Констр_ТНА лаб раб N4 (1051631), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Форма входной части корпуса насоса зависит в основном от выбранной схемы компоновки ТНА в установке.

Материалы. Для насосов большей частью применяются алюминиевые сплавы, в том числе для насосов, перекачивающих кислород, водород и фтор. Иногда применяется хромоникелевые стали Х81Н1ОТ, 1X18Н9Т.

Для облегчения веса в настоящее время крыльчатки насосов горючего выполняют из тиана – ОТ4 / для НДМГ /.

Материалы для водородных насосов должны обладать малой теплопроводностью. В перспектива - изготовление крыльчаток и корпусов из пластмассы, пластиков. Для криогенных компонентов это имеет большое значение, т.к. при этом уменьшается передача тепла от нагретых частей ТНА компонентам.

Уплотнения ТНА.

Различные узлы уплотнений ТНА выполняют различные функции:

1. Разделение полостей компонентов, чтобы предотвратить попадание газообразных продуктов из полости турбины в полость насосов и наоборот.

2. Предотвращение утечки наружу. Особенно это важно для самовоспламеняющихся компонентов.

1. Повышение объёмного к.п.д. насосов за счёт уменьшения утечек компонентов из полости высокого давления в полость низкого давления.

По принципу действия уплотнения делятся на бесконтактные и контактные.

Бесконтактные уплотнения.

Большей частью бесконтактные уплотнения ставятся между вращающейся крыльчаткой и неподвижным корпусом. Назначение этих уплотнений - препятствовать утечке жидкости, находящейся под избыточным давлением, в полость всасывания через зазор между крыльчаткой и корпусом.

На рис. 13 показаны места уплотнений. Здесь нельзя ставить контактные уплотнения, т.к. они могут работать только до определённых скоростей скольжения - не более 40 - 50 м/сек. В современ­ных же установках эти скорости достигают 80 и более м/сек / на диаметре уплотнений /.

Простейшая форма уплотнения – это минимальны зазор с боль­шим гидравлическим сопротивлением (рис. 14 ). В этом случае особое значение приобретает подбор материала. Например, при перекачке жидкого кислорода нельзя допустить пару алюминий по алюминию, т.к. при возможном попадании алюминиевой стручки в кислород может быть взрыв. Поэтому выбирают подходящую пару. На рис. 13 показано такое уплотнение. Зазор в калибруется , втулки 1 выполнены из мягкой бронзы БрОС5-25. Крыльчатка выполнена из алюминиевого сплава. Коэффициент расхода для такой щели μ = 0,3 - 0,6. Зазор в не должен быть менее 0,2мм. Расход через уплотнения определяется по формуле

г
де μ - коэффициент расхода,

f'_y - площадь уплотнения,

dP - перепад давления в уплощении

Для уменьшения расхода через уплотнение необходимо увеличи­вать гидравлическое сопротивление уплотняющей щели. Для этого целесообразно вводить резкие повороты для протекающей в уплотнении жидкости, острые кромки и т.д. Нa рис. 16 показано лабиринтное уплотнение, в котором происходит многократное дросселирование жидкости. Коэффициент расхода μ = 0,25 - 0,3. Нa рис. 17 показано уплотнение с винтовой откачивающей канавкой, которое работает за счет сил трения между уплотняемой жидкостью неподвижным корпусом. Жидкость при вращении откачивается по винтовой канавке обратно, таким уплотнением при боль­шой заходности можно свести утечки практически до нуля. Коэффи­циент расхода μ может быть снижен до 0,15 – 0,2,

Недостатком приведенных уплотнений является то, что из-за биения и несоосности поверхностей корпуса и крыльчатки радиальный зазор нельзя делать малым, поэтому его выполняют не менее двух миллиметров.

В настоящее время широкое распространение получило уплот­нение, образованное с помощью так называемых плавающих колец. На рис. 18 представлено это уплотнение. B него входит опорное кольцо 1, плавающее кольцо 2, поджимная гайка 3 и втулка на буртике крыльчатки / для крыльчаток, выполненных из алюминиевых сплавов / 4.

Кольцо на втулку крыльчатки надевается с ходовой посадкой. Уплотнением и является зазор в по ходовой посадке.

