Констр_ТНА лаб раб N5 (1051632), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

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.

Весьма распространенный вид уплотнения - разрезные сегмент­ные кольца. Чаще всего употребляются для изоляции газовой поло­сти турбины. Каждое кольцо состоит из трех сегментов / рис. 22 /, притертых по торцам. Внутренней поверхностью кольца притираются к валу. Поверхность вала хромируется для уменьшения износа.

Кольцо удерживается от проворачивания штифтом. По стыку сегментов кольца имеют зазор / щель /, через который возможны утеч­ки. Для уменьшения утечек можно применить "замок". По мере изно­са центрального отверстия кольца зазор  будет уменьшаться. При значительном износе, когда сегменты встанут в распор, по торцам, появится утечка через нарастающий зазор между кольцами и валом. При "замке" утечка будет меньше.

Для сборки корпус уплотнения должен быть разъемным, иначе кольцо не может быть вставлено. При установке пакета колец , который обычно состоит из 2-х - 4-х сегментных колец, зазоры смеща­ются друг относительно друга, образуя лабиринт . Абсолютной гер­метичности такое уплотнение не обеспечивает, поэтому за ним не­обходим дренаж. Кольца выполняются большей частью из антифрик­ционного серого чугуна СЧ18-3б. Чешуйки гранита в чугуне обеспе­чивают и притирку и надежную работу уплотнения при всех темпера­турах. Уплотнения эффективны. Кольца выдерживают большие скорости скольжения - до 40 м/сек. Недостатки - износ колец, отсут­ствие абсолютной герметичности, чувствительность к перекосам и биениям.

для разделения полостей со значительным перепадом давления применяются неразрезные плавающие кольца. Они устанавливаются в деталях корпуса со значительными осевыми зазорами и минимальными по валу, в таком уплотнении сочетается эффект щеле­вого и лабиринтного уплотнений. Кольца не должны проворачиваться. Для этого момент трения по торцу должен превышать момент трения вала и кольца. При плавающих кольцах рабочий зазор по валу до­пускается меньший, чем в обычных уплотнениях щелевого типа. Это объясняется тем что при определении минимальной величины зазора можно не учитывать ряд факторов, таких как биение вала и др. При работе плавающие кольца перемещаются, следуя за биением вала. На рис. 23 показаны такие уплотнения.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы