3.2 Экспериментальная часть
Для подтверждения адекватности полученных теоретических результатов были проведены экспериментальные исследования работы бесконтактного торцового гидростатического уплотнения на установке, изображение которой приведено на рисунках 3.5 – 3.6.
Рисунок 3.5 – Внешний вид экспериментальной установки
Рисунок 3.6 – Исследуемое уплотнение
Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3.7. Установка состоит из корпуса 3, в котором смонтировано исследуемое уплотнение, и асинхронного электродвигателя 2, подключенного к регулятору частоты вращения. Подача жидкости из бака 4 в корпус установки осуществляется с помощью поршневого насоса 5. Величина уплотняемого давления регулируется задвижкой на байпасной линии 1. Утечки через уплотнение отводятся обратно в бак.
Рисунок 3.7 – Схема экспериментальной установки
Конструкция экспериментальной установки изображена на рисунке 3.8. Исследуемое уплотнение состоит из неподвижного кольца 9, установленного в крышке 10, и подвижного в осевом направлении кольца 8, установленного на валу 6. Жидкость в камеру, образованную крышкой 10 и корпусом 7, подается через патрубок 4. Место выхода вала из корпуса герметизировано сальниковым уплотнением 5. Утечки через исследуемое уплотнение отводятся через мерную емкость с помощью патрубка 2. Трубки 1 и 3 служат для отбора давления в торцовом зазоре уплотнения и корпусе соответственно.
Схема исследуемого уплотнения и основные условные обозначения приведены на рисунке 3.9. Геометрические параметры уплотнения приведены в таблице 3.1.
Рисунок 3.8 – Конструкция экспериментальной установки
Рисунок 3.9 – Схема исследуемого уплотнения
Таблица 3.1 – Геометрические параметры уплотнения
Параметр |
Единица измерения |
Значение (в скобках – диаметр) |
Наружный радиус |
мм |
48,7 (97,4) |
Радиус отбора
давления
|
мм |
36,75 (73,5) |
Радиус втулки |
мм |
30,35 (60,7) |
Радиус ступеньки |
мм |
29,9 (59,8) |
Внутренний радиус |
мм |
23,85 (47,7) |
Ширина ступеньки
|
мм |
0,2 |
При проведении эксперимента измерялись следующие параметры:
– торцовый зазор между кольцами уплотнения;
– уплотняемое давление;
– давление в торцовом зазоре уплотнения;
– давление в патрубке, отводящем утечки;
– утечка жидкости через уплотнение;
– частота вращения ротора.
Кольца уплотнения были изготовлены из углеродистой стали, что позволило измерять торцовый зазор бесконтактным способом с помощью индуктивного датчика, встроенного в кольцо 9 (рис. 3.8, на рисунке не показан). Датчик через аналоговый преобразователь сигнала подключался к электронному вольтметру. Тарировка датчика осуществлялась непосредственно перед проведением эксперимента (для уменьшения погрешности, вызванной так называемым дрейфом нуля) с помощью щупов толщиной 10-4 м, которыми устанавливался торцовый зазор между кольцами уплотнения.
Давление измерялось с помощью манометров. Расход жидкости измерялся объемным способом, путем определения времени заполнения сосуда известного объема с помощью секундомера. Частота вращения ротора оценивалась приблизительно по показаниям частотного преобразователя, регулирующего частоту тока питания асинхронного привода.
При проведении эксперимента режим работы уплотнения изменялся путем регулирования двух параметров – частоты вращения ротора и уплотняемого давления. Измерения выполнялись 3 сериями для каждой фиксированной частоты вращения и уплотняемого давления. Частота вращения ротора изменялась от 10 до 50 Гц (600 – 3000 об/мин) с шагом 10 Гц (600 об/мин), для каждого значения частоты вращения уплотняемое давление изменялось от 0,5 до 2,0 МПа (5 – 20 атм) с шагом 0,5 МПа (5 атм). Таким образом было снято 60 рабочих точек, по 12 для каждой частоты вращения. Полученные точки аппроксимировались кривыми второго порядка методом наименьших квадратов.
Полученные зависимости торцового зазора и расхода жидкости от величины уплотняемого давления и частоты вращения ротора приведены на рисунках 3.10 – 3.11.
Рисунок 3.10 – Зависимость расхода от уплотняемого давления
Рисунок 3.11 – Зависимость зазора от уплотняемого давления