Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Класснфнкацня уллотнсннй нодвнжлых соедннсняй ТНА 228 деталями и, следовательно, не устраняют зазор между уплотняюшими полостями, а лишь уменьшают его; комбинированные — представляют собой комбинацию одного вли нескольких контактных уплотнений с беск онтактными. Узел уплотнения в любой конструкции в условиях работы либо полностью герметизирует полость, что будет наилучшим вариантом, либо предусматриваются конструктивные мероприятия, обеспечивающие локальное (в пределах уплотнительного узла) уменьшение утечек, например ступенчатое снижение перепада давлений, уменьшение скорости на поверхности вала, охлаждение, введение промежуточных (уппотняющнх или бустерных) сред.
При создании конструкции ТНА конкретизируются основные требования, предъявляемые к уплотнениям; герметичность, степень которой определяется условиями работы агрегата; малый износ контактных поверхностей при уплотнении подвижных соединений, что обеспечивается минимизацией потерь мощности на трение, и достаточный ресурс работы; срок службы, включающий срок хранения, исчисляемый годами, и ресурс работы в составе иэделия; УПЛОТНЕНИЯ КОНТАКТНОГО ТИПА г 2 5 2 5 б Ряс. 10.27. Структурная схема контактного уплотнения: 1 — неподвижный; 2 — эластичный; 3 — упругий; 4 — скользящий элемент унлст- нсння Рнс. 10.28.
Элементы мвнжстного увлотнсння: а — манжета армированная; б — манжета армированная с опорной шайбой; 1 — кор- пус; 2 — кояьло арматуры; 3 — мостик; 4 — губка; 5 — пружина; 6 — опорная шайба 229 В контактном уплотнении поверхности деталей плотно прилегают друг к другу из-за предварительного поджатия и от воздействия рабочего давления уплотняемой среды. На структурной схеме контактного уплотнения (рис.
10.27) выделяют; неподвижный уплотняющнй элемент 1, обеспечивающий плотность соединения межцу взаимно неподвижными деталями; скользящий уплотнительный элемент 4, находяшийсн в контакте с подвижной поверхностью и регулирующий необходимую плотность в месте контакта; эластичный уплотняюший элемент 2, предназначенный для сохранения плотности при перемещении скользящего элемента относительно подвижной поверхности и упругий элемент 3, создающий необходимое давление на контактирую- ших поверхностях. В случае, когда роль упругого элемента выполняет рабочая среца, то назначение его сводится к созцанию предварительного натяжения.
Каждый из перечисленных элементов должен соответствовать общим требованиям, предъявляемым к уплотнениям и обеспечивать работоспособность на заданных параметрах и режимах работы агрегата. Исходя из приведенной структурной схемы контактного уплотнения, можно установить взаимосвязь конструктивной схемы вплоть цо конструкции конкретного уплотнения. Конструктивно представленная схема может быть выполнена с различными вариантами отдельных узлов. Например, манжетное уплотнение (рис. 10.28) включает в себя все элементы структурной схемы, но может быть выполнено н без пружины, и согласно структурной схеме его работоспособность не нарушается, что обеспечивается установкой на вал диаметром Р„манжеты с меньшим Р .
Торцевые уплотнения по аналогичной зависимости ввиду низкой степени эластичности пары деталей, герметизирующей стык подвижного соединении, выполняются только с пружиной, а герметичность по неподвижному стыку обеспечивается круглым резиновым кольцом. Для более полной герметичности резиновое кольцо можно заменить сильфоном нли мембраной. Контактные уплотнения имеют наиболее высокую степень герметичности, ограниченную долговечность и значительные потери энергии на преодоление снл трения при вращении вала. Такие уплотнения при высоких значениях давления уплотняемой среды изнашиваются, и требуется периодическая их замена, Изнашивается и сопряженная поверхность вала или втулки.
Однако при герметизации соединений с очень малыми допустимыми утечками рабочей среды контактные уплотнения незаменимы. В ТНА для герметизации по валу широко применяются манжетные упло~нения, эластичные, упругие, сегментные кольца и торцевые уплотнения. Основным типом манжет, применяемых для уплотнения вала, явлнются конические (см. рис. 10.28), хотя встречаются Ч-образные и Г-образные. Эти названия соответствуют профилю манжеты в поперечном сечении. Корпус ! 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 уплотняемой среды и скорости на контактной поверхности резко уменьшаются, Предварительный натяг манжеты на уплотняемую поверх. ность обеспечивается ее губкой, которая направлена в сторону повышенного давления, и нажимным устройством в виде браслетной пружины. Внутренний диаметр манжеты Р всегда меньше диаметра вала Р на м в 5...8 %. Допустимое удельное давление зависит от окружной скорости уплотняемой поверхности вала и материала манжеты.
Например, Т.М. Башта рекомендует принимать для резиновых манжет при окружной скорости вала и = 15 м/с и температуре не более 200 'С значение кон- 230 Рве. 10.29. Узлы уллотиеиия с манжетами лри охлажлеиии зоям трелия циркуляцией компонента. а — ло канавкам ва валу; б — в тупиковой зоне; 1 — лолшилник; 2 — ступина; 3 — кмлеллер; 4 — втулка; 5 — взл; 6 — манжета Г Г У 4 Г а тактного линейного давления 9,5...13 г/мм При большей окружной скорости удельную нагрузку на контактной поверхности следует уменьшить. Манжетные уплотнения применяются при перепадах давлений рабочей среды до 1 МПа.
Длн повышения работоспособности манжет вводятся дополнительные конструктивные элементы. Например, при высоких давлениях уплотнлемой среды под коническую часть манжеты устанавливают опорную, поддерживающую шайбу (рис. 10.28, б). Для повышения герметичности н надежности ставятсн последовательно две манжеты (рис. 10.29).
Условия работы последовательно установленных манжет неодинаковы. Смачивание контакпюй поверхности губки первой манжеты осуществляется жидкостью нз уплотняемой полости, а смачивание последующей манжеты — только утечками из прецыдущей. Прн этом наступает момент, когда первая манжета полностью разгружается, в работу вступает вторан и срабатывается раньше первой. В ТНА от герметизируемой полости цо 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 следуе~ 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 скольжении 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 разрушаетси, а с уменьшением — поверхность не может удержать пленку. Надежная работа манжеты обеспечивается шероховатостью вала не меньше О,б3 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 или препятствует у~ечкам жидкости. При несоосности и биении уплотняемого вала герметичность уплотнения неизбежно нарушается, и биение поверхности вала не должно превышать 0,08 мм. У словия работы контактного уплотнительного устройства можно улучшить конструктивными, технологическими и режимными мероприятиями.
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, применением материалов с высокой тегшопроводностью или охлаждением трущихся поверхностей. Н а рис. 10.29, а представлены узлы уплотнения с охлаждением зоны трения манжет жидкостью путем ее циркуляции, создаваемой импеллером 3, расположенным за 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 скользя~ 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 созда~ь 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 м1с, с температурой рабочей среды от 220 до + 480 К и перепадом давлений до 2 МПа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
