который в процессе работы полностью илн частично заполнен рабочей средой, принимаемой непосредственное участие в создании уплотнительного эффекта.
Классификация бесконтактных уплотнений основана на взаимодействии рабочей среды с элементами уплотнения в полостях и зазорах узла. В ТНА и ВНА широко применяются бесконтактные статические и гндродинамические уплотнения. В статических уплотнениях малый зазор в сочетании с трением между уплотняюшими поверхностями и потоком жидкости препятствует ее утечкам практически без затрат мощности. Статические уплотнения создают ограничение утечкам жидкости и тем большие, чем меньше зазор и больше вязкость уплотняемой среды.
Из-за больших утечек рабочей среды при стоянке бесконтактные статические уплотнения используются главным образом в качестве предварительных внутренних уплотнений полостей насосов и турбин. В гидроллнамических бесконтактных уплотнениях обеспечивается активное сопротивление течению уллотняемой среды. В таких уплотнениях мощность затрачивается как на перемещение жидкости, так и на преодоление трения вращающихся деталей о жрдкость, что сопровождается выделением тепла.
для создания нормального температурного Режима работы узла требуется постоянный отвод тепла из рабочей зоны. Лабиринтные уплотнения представляют собой ряд последовательно расположенных кольцевых полостей (камер) и выступов (гребней) Схемы наиболее типичных форм камер и гребней представлены на рис. 10.33. При одностороннем расположении гребней с постоянным ра.
диальным зазором (рис. 10.33, л) на входе в него поток жидкости су. жается, в камере лабиринта внезапное расширение приводит к турбулиза. ции и перемешиванию всей массы. В конце камеры из объема струи выде. ляется поток постоянной массы, который вьпекает во вторую щель и т.д, Присоединенные массы окружающей среды, оставаясь в камере, циркули. руют и вновь примешиваются к входящей струе. Влияние формы камер и канавок на эффективность уплотнения, как показывают опыты, неод. нозначно.
В области автомодельного режима течения жидкости гидравли ческое сопротивление лабиринтного зазора возрастает по сравнению с гладкой щелью примерно на 30 %. Установлено, что наибольшей эффективностью обладают аксиально- н радиально-ступенчатые лабиринты (рис. 10.33, в, г), обеспечивающие при одинаковом радиальном зазоре в 1,7...2 раза меньшие протечки, чем гладкая щель.
Щелевые бесконтактные уплотнения статического типа широко применяются в ТНА в качестве внутренних уплотнений. Малый радиальный зазор б уплотнения (рис. 10.34) в сочетании с трением жидкости между поверхностями длиной Ь, образующими зазор, препятствует ее утечкам, Степень совершенства такого уплотнения характеризуется коэффицнен.
том расхода д. С ростом эффективности уплотнения величина д умень шается, что характеризует увеличение гидравлического сопротивления б г Рнс.! 0.33. Схемы статических лабирннтиых уплотнений: а — ступенчатое; б — ступенчатое со встречным барьером; в — аксиально-ступенча-г тое; г — радиально-ступенчатое Рис. 10.34.
Схемы бесконтактиых уплотнений колеса иеитробенщого насоса и виде: а — гладкой щели; б — многолрусной ступенчатой щели 236 ,цели. Наиболее широко используется зависимость, которая лля гладкой щели высотой б и длиной Ь (рис. 10.34,а) имеет вид и=( — +(' ) ". Лб 26 (10.17) Здесь (х — сУмма коэффициентов местных сопРотивлений входа и выхода щели. Для гладкой щели 1 а„+ (' „„= 1...1,5. При полностью закрученном на входе в щель потоке ~х = 1'вх +1 „= 1. Поток без закрутки— = 1,5.
Значение коэффициента трения для автомодельной области течения жидкости в щели (Ке ) 1. 10') составляет Л = 0,03...0,04. Так как утечки жидкости через уплотнение уменьшаются с увеличением сопротивления, то необходимо увеличить гидравлические потери в щели, искусственно создавая сопротивление введением острых кромок, внезапных расширений, поворотов и т.п.
На рис. 10.34, б представлено уплотнение с тремя последовательно расположеннымн щелями и пятью поворотами между ними. Сопротивление всего тракта уплотнения обусловливается суммой потерь на выходе из первого канала, при входе во второй и тд. Коэффициент расхода для такого уплотнения (10.18) 237 В насосах ТНА для шелевого уплотнения, представленного на рис.
10.34, б, д = 0,25...0,35. Существенного уменьшения д (до 0,15...0,2) можно достичь винтовой нарезкой на вращающейся охватываемой корпусом поверхности ротора. Во всех случаях утечки жидкости через бесконтактные статические уплотнения достаточно велики и увеличиваются с ростом величины радиального зазора в уплотнении, который зависит от биения вала, его деформации в процессе работы, износа опоры, допусками на изготовления и наличием гарантированного радиального зазора б. Иэ конструктивных и технологических условий, с учетом возможной деформации элементов щели и обеспечения надежной работа) агрегата радиальный зазор изменяется в пределах: 6 = 0,1...0,2 мм.
Большие значения 6 соответствуют более высоким параметрам насоса (оэ, Н, 11) 'и его ресурса. Значение 6 рассчитывается построением размерной цепи для наиболее напряженных условий работы агрегата, что часто приводит к необоснованно большому расчетному зазору б. Уменьшить его до минимальной величины можно при использовании щелевого уплотнения с плавающим кольцом (рис. 10.35). По существу Уплотнение представляет собой комбинацию бесконтактного щелевого н контактного с кольцом. Рекомендации по выбору размеров уплотнения приведены в табл.
10.1. Вритгрсть в Рис. 10.35. Конструктивные схемы щелевого уплотнения и эпмра сил давления на юн. вающем кольце: а, е — прижатого по гладкому торцу; б — прижатого по сфернчсскоа поверхности; 1 — опорное кольцо; 2 — плавающее кольцо; 3 — гайка; 4 — центробежное колесо В период запуска агрегата осевое перемещение плавающего кольца 2 в сторону колеса 4 ограничено опорной поверхностью, фиксирующей гайки 3. При работе плавающее кольцо 2 торцем прижимается давлением жидкости (см. зпюру давления) к поверхности опорного кольца 1. Наличие пленки жидкости в зоне контакта поверхностей колец 1 и 2 улучшает их работоспособность и зависит от параметров рабочей жидкости и соот. ношения снл давлений на поверхностях кольца 2. Для нормальной работы уплотнения плавающее кольцо разгружают от сил давления, выполняя в нем отверстия, скосы, проточки и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
