Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Изменяя форму плавающего коль. ца, уплотняюшую щель, можно выполнить по его наружной поверхности (рис. 10.35, в). Таблица 10.1 Рекомнщацви по выбору размеров уплотнения Лиаметр уплотнения Ву„„, мм Параметр уплотнения 18,27 27 40 40...60 60...90 90...135 135...200 7 8 1О 14 20 3,5 4 5 7 10 7,2 8,3 10,4 14,5 20,6 6 3 6,1 Ь В Б 238 работа щелевого уплотнения на установившемся режиме и в период перехода ротором через резонанснью частоты сопряжена с контактом плаающего и опорного колец по линии окружности, что недопустимо. В этом лучае целесообразно выполнять опорное кольцо состоящим из двух частей и с контактом между ними по сферической поверхности (рис.
10.35, б) апнусом М с центром на осн вращения ротора ТНА в месте расположения ближайшей опоры. Поскольку работа уплотнения с плавающим кольцом происходит при непосредственном контакте его основных элементов, то следует помнить, что при их соприкосновении возможны взаимные деформации деталей, а в некоторых рабочих компонентах и особенно в активной окислитель. иой среде — возгорание с аварийным исходом. Выбор материалов контактирующих пар уплотнения, их твердость и термообработка в существенной степени определяются рабочей средой. Для большинства компонентов топлив ЖРД хорошо себя зарекомендовала при изготовлении опорного кольца н колеса насоса сталь 20Х13 твердостью НКС 42...49, а плавающего кольца твердостью НВ 207...428.
Возможны комбинации различных материалов, например, при подаче жидкого кислорода колесо насоса выполняют из алюминиевого сплава АЛ4 с покрытием хрома толщиной 30...70 мкм, опорное кольцо из стали 20Х13 илн 95Х18 твердостью НКС 46...54, а плавающее кольцо из бронзы БРАЖМц-10-3-15 или БРОС5-25. В ТНА широко применяются бесконтактные гидродинамнческие уплотнения, осевые (виитоканавочные и лабиринтно-винтовые) и радиальные (им пеллеры) . Основной элемент винтоканавочного уплотнения — винтовая нарезка иа валу или на корпусе, которая при значительном перепаде давлений получается большой длины. Дпя вннтоканавочного уплотнения существенна зависимость создаваемого перепада давлений от величины радиального зазора между валом и корпусом, выполняемого минимальным.
Для лабирюпно-винтовых уплотнений характерны винтовые нарезки на валу и корпусе, выполненные в противоположных направлениях. В пщродинамическом радиальном уплотнении основным элементом служит диск (нмпеллер), заключенный в полость (рнс. 10.36) . Импеллер а рас. абаза. Симам гадродииамаческого раюмльиого уилотиеииа: е — имиеллер с баидаагом и лазами; П вЂ” имиеллер открытия с лопатками 239 с одной стороны гладкий, а на другой имеет радиальные лопатки толща. ной б нли пазы шириной Ь, выполненные высотой Ь. Импеллер на валу устанавливается гладкой поверхностью в сторону полости высокого давле.
ния. Жидкость движется по валу ротора в сторону низкого давления И заполняет полость с импеллером. При вращении импеллера жидкость поц действием лопаток тоже будет вращаться. При этом на каждую частицу жидкости, заполнившей каналы импеллера, действует сила давления направленная к центру, и центробехпюя — противоположного налравле. ния. В случае их равенства перетекание жидкости в радиальном направле.
нии к центру прекратится. Величина перепада давлений, удерживаемого импеллером, определится по формуле (10.19) где р„— давление на диаметре Ри„' р„— давление в газовой полости (дренажа); р' — коэффициент напора для существующих конструкций и режимов работы равен 0,83...0,9; р — плотность жидкости. Максимальное давление, которое удержит импеллер, при положении границы жидкости на диаметре (Рг — г(ег) яж '"' З 1 (Рг,1г ) Ям 4 им ет ' (10.20) Уплотнение обеспечивает герметичность при условии, когда минимальный диаметр жидкостного кольца Р, ) Нег. В противном случае жидкость из уплотняемой полости перетекает через им пеппер по валу, что недопустимо.
На лопаточной стороне импеллера при нормальной работе уплотнений одновременно образуются газовая полость размером (Є— г1 ) ижидкостная — (Р„„— Р„) . Таким образом, роль герметизатора обеспечивает вращающееся жидкостное кольцо толщиной (Р„„— Р,), которое удерживает перепад давлений на уплотнении и препятствует проникновению газа из соседней полости (дренажной) или иэ полости турбины в насос. Проникновение газа (барботаж) через вращающееся кольцо жидкости (Є— Рг) связано с вихревым отйосительным течением жидкости и газа в каналах импеллера.
Для открьпого импеллера (без бандажа) (рис, 10.36, б) газ начинает проникать через уплотнение при РгГРя„> 0,8, а с бандажом это соотношение составляет не более 0,9 при условии перекрытия осевого зазора бандажом на 2 мм (рис. 10.36, а) . Энергетический анализ показывает, что при прочих равных условиях затрачиваемая в гидродинамическом уплотнении мощность обратно пропорциональна квадрату угловой скорости Ф - ог г. Следовательно, их целесообразно применять в высокооборотных агрегатах, каким является ТНА. Уменьшение мощности, затрачиваемой на привод импеллера, достигают увеличением коэффициента напора. 2(ля разного числа лопаток или пазов коэффициент напора уг изменяется неоднозначно и в экономичном уп.
