Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Т орцевые уплотнения работоспособны при значительно больших пере- I 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 у~шотнения широко применяются в ТНА, так как обеспечивают высокую герметичность при достаточно длительной работе и повторных 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 ушштняемых перепадов давлений компонентов широко применяются уплотнения разгруженного типа. Работоспособность уплотнения зависит от ширины контактного пояска Ь = Вз — П, (рис.
10.30, а), с уменьшением которого снижается темпера. тура в месте контакта, упрощается получение требуемой точности и шеро- 232 7 б у Т Х рис. 10.30. Торцевые уплотнении: а с мембраной; б — с сильфаном: 1 — пружина; 2 — мембрана; 3 — нгулке; 4— контактное кольцо; 5 — опорное колыСа; 6 — сильфан ховатости контактных поверхностей, улучшается их смачиваемость. Практически с диаметром пояска О, = 60...80 мм рекомендуется принимать Ь~ )3 мм, при Пь = 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 циклограммой 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 контактно~о кольца, вращающегося со скоростью со > 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 допускае~ся 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 угпотнительного кольца применяют графиты, металлокерамику, фторосшасгы, ситалофторопласты. Опорную деталь уплотнения выполняю~ из коррозионно-стойкой стали с термообработкой поверхности до твердое~и 50...60 НКС 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 ~-д т г у Рнс. 10.31. Уплотнения с унру.
гимн кольцамн: а — упругое кольцо; б — установке упругого кольца в паз; в — упругое кольцо с разгрузочным отверстием; 1 — опорная втулка; 2 — упругие кольца; 3 — втулка Рнс. 10.32. Уплотнение с кольценымн сегментами: 1 — опорное кольцо; 2 — бреслспшя пру- жине; 3 — сегменты кольцевые; 4 штифт ЕЕСКОНТАКТНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ 235 Для разделения полостей с газом от агрессивной жидкости, в том числе и криогенных, с перепадами давлений до 5 МПа при окружной скорости в месте контакта до 80 м/с, применяются уплотнения с упругими кольцами (рис. 1031).
Упругие кольца 2 тю внешней поверхности плотно прижаты к корпусу или втулке 1. Сила прижатнл кольца к корпусу 1втулке) обеспечивает их неподвижное положение при вращении вала. Кольцо прижимается к корпусу силами упругости, к которым во время работы добавляется усилие от давления жидкости. Основныс размеры такого упло~нения приведены на рис. 10.31, а, б.
Выбор материала колец зависит от физико-химических свойств уплотниемой среды. В ТНА кольца чаще изготавливают из пружинной стали, высокосортного чугуна перлитовой 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 из легированной стали, а их поверхности имеют твердость более 58 НКС, что достигается соответствующей термической или химико-термической обработкой. При высоком перепаде давлений рабочей среды упругие кольца быстро изнашиваются, Для уменьшения износа кольца и создания жидкостной пленки по торцу в нем делают ряд отверстий 1рис.
10.31, в), что значиПи стн тельно увеличивает срок службы, хотя и уменьшае~ герметичность узл . а. ри установке упругих колец в несколько рядов в последнем отверстий не делают, обеспечивая тем самым герметичность всего узла. Длл герметизации полостей газовой турбины с высокой температурой или насоса, подающего криогенную жидкость, широко применяют уплотнения с разрезанными на три сегмента кольцами, чаще с зазорами между сегментами 0,3...0,6 мм (рис. 1032). 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- том 4, который входит в гнездо опорного кольца 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 установлентзьзх кольца из сегментов. При этом их фиксируют относительно корпуса так, чтобы торцевые зазоры между сегментами 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 графитизированного чугуна с обязательной приработкой по уплотняемой поверхности. Отличительный признак уплотнений бесконтактного класса — обязательное наличие зазора, который в процессе работы полностью или 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 БНА широко применяются бесконтактные статические и гидродинамические уплотнения.
В статических уплотнениях малый зазор в сочетании с трением между уплотняющими 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 бескотггактные статические уплотнения используются главным образом в качестве предварительньзх внутренних уплотнений полостей насосов и турбин. В гидродинамических бесконтактных уплотнениях обеспечивается активное сопротивление влечению уплотняемой среды. В таких уплотнениях мощность затрачивается как на перемещение жидкости, так и на преодоление трения врацающихся деталей о жидкость, 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 радиальным зазором (рис. 1033, а) на входе в него поток жидкости сужается, в камере лабиринта внезапное расширение приводит к турбулизации и перемешиванию всей массы. В конце камеры из объема струи выделяется поток постоянной массы, который вытекает во вторую щель и т.д. Присоединенные массы окружающей среды, оставаясь в камере, циркулируют и вновь примешиваются к входящей струе. Влияние формы камер и канавок на эффективность уплотнения, как показывают опыты, неоднозначно.
В области автомодельного режима течения жидкости гидравлическое сопротивление лабиринтного зазора возрастает по сравнению с гладкой щелью примерно на 30 %. Установлено, что наибольшей эффективностью обладают аксиально- и 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