Уплотнение работает следующим образом. Высокое давление жидкости, действуя на плавающее кольцо, прижимает его к опорно­му кольцу 1, не допуская перетеканий жидкости между ними. Утеч­ка происходит по зазору между плавающим кольцом 2 и втулкой 4 по зазору d. Это уплотнение самоустанавливающееся. Нa puc. 19 показано действие сил на плавающее кольцо. Допустим, кольцо стоило от опорной поверхности. При этом появится между ними зазор S , через него начнется прокачка жидкости. При этом на кольцо справа будет действовать давление p_y , соответственно сила Р_y , которая будет больше силы давления, действующей на плавающее коль­цо слева, за счет гидравлического сопротивления зазора S, что и приведет к прихлопыванию кольца к поверхности опорного кольца. В связи с этим зазор S не должен превышать определенного раз­мера. Для этого и служит поджимная гайка которая ограничивает перемещение кольца. В противном случае зазор может оказаться большим, закрытия зазора не произойдет, что поведет к так называемому неприхлопыванию колец.

Материал деталей уплотнения обычно - сталь 2Х13 с различной термообработкой. Наиболее твердыми являются втулка 4 и опорное кольцо 1 / твердость R_c= 42 - 49 /. Твердость плававшего коль­ца R_c= 18,0- 25,0.

Коэффициент расхода такого уплотнения μ=0,1-0,15. Работа плавающего кольца может быть более эффективной, если выполнить его с лабиринтными кольцевыми канавками. Утечки при этом уменьшатся.

Импеллерное уплотнение.

В ТНА ЖРД широко применяются гидродинамические уплотнения вала - импеллерные уплотнения / рис. 20 /. Импеллерное уплотне­ние служит для предотвращения попадания жидкости из полости вы­сокого давления P_2u в газовую полость низкого давления P_1u .

В ТНА импеллерные уплотнения разъединяет полости насосов и полости турбины, а также полости насосов и полости, сообщаю­щиеся с атмосферой - дренажные полости.

Импеллерное уплотнение представляет собой колесо / импеллер /, которое устанавливается в корпусе с малым осевым и радиальным зазорами, форма лопаток колеса не оказывает влияния на эффективность уплотнения, т.к. через импеллер нет расходного те­чения жидкости. Из технологических соображений лопатки импелле­ра выполняются радиальными. Число лопаток выбирается равным 6 - 8;

Импеллеры могут быть открытыми / рис. 20а / и закрытыми, с бандажной полочкой / рис. 20б /. Применение закрытых импеллеров уменьшает попадание газа в полость, заполненную жидкостью.

П
отребные радиальные размеры импеллера определяются по заданным перепадам давления в уплотняемых полостях.

При заданном перепаде давления потребляемая импеллером мощность будет тем меньше, чем больше угловая скорость импелле­ра, т.к. при этом уменьшается диаметр импеллера, а также чем больше плотность жидкости. Поэтому в насосах, имеющих высокие угловые скорости, импеллерные уплотнения нашли широкое приме­нение.

Мощность, затрачиваемая на привод импеллера, идет на подо­грев жидкости, заполняющей импеллер. В связи с малым обменом жидкости в импеллере с жидкостью в корпусе подогрев жидкости оказывается значительным, в случае применения криогенных жидкостей это может привести к вскипанию компонента и потере гер­метичности. Поэтому, как правило, импеллерные уплотнения применяется для высококипящих жидкостей.

Иногда для уменьшения температуры жидкости в полости импел­лера через него обеспечивают прокачку через дозирующее отверстие дренажа. Иногда для поддержания температурного режима в импел­лере выполняется отверстие.

Иногда импеллер выполняется за одно целое с задним диском колеса. Тогда к.п.д. будет выше благодаря предотвращению утечек но заднему диску, такая конструкция целесообразна при малых зна­чениях n_s.

Импеллер является очень эффективным рабочим уплотнением. Недостатком его является то, что он уплотняет только начиная с определенного числа оборотов. Поэтому в ТНА обычно применяется комбинированное уплотнение - так называемое «рабочее» - импеллер и

«стояночное» - манжеты, торцовые уплотнения и т.д.

Импеллер устанавливается лопатками в сторону полости, куда не должна поступать жидкость, т.е. гладкой стороной в сторону уплотняемой жидкости.

Момент импеллеру передается или за счет трения на торце, или через усик, которым импеллер закрепляется на валу, или через шлицы и пр.

Материал, из которого выполняются импеллеры - алюминиевый сплав АВ или нержавеющая сталь 1Х18Н9Т.

Контактные уплотнения.

Это такие уплотнения, в которых сопротивление перетеканию жидкости или газа осуществляется за счет прижатия уплотняющих элементов с определенным давлением к подвижным и неподвижным деталям узла. Контактное уплотнение обеспечивает хорошую герме­тичность, которая, однако, с течением времени может ухудшаться вследствие износа трущихся поверхностей. Недостатком всех кон­тактных уплотнений является ограничение по перепаду давлений к скорости, при которой уплотнения могут надежно работать в пре­делах ресурса двигателя.

Уплотнение может осуществляться по окружности вала - это радиальные уплотнения , или по торцовым поверхностям - это тор­цовые уплотнения.

Манжетные уплотнения.

Это уплотнения радиального типа. На рис. 21 представлены раз­личные типы манжет, применяемых в ТНА. Манжета допускает скорость на поверхности контакта 25-ЗОм/сек. Это зависит от материала манжеты, чистоты обработки контактной поверхности, удельного давления на поверхности контакта, агрессивного воздействия уплотняемой среды, необходимого срока службы. Манжета устанавливается на валу с предварительным натягом и в большинстве случаев дополнительно прижимается к валу с по­мощью спиральной пружины, спаянной в кольцо.

Если уплотняющая среда находится под повышенным давлением, то манжета принимается к валу дополнительно за счёт разности давлений.

Давление на поверхности контакта должно быть большим или равным разности давлений по обе стороны манжеты. При этом манже­та не будет пропускать уплотняемую среду, но в тоже время выде­ляющееся от трения тепло не должно выводить манжету из строя.

Предварительный натяг при диаметре вала d_в < 20 мм равен 1 мм, при d_d > 20 мм - 2 мм.

Манжета поджимается разжимным кольцом 2 к корпусу .

Широко применяется армирование манжет для увеличения ее жест­кости / рис 21/. При значительных перепадах давления под манжету необходимо устанавливать опорное металлическое кольцо, оно предупреждает деформацию и нарушение прилегания по рабочей по­верхности / рис. 21 в /.

Наиболее важным фактором, влияющим на работу уплотнения и определяющим его долговечность, являются окружная скорость и связанная с ней температура на поверхности трения.

Поскольку работа трения, нагрев и износ уплотнений валов пропорциональны окружной скорости - скорости скольжения - V_ск (V_ск=Пd₀n/60), необходимо стремиться к тому, чтобы уплотнения

располагались на частях вала с минимальным диаметром.

Количество выделяемого тепла зависит от удельного давления Р_уд . Чем больше Р_уд , тем быстрее манжета выйдет из строя, по­этому величина удельного давления ограничена. Перепад давления на манжете для существующих материалов dР = 3-6 кг/см².

При больших давлениях перед манжетой ставят разгрузонный импеллер. Чтобы импеллер не "отсосал" манжету и необхо­дим на ней указанный перепад давления.

При больших давлениях импеллер может не снять давление. В та­ких случаях ставят несколько манжет друг за другом. Они работа­ют последовательно, по мере выхода из строя предыдущей манжеты. Количество манжет может достигать 6 - 8.

Другой способ уменьшения давления на усик манжеты - органи­зация дренаж перед ней.

Контактные многорядные уплотнения с манжетами применяются для разделения полостей со значительными перепадами давления.

В качестве материала для манжет применяются резина специаль­ного типа, фторопласт, пластмассы ;

Резина может работать в диапазоне температур -40 - 150°С. Резиновые манжеты применяются для неагрессивных компонентов /Т-1 /. Какими манжетами нельзя уплотнять низкокипящие компоненты. В месте контакта манжета может разогреться до температуры боль­шей 150 градусов. Если манжета расположена у ротора турбины, то вал, нагретый до определенной температуры, тоже может действо­вать на манжету.

Для агрессивных компонентов применяется фторопласт-4 /С₂F₄/. Фторопласт разрушается только кипящими щелочными металлами. Тем­пературный диапазон -50° - 230°. Недостаток фторопласта -большая твердость и холодная текучесть / пластические деформации в холодном нагруженном состоянии /.

Манжеты нельзя применять ни для низких, ни для высоких тем­ператур. Для этих целей применяются уплотнения другого вида.

Контактные уплотнения, работающие в условиях высоких и низких температур.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы