Диссертация (785882), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Перерасчёт радиального зазора по формуле из ур. (3.2) для перепада давления в 0.3 МПа и диаметра вала в 88 мм приводит к значениям0.062 мм (расход 0.011 кг/с равен расходу через щёточное уплотнениеB-3) и 0.195 мм (расход 0.034 кг/с равен расходу через щёточное уплотнение B-2B).В следующем разделе приведены конкретные примеры по использованию данного упрощённого подхода, а также сравнение результатовс экспериментальными данными.7.4. Применение описанных подходов впрактических расчётах7.4.1. Оценка расхода щёточных уплотненийДанный раздел иллюстрирует использование предложенного вышеупрощённого инженерного подхода для оценки расхода через щёточныеуплотнения, взятые из других опубликованных работ.Вначале, для примера, приведём результаты использования пористой модели, использованной в [7] для материала «металлорезина», при3807.4. Применение описанных подходов в практических расчётахоценке расхода через контактные щёточные уплотнения.
На рис. 7.13показано сравнение оценочных и экспериментальных данных, полученных для контактных щёточных уплотнений B-3 и B-4.Теоретические оценки определены с помощью ур. (3.7) при предположении полностью турбулентного режима. При этом плотность воздуха определяется из уравнения идеального газа, а динамическая вязкостьимеет постоянное значение.
Приняты следующие значения для толщины щёточного пакета, которые не изменялись в зависимости от перепададавления: 1.9 мм для щёточного уплотнения B-3 и 1.8 мм для щёточного уплотнения B-4. В целом можно отметить хорошее согласованиемежду оценочными и экспериментальными данными. Однако теоретические значения очень чувствительны к параметру толщины щёточногопакета. Поэтому корректный выбор данного параметра является важнейшим условием при использовании аналитической пористой модели.Существует большое число опубликованных исследований, которыепосвящены расходным характеристикам щёточных уплотнений. Однакомногие работы не содержат полной информации по конструкции представленного щёточного уплотнения и рабочим параметрам, что является необходимым для воспроизведения результатов другими исследователями посредством, например, расчётов.
Также экспериментальныеданные представлены, как правило, лишь в графической форме, что дополнительно усложняет работу с ними.Параметры щёточных уплотнений, для которых была проведенаоценка расхода, сведены в табл. 7.3. По сравнению с базовыми щёточными уплотнениями видны значительные отличия по радиальному зазоруупорного кольца и номинальному зазору в щёточном пакете, по диаметру проволоки и плотности упаковки, по диаметру вала.Данные по давлению и экспериментальному расходу уплотненийизвлечены из указанных источников с определённой степенью погрешности. В некоторых случаях значения расхода были пересчитаны из следующего параметра:√˙ 0.(7.7)=0 Оценка расхода для каждого анализируемого щёточного уплотне3817.4. Применение описанных подходов в практических расчётахРис. 7.13.
Оценка расхода через контактные щёточные уплотнения с использованием аналитической пористой моделиния проведена как минимум для двух различных значений давления.Для одной рабочей точки результаты оценки сведены в последней строке табл. 7.3. Предпоследняя строка таблицы содержит тип базового щёточного уплотнения, выбранного для проведения оценки.Полные результаты оценки расхода для различных уплотнений иперепадов давления показаны в графической форме на рис. 7.14.В качестве вывода можно отметить, что оценочные значения демонстрируют приемлемое согласование с экспериментальными данными, взятыми из соответствующих источников, для различных щёточных уплотнений в широком диапазоне расходных характеристик.382Таблица 7.3.
Параметры щёточных уплотнений и результаты оценки расхода[113][95][356][290][390][316][393]D3-R1[299]D4-R1383ℎ0 [мм]−0.061−0.250.27−0.09650.0250.260.180.31 [мм]0.0510.07620.0760.1020.070.0510.070.07 [штук/мм]180.094.5200.067.5200.085.0200.0200.0 [∘ ]50.045.045.050.045.045.045.045.0ℎ [мм]0.6351.41.41.271.5н.д.1.01.08 [мм]37.92121.76121.22215.9327.6166.81303.0180.050.640.681.430.961.210.281.211.211 [МПа]0.10.10.10.10.1040.10.10.096 [-]1.8831.51.52.52.01.52.08.97˙ [г/с]3.493.023.038.2147.021.050.070.065.1Тип базового ЩУB-3B-3B-2BB-4B-1B-2BB-2AB-2BB-1˙ [г/с]1.873.817.130.8144.3617.049.5659.6276.65[мм]7.4. Применение описанных подходов в практических расчётахИсточник7.4.
Применение описанных подходов в практических расчётахРис. 7.14. Сравнительные результаты оценки расхода для различныхщёточных уплотнений7.4.2. Щёточные уплотнения «Ивченко-Прогресс»В данном разделе описаны результаты использования предложенных выше упрощённых методик к определению расходных характеристик щёточных уплотнений для оригинальных уплотнений, изготовленных на ГП «Ивченко-Прогресс» (ИП) (см., также, [43]).
Фотографиящёточного уплотнения ИП показана на рис. 7.15 (см. [49; 54]).Параметры рассмотренных щёточных уплотнений ИП, а также экспериментальные значения расхода для отдельных перепадов давлений,сведены в табл. 7.4.Расход представлен в приведённом виде, определяемым как:=˙ × 1000 √︀0 ,0 /98100(7.8)где ˙ – полный расход через уплотнение в кг/с, 0 – давление перед3847.4. Применение описанных подходов в практических расчётахРис. 7.15.
Щёточное уплотнение ИП [49]уплотнением в Па, 0 – номинальная температура в К.Все щёточные уплотнения ИП имеют положительный номинальный радиальный зазор. Основные отличия лежат в диаметре уплотнений и плотности упаковки волокон. Следует отметить также номинальные толщины щёточных пакетов, значения которых меньше теоретических минимальных значений, рассчитанных из ур. (2.8). Это можетговорить о том, что конструкция и технология изготовления щёточныхуплотнений ИП отличается от коммерчески доступных аналогов, исследованных в данной работе.Таблица 7.4.
Параметры щёточных уплотнений «Ивченко-Прогресс»Щёточное уплотнение1234Фактический диаметр вала [мм]89.994333.476207.465391.44Факт. радиальный зазор [мм]0.2120.2200.2180.217Диаметр проволоки [мм]0.070.070.070.07Плотность упаковки [шт/мм]160240240240Наклон волокон [ ]45454545Длина волокон [мм]9.39.259.39.25Номин.
толщина пакета [мм]0.81.21.21.2Радиальный зазор кольца [мм]1.51.51.01.5Давление за уплотнением [MPa]0.10.10.10.1Отношение давлений [-][︁]︁г/с0.5Эксперим. расход кгс/смK25.662.05.04.03.0158360. . . 390440. . . 460390700∘3857.4. Применение описанных подходов в практических расчётахДля инженерной оценки расхода через щёточные уплотнения, представленные в табл. 7.4, могут быть выбраны базовые уплотнения B-1,B-2A и B-2B (см. табл. 7.1).
Для дальнейшей работы было выбрано базовое уплотнение B-2B, которое демонстрирует при относительно высоких значениях расходной характеристики практически полное закрытиесвободного зазора при возникновении перепада давления.На основе выбранного базового уплотнения были также проведеныавтоматизированные ВГД-расчёты с помощью модели в OpenFOAM дляреальной геометрии исследуемых уплотнений «Ивченко-Прогресс».Результаты оценки расхода с помощью инженерной и ВГД методиксведены в табл. 7.5.
Инженерная методика демонстрирует удовлетворительное согласование с экспериментальными значениями для уплотнений 1, 3 и 4. Значительное отличие наблюдается для уплотнения 2 приотношении давлений 2.0. Помимо прочих факторов, такое разногласиетакже связано с общей неопределённостью относительно состояния щёточного пакета (значения толщины пакета и остаточного радиальногозазора) при малых перепадах давления.Представленные в табл. 7.5 результаты показывают, что ВГД-расчёты в общем случае не улучшили оценку расхода через исследуемыещёточные уплотнения. Также имеет место удовлетворительное согласование с экспериментом для уплотнений 1, 3 и 4. Однако ВГД-методикавыдаёт зачастую более высокие значения, тогда как инженерная оценкавыдаёт чаще более низкие значения по сравнению с экспериментальными данными.Значительные расхождения между расчётными и экспериментальными значениями расхода для щёточного уплотнения 2 указывают нато, что поведение уплотнения 2 заметно отличается от поведения базового уплотнения B-2B.
Поэтому для уплотнения 2 были проведеныдополнительные расчёты на основе другого базового уплотнения B-2A.Результаты оценок, полученные с помощью базового уплотненияB-2A, сведены в табл. 7.6. Для малого перепада давления значительные отличия с экспериментом остались, однако расхождение для ВГДрасчёта заметно уменьшилось по сравнению с ВГД-расчётом на основеуплотнения B-2B. Для перепада давления 5.0 обе методики демонстри3867.5. Проектирование узлов с щёточными уплотнениямиТаблица 7.5. Результаты оценки расхода для щёточных уплотнений«Ивченко-Прогресс» на основе базового уплотнения B-2BЩёточное уплотнение1234Отношение давлений [-]]︁[︁г/с0.5Эксперим.
расход кгс/см2K5.662.05.04.03.0158375450390700148.2221.9550.5343.6650.0Расхождение с экспериментом[︁]︁г/с0.5Расход по ВГД-расчёту кгс/смK2−6.2%−40.8%22.3%−11.9%−7.2%164.2658.1577.2310.9739.5Расхождение с экспериментом4.0%75.5%28.3%−20.3%5.7%Оценка расхода[︁г/сK0.5кгс/см2]︁руют в данном случае хорошее согласование с экспериментом.Таблица 7.6. Результаты оценки расхода для щёточного уплотнения«Ивченко-Прогресс» на основе базового уплотнения B-2AЩёточное уплотнение2Отношение давлений [-]2.05.0375450184.4461.0Расхождение с экспериментом[︁]︁г/с0.5Расход по ВГД-расчёту кгс/смK2−50.8%2.45%495.2442.2Расхождение с экспериментом32.1%−1.7%Экспериментальный расходОценка расхода[︁г/сK0.5кгс/см2[︁г/сK0.5кгс/см2]︁]︁7.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
