ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уплотнения с контролируемыми зазорами из "Уплотнения " Уплотнения с контролируемыми зазорами ограничивают утечки уплотняемой среды за счет малой величины радиальных зазоров между неподвижным корпусом и валом, который может совершать как вращательное, так и возвратно-поступательное движение. Существуют два основных типа таких уплотнений лабиринтные и щелевые. Эти уплотнения применяются в тех случаях, когда могут быть допущены небольшие утечки или когда перепад давлений настолько велик, что нельзя использовать контактные уплотнения (торцовые и радиальные). [c.47] Лабиринтные уплотнения. Лабиринтные уплотнения обладают рядом достоинств надежностью, простотой конструкции, возможностью широкого выбора материалов. Используются они главным образом в тяжелой промышленности, энергетике и авиационной технике, т. е. там, где могут допускаться сравнительно большие утечки, но простота конструкции является непременным условием. [c.47] Лабиринт состоит из одного и более гребней или ножей, которые крепятся или на неподвижном корпусе, или на вращающемся валу. Расчетный зазор между ножами и корпусом или между гребнями и валом зависит от величины зазоров в подшипниках, амплитуды биений вала (вибрации) и учитывает разницу в изменении размеров деталей в зависимости от температуры. Окончательные рабочие зазоры часто устанавливаются вследствие образования контакта между ножами и корпусом, который при проворачивании вала стачивает или расплющивает кромки ножей. Простое лабиринтное уплотнение показано на фиг. 1. [c.47] В реальных гладких лабиринтах эффективность уплотнения снижается тем, что часть кинетической энергии переносится средой из камеры в камеру. Чтобы уменьшить этот эффект переноса, между камерами добавляют канавки или уступы, которые отклоняют вытекающую через зазор рабочую среду в пространство между ножами (фиг. 2). [c.48] Зазоры. Вращающиеся валы подвержены радиальным биениям, которые вызываются зазорами в подшипниках, динамическими прогибами и тепловыми деформациями. Ими и определяется минимальная величина зазоров в лабиринтах. При биениях вала, превышающих величину зазоров, в результате трения происходит сгорание и расплющивание гребней, что, в свою очередь, приводит к увеличению радиальных зазоров и утечек. [c.48] Лабиринтные втулки. Чтобы уменьшить зазоры и трение в лабиринтах, часто делают упругим крепление лабиринтных втулок, так, что при работе они сохраняют свободу перемещений относительно корпуса в радиальном направлении. Однако для полной эффективности таких устройств они должны быть разгружены по давлению, чтобы сделать минимальными те силы трения, которые возникают от осевых нагрузок и препятствуют свободному перемещению втулки. В турбинах и компрессорах обычной является величина радиальных лабиринтных зазоров порядка 0,25—0,5 мм. Такие большие зазоры требуют большого числа гребней или ножей, что приводит к дороговизне уплотнений. [c.48] Сгонные резьбы. Высокоэффективной разновидностью лабиринтных уплотнений являются сгонные резьбы, применяемые при уплотнении жидкостей в качестве предсальников. [c.49] Неподвижная втулка, охватывающая вал, размещается с внешней стороны основного уплотнения. [c.49] Внутри втулки нарезана прямоугольная резьба или трапецеидальная резьба с углом профиля 29° и крупным шагом. Вихрь, создаваемый вращением вала, воздействует на жидкостную пленку, заставляя ее подниматься вдоль впадины профиля резьбы к тому месту, где становятся равными по величине составляющая силы тяжести и усилие от вихря. В этом месте капля жидкости переходит на вершину профиля резьбы и двигается дальше по направлению к дренажному отверстию. Этот метод может применяться лишь при отсутствии перепада давления. [c.49] Материалы. Лабиринтные уплотнения обладают большим преимуществом перед другими типами уплотнений при подборе наиболее рациональных и дешевых материалов. Элементы лабиринтных уплотнений обычно слабо нагружены центробежными силами и усилиями от перепада давления. Небольшие напряжения и малая роль износа означают, что при тех рабочих температурах, которые присущи большинству современных машин, для деталей лабиринтных уплотнений существует широкий ассортимент подходящих материалов. [c.49] Щелевые уплотнения. Щелевое упЛоТнёниё ripeA faBJineT собой скрепленную с корпусом втулку, в которой вал вращается с минимальным зазором. Утечки из полости высокого давления в полость низкого давления ограничены благодаря малой величине зазора между втулкой и поверхностью вала. В идеальном случае вал и втулка располагаются абсолютно концентрично, и трение отсутствует. [c.50] Величина утечек зависит от режима движения уплотняемой среды и типа применяемой втулки. Возможны четыре случая уплотняемая среда может быть сжимаемой и несжимаемой, а режим течения ламинарным или турбулентным. Втулки делятся на две категории фиксированные и самсустанав-ливающиеся в зависимости от того, являются ли они неподвижными относительно корпуса машины, или нет. [c.50] Утечки. Щелевые уплотнения (втулки и кольца) имеют меньшую величину утечек на единицу длины, чем лабиринтные. Хотя они дороже последних, в ряде случаев их использование позволяет достигнуть большей эффективности или значительной экономии в габаритах машины. [c.50] Из рассмотрения фиг. 4 можно получить соотношение между падением давления и величиной расхода жидкости или газа при истечении через щель конечной длины в направлении оси х и бесконечной протяженности по оси г. Высота щели по оси у считается равной радиальному зазору. При выводе этих уравнений среда считалась несжимаемой, а режим течения ламинарным. [c.50] Влияние эксцентрицитета вала относительно втулки этими уравнениями не учитывается, но будет рассмотрено ниже. Если вязкость жидкости практически постоянна, то приведенные выше уравнения дают теоретическую величину утечек при заданной геометрии уплотнения. Подстановка этих значений в уравнение сплошности для несжимаемой жидкости позволяет найти скорость истечения ее через кольцевой зазор лабиринта. Зная величину этой скорости, вязкость и плотность жидкости, а также радиальный зазор, можно подсчитать критерий Рейнольдса. Если критерий Рейнольдса ниже значений переходного режима, то первоначальные допущения о ламинарности потока и подсчет величины утечек являются достоверными. [c.51] Если режим течения несжимаемой жидкости оказался турбулентным или переходным, то из-за существенного влияния вихре-образования в потоке теория течения вязкой жидкости не может быть применена к данному случаю. Здесь падение давления подчиняется законам, схожим с теми, которые имеют место при течении жидкости с трением внутри трубок. Однако в тех случаях, когда критерий Рейнольдса соответствует переходному режиму, эти уравнения могут быть использованы как первое приближение, дающее заведомо большую величину утечек. [c.51] Двухфазный поток жидкости. Истечение двухфазной жидкосТй под давлением через кольцевой зазор в лабиринтных уплотнениях является обычным для питательных насосов котлов и стержней регулирования процесса ядерных реакторов с жидкостным охлаждением. Давление внешней среды здесь меньше, чем упругость насыш,енных паров, соответствуюш,ая температуре жидкости внутри установки. По мере того, как переохлажденная или на-ходяш,аяся под давлением жидкость протекает по зазору уплотнения, давление ее постепенно уменьшается и достигает значения, равного упругости насыщенных паров. В этом месте мгновенно возникает парообразование. В двухфазном потоке жидкости отношение давлений, соответствующее критическому расходу, обычно лежит между отношением упругости насыщенных паров к давлению на входе и отношением, которое может быть получено, исходя из критической скорости. Для большинства расчетов это правило достаточно точно. [c.52] Уравнение (1) справедливо для ламинарного режима течения несжимаемой жидкости, когда отсутствуют какие-либо перемещения стенок канала в направлении потока. Влияние эксцентрицитета при переходном или турбулентном режиме сказывается в меньшей степени. [c.52] Фиксированные втулки почти всегда работают с ощутимым эксцентрицитетом. Большие величины зазоров и несоосности обусловливают значительные утечки на единицу длины втулки, и поэтому такие уплотнения не находят применения там, где утечки строго лимитируются. [c.53] Уплотнение самоустанавливающимися втулками и кольцами. Щелевые уплотнения, конструкция которых обеспечивает уплотнительному элементу свободу перемещения в радиальных направлениях относительно вала и корпуса машин, известны под названием самоустанавливающихся. Они имеют ряд достоинств, которыми не обладают щелевые уплотнения с фиксированными втулками и малыми радиальными зазорами. Гибкое соединение втулки с корпусом дает ей возможность свободно играть в соответствии с биениями и прогибами вала, в связи с чем устраняется опасность появления значительного трения. [c.53] Вернуться к основной статье