6.2.2. Бесконтактные гидродинамические уплотнения

В подшипниковых опорах с жидкой смазкой применяют бесконтактные динамические уплотнения, которые эффективно работают при вращении вала, но теряют эффективность при остановках. Для предотвращения утечек в неработающих механизмах такие уплотнения применяют в комбинации со статическими контактными или бесконтактными уплотнениями. На этом основании статические контактные уплотнения также еще называют стояночными уплотнениями.

Уплотнение отражательными кольцами. Уплотнение работает следующим образом. Капля жидкости попадает на отражательное кольцо и под действием центробежных сил перемещается по профилированной гладкой поверхности кольца к его кромке. С кромки капля сбрасывается на корпус ТНА. По стенке корпуса жидкость стекает вниз, к дренажному отверстию (месту слива).

Подобное уплотнение выполняется в местах выхода вала из корпуса ТНА наружу или в газовоздушные тракты агрегата. Уплотнение отражательными кольцами не гарантирует герметичность, а служит для уменьшения утечек жидкости, протекающей за уплотнение.

Гидродинамическое уплотнение – импеллер (рис. 6.10). Импеллерное уплотнение представляет собой диск, профилированный, гладкий с одной стороны. На другой плоской стороне диска имеется несколько радиально расположенных лопаток (более шести). На валу импеллер устанавливается так, чтобы зона высокого давления среды находилась с гладкой стороны диска.

Работа импеллерного уплотнения основана на использовании центробежной силы для создания кольцевого слоя жидкости в качестве затвора, разделяющего две полости. Наличие радиальных лопаток на торце диска дает возможность закрутить жидкость в зазоре между корпусом и диском практически до окружной скорости диска. Если при этом на максимальном радиусе импеллера (у кромки) во вращающейся жидкости создается давление, равное давлению изолируемой полости, то получается гидравлический затвор, который запирает выход из одной полости в другую.

Если противодавление жидкости, создаваемое в зазоре импеллера, меньше давления уплотняемой полости, то возникнут утечки. Они могут быть значительными, если за импеллером не установить какого-либо другого уплотнения, ограничивающего утечки.

Уплотнение такого типа, получившее название «гидравлический затвор», применяют для разобщения полостей, заполненных газом, или для случая когда одна полость заполнена жидкостью, а другая – газом.

Рис. 6.10. Схемы гидродинамического радиального уплотнения: а) импеллер с бандажом и пазами; б) импеллер открытый с лопатками

6.3. Комбинированные уплотнения

Создание современных уплотнительных систем на валу ТНА немыслимо без комбинированного применения отдельных видов или типов уплотнений. Взаимодействие этих уплотнений обеспечивает повышенную надежность узла в целом. Например, контактные уплотнения дают минимальные утечки при небольших значениях скорости вращения вала и перепаде давлений уплотняемых полостей. Бесконтактные уплотнения при малых скоростях работают с большими утечками. При больших скоростях вращения вала роли этих уплотнений меняются (например в комбинированном уплотнении импеллера и вращающейся манжеты при неподвижном вале роль стояночного уплотнения выполняет манжета). При увеличении числа оборотов вала центробежные силы уменьшают давление манжеты и ее уплотняющая способность падает, а у импеллера – возрастает. Примеры конструкций комбинированных уплотнений представлены на рис. 6.11–6.13.

Рис. 6. 11. Комбинированное уплотнение со стороны входа в насос: 1, 2, 3 – манжеты; 4, 5 – лопатки импеллера; 6 – импеллер; 7 – подшипник; 8 – вал; 9 – шнек	Рис. 6.12. Комбинированное уплотнение полости насоса с высоким давлением жидкости: 1 – центробежное колесо; 2 – плавающее кольцо; 3 – лопатки импеллера; 4,5,6 – манжеты; 7 – шайба

Рис. 6.13. Узлы уплотнения с манжетами при охлаждении зоны трения циркуляцией компонента (а – по канавкам на валу; б – в тупиковой зоне): 1 – подшипник; 2 – ступица; 3 – импеллер; 4 – втулка; 5 – вал; 6 - манжета