240 ,о пении число лопаток импеллера 2 > 6 или пазов 2 = 8...12. Высоту топаток (глубину Уазов) импеллеров с 0и„, = 40...120 мм рекомендуется ыбнрать в пределах л = 3...4 мм. Изменейие осевого и радиального зазов в диапазоне от 2 до 5 мм не оказывает существенного влияния на эффективность работы уплотнения. Воэможность уплотнять суспензии, химически активные жидкости и работать в широком диапазоне изменения режимных параметров агрегата способствует широкому использованию таких гидродинамических уплотнений в ТНА ЖРЛ.
Оии широко применяются в комбинации с различными уплотнениями, а сами иногда выполняются в несколько ступеиеи, В практике известны конструкции с пятью импеллерами (пятиступенчатое уплотнение). При использовании многоступенчатых импеллеров сохраняется герметичность насоса на нерасчетных (пониженных) режимах работы ТНА по угловой скорости. КОМБИНИРОВАННЫЕ УПЛОТНЕНИЯ Создание современных уплотнительных систем на валу ТНА немыслимо без комбинационного применения отдельных видов или типов уплотнений. Лаже такое простое уплотнение как манжетное, применяемое самостоятельно, не ставится без дренажа, перепуска или системы автоматического регулирования удельного давления контакта манжеты на поверхность вала.
Как правило, ни одно из известных уплотнений не обеспечивает пол. ную герметизацию полостей ТНА, работающего по сложной циклограмме с множеством пусков и длительными остановами. В связи с этим появляются конструкции с различными по принципу действия уплотнениями, выполняющими только определенную роль. Взаимодействие входящих в комбинацию элементов и уплотнений обеспечивает повышенную надежность узла в целом. Описать все комбинации уплотнений весьма затруднительно из-за большого их количества,и выбор каждого определяется задачами и параметрами насосного агрегата, а также его гидравлического тракта, связанного с проточной частью насоса.
При проектировании ТНА возможны комбинации уплотнительных устройств, представляющих собой сочетание нескольких бесконтактных и контактных уплотнений. В число элементов уплотняющего узла включают системы перепуска и отсечек, полостей с буферными средами, которые связаны гидравлически. Иногда некоторые из уплотнительных узлов служат не только для уплотнения, но и для подачи рабочей жидкости с заданными параметрами в систему обеспечения работоспособности двигательной установки, например питание вспомогательных ЖГГ низкого давления и т.п. Конструкция уплотнительного узла полости высокого давления при комбинации импеллера с другими типами уплотнений (щелевого, торцевого, манжетного) представлена на рис. 10.37.
1 2 У Е У УР 7 8 У йр Рве. 10.37. Комбцццровалвое увлотаецце мцогорежшсцого васоев: 1 — втулка; 2 — манжета; 3 — увлоткнтелькое кольцо; 4 — лружцва; 5 — контакт. цое кольцо; 6 — цмвеллер; 7 — поашввкцк; 8 — плававшее кольцо; 9 — цектрсесжкое колесо; 1Π— ваа Вал 10 насоса с центробежным колесом 9 н плавающим кольцом 8 щелевого уплотнения установлен на подшипниках качения, один нз которых (поз. 7) охлаждается компонентом, проходящим щелевое уплот.
пение с кольцом 8. За цодшипннком расположен импеллер 6, к торцевой поверхности которого со стороны лопаток пружиной 4 поджато кольцо 5 торцевого уплотнения, предотвращающее дальнейшее движение компонен. та на валу. Страхующая манжета 2 установлена после щели, выходящей в дренажную полость между втулкой 1 и корпусом торцевого уплотнения. Особенность рассматриваемой конструкции заключается в последовательной установке уплотнений различного типа, эксплуатационные характеристики которых последовательно, по ходу движения предполагаемых протечек компонента, понижаются, а герметизирующие свойства повышаются, что позволяет создать абсолютно герметичный узел для уплотне. ния полости высокого давления. До запуска агрегата роль основного уплотнения выполняет торцевое нагруженного типа, в котором необходимое удельное давление обеспечивается пружиной 4.
При выходе агрегата на но. минальный режим утечки компонента высокого давления нз центробежного колеса 9 поступают через щелевое уплотнение с плавающим коль. цом 8 и далее в подшипник 7. Для уменьшения расхода жипусости через полость подшипника, разгрузки его от осевых сил н обеспечения циркуляции жидкости между полостью с импеллером 6 и центробежным колесом 9 в стенке над подшипником выполнены отверстия, Импеллер 6 ограничивает дальнейшее движение жидкости по валу, отбрасывая ее к периферии в трубопровод перепуска для подачи на вход в насос.
Со стороны лопаток 242 лера устанавливается граница раздела жидкость — газ, а капельки вы лелле киФ' ости задерживаются кольцом 5 торцового уплотнения, работающего а режи име полужидкостного трения. Просочившаяся через торцевое уплотнение жидкость и ее пары по щели над втулкой 1 попадают в полость дренажа и и отводятся от вала, что облегчает условия работы манжеты 2, выполняю ющей роль страхующего уплотнения. йо всех конструкциях ТНА полость уплотнения с импеллером раэобшается я с внешней средой или полостью соседних насосов одним илн рядом контак актных уплотнений. Широко применяются комбинации манжет с баско контактными уплотнениями.
Конструкция комбинированного уплотнения (рис. 10.38) шнекоцентробежного насоса со стороны входа рабочей жипк ости в шнек 9 обеспечивает высокую степень герметичности на всех режим мах. За подшипником 7 расположено гидродинамическое уплотнение 5. с рад диальным импеллером 6, имеющим с обеих сторон лопатки 4 и далее по валу установлен ряд манжет 3, 2, 1, разобщенных между собой дрена ажными полостями, которые сообщаются с полостью низкого давления для сброса протечек уплотняемой жидкости и ее паров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
