Термогідродинамічні торцеві ущільнення
Охолоджування ущільнень
Найважливішим показником, що обмежує ресурс ущільнення, є втрати потужності на тертя, які приводять до підвищення температури у торцевому зазорі, руйнування змащувальної плівки, температурних деформацій і в результаті до інтенсивного зносу контактних поверхонь. Тому при проектуванні ущільнень необхідно вживати всі доступні заходи щодо зменшення втрат потужності на тертя, перш за все за рахунок гідравлічного розвантаження (коефіцієнт навантаження k = 0,55-0,85) і вибору антифрикційних матеріалів для пари тертя. Якщо ці заходи є недостатніми для забезпечення задовільного теплового стану, необхідно збільшувати тепловідведення. Для ущільнень на високі параметри (р1v > 100 МПа м/с) потрібно створювати умови рідинного або напіврідинного змащення за рахунок гідро - та термогідродинамічних ефектів або переходити до гідростатичних ущільнень.
Збільшення тепловідведення досягається за допомогою спеціальних систем охолоджування (рис.1). У системі І відведення тепла з камери збільшується за рахунок циркуляції ущільнювальної рідини під дією тиску, що розвивається самим насосом. Така система ефективна, якщо насос перекачує холодну воду. Для насосів, що працюють на гарячій воді, система охолоджування доповнюється виносним теплообмінником, який вимагає додаткового джерела холодної води. Системи із внутрішнім холодильником для охолоджування пари тертя (ІІ) можуть працювати за рахунок циркуляції перекачуваної рідини аналогічно системі І, якщо насос працює на холодній воді. Інакше потрібна додаткова зовнішня система прокачування холодної води. На гарячих насосах вбудовані холодильники використовуються як термобар’єр (ІІІ) для охолоджування ущільнювальної рідини в камері ущільнення. Щоб підвищити ефективність вбудованих холодильників, їм надають геометричні форми з розвиненими поверхнями тепловіддачі.
|
|
|
Рисунок 1 - Системи охолоджування торцевих ущільнень
Значного поширення набули системи охолоджування з виносним теплообмінником та вбудованим лабіринтово-гвинтовим насосом (рис.2), що розвиває тиск, достатній для забезпечення необхідної витрати ущільнювальної рідини через холодильник. Як правило [1], примусова циркуляція від вбудованого насоса доповнюється термосифонною системою, яка являє собою піднятий на висоту не менше двох метрів теплообмінник, природна циркуляція в якому відбувається завдяки різній густині гарячої води на вході та охолодженої на виході.
Найефективнішим способом охолоджування (рис.3 а, б) є підведення в камеру ущільнення холодної замикаючої води під тиском, що дещо перевищує тиск ущільнювальної рідини (гідрозатвор). Найчастіше системи замикання поєднуються з подвійними торцевими ущільненнями (рис.3 б); при цьому внутрішнє обмежує перетікання замикаючої рідини в порожнину насоса під дією невеликого перепаду тиску, а зовнішнє ущільнює вихід запірної рідини назовні з насоса та сприймає повний тиск гідрозатвора. Такі системи охолодження повністю виключають зовнішні витоки рідини, що перекачується насосом, тому застосовуються у всіх насосах першого контуру. Системи з гідрозатвором, окрім теплообмінників та фільтрів, вимагають додаткового насоса високого тиску та автоматичних регуляторів перепаду тиску замикаючої і ущільнювальної рідин. Необхідний тиск у контурі циркуляції замикаючої води можна підтримувати газовою подушкою, утворюваною при підключенні до теплообмінника через редукційний клапан балона з рідким азотом. При цьому неминучі втрати замикаючої води, тому періодично необхідно заповнювати підживлюваним насосом.
|
|
|
Рисунок 2 - Система охолоджування з виносним теплообмінником та вбудованим лабіринто-гвинтовим насосом
Рисунок 3 - Системи охолоджування з гідро затвором з одинарним (а) та з подвійним (б) торцевим ущільненням
|
|
|
Термогідродинамічні торцеві ущільнення
Особливість таких ущільнень (рис.4 а) - серпоподібні канавки 2 на одній з контактних поверхонь 1. Ці ущільнення характеризуються тим, що коефіцієнт тертя в них зменшується із зростанням ущільнювального тиску (рис.4 б) та колової швидкості. Пояснюється це тим, що в зоні канавок умови охолоджування кращі, ніж на віддалених від них ділянках контактної поверхні. У результаті осесиметричне температурне поле кільця змінюється хвилеподібно від канавки до канавки, викликаючи відповідні температурні мікродеформації. Завдяки цьому торцевий зазор по периметру змінюється згідно із законом, близьким до гармонійного, і при ковзанні контактних поверхонь відносно один одного в місцях зменшення зазора виникають гідродинамічні мікроклини з підвищеним тиском. Таким чином, температурні деформації збільшують розклинюючу гідродинамічну силу та зменшують контактний тиск поверхонь та втрати потужності на тертя. Термогідродинамічні ущільнення мають здатність до саморегулювання втрат потужності на тертя: зростання контактного тиску веде до збільшення температурних ефектів, які зменшують стале значення втрат потужності. На жаль, зворотний зв'язок щодо температури пари тертя порівняно слабкий та не піддається прогнозуванню. Тому успіхи, досягнуті в області термогідродинамічних ущільнень, базуються на практичному досвіді та на інженерних пошуках оптимальних конструкцій [1]. Такі ущільнення є проміжним ступенем між традиційними механічними торцевими ущільненнями та гідростатичними ущільненнями з саморегульованим зазором.
|
|
|
Рисунок 4 - Термогідродинамічне торцеве ущільнення:
а - поверхня тертя; б - залежність коефіцієнта тертя
від параметрів серпоподібні канавки
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 246; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!