книги из ГПНТБ / Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения

подъема винтовой линии ß менялся от нуля, что соответствует продольным канавкам на винте, до 90°, что соответствует попереч­ ным канавкам. Естественно, что столь широкое изменение углов подъема винтовой линии привело к необходимости изменения и числа заходов нарезки, поскольку эти величины связаны между собой зависимостью

ß = arctgl f = arctgl ä ’

где 50с— осевой шаг нарезки; t — осевой шаг профиля нарезки (см. рис. 55),

Однако в наиболее интересующей нас зоне углов (79° 53' — 86° 0Г) число заходов удалось сохранить почти неизменным. Во

Рис. 58. Зависимость величины напора А Я , удерживаемого винтовым уплотне­ нием, и коэффициента сопротивления А и от угла наклона нарезки винтовой ли­ нии ß:

1 —5—соответственно для Q, равных 0; 0,025-ІО-3; 0,05010~s; 0,07510 -а и 0,1 • ІО-3 м’/с

всех рассматриваемых случаях опытные данные, показывающие связь между углом подъема винтовой линии и давлением, удержи­ ваемым винтовым уплотнением, были откорректированы на осно­ вании данных, показывающих влияние г на величину удерживае­ мого давления (см. п. 16). Анализ кривых, приведенных на ри­ сунке, показывает, что с ростом угла ß давление, удерживаемое уплотнением, возрастает и достигает своего максимального зна­ чения примерно при угле ß = 82° (а = 8°). Дальнейшее увеличе­ ние угла подъема винтовой линии приводит к снижению удержи­ ваемого давления. Такая тенденция сохраняется для всех значений величины утечек жидкости.

На рис. 58 приведена также теоретическая зависимость Лц = = / (ß), построенная на основании данных, полученных при рас­ чете по зависимости (74). Сопоставление опытных и теоретических данные показьша^т, что оптимальным теоретическим значением

101

угла наклона винтовой линии нарезки уплотнения является угол а = 2-г- 2,5°. Эта величина а опт тоор примерно на 6° меньше зна­ чений а 0Пт. ЭкСП, полученных на основании экспериментальных данных. Не говоря о том, что выполнить нарезку с углом наклона винтовой линии а = 2° фактически невозможно, использование такой нарезки для винтовых уплотнений с несимметричным метри­ ческим профилем может привести к значительному снижению параметров уплотнения по сравнению с ожидаемыми.

18. Р а д и а л ь н ы й з а з о р и гл у б и н а н а р е з к и

Радиальный зазор 6 отделяет вращающиеся элементы винто­ вого уплотнения от неподвижной цилиндрической поверхности винта или втулки. Пространство между этой поверхностью и по­ верхностью вращения винта или втулки заполнено жидкостью, в зависимости от турбулизации которой (при прочих равных усло­ виях) и изменяется величина утечек жидкости через уплотне-

ние. Известно, что эффективность турбулентности изменяется пропорционально расстоянию от возбудителя этой турбулент­ ности. Поэтому и в винтовых уплотнениях величина турбулент­ ности, а следовательно, и величина утечек жидкости через винто­ вое уплотнение будет изменяться аналогичным образом. Помимо этого величина радиального зазора 6 влияет на коэффициент со­ противления в совокупности с влиянием других геометрических характеристик уплотнения, таких как его диаметр d, глубина нарезок h и т. д. Поэтому в рассмотрение следует вводить относи­ тельные значения геометрических размеров уплотнения, напри-

102

мого винтовым уплотнением в зависимости от изменения относи­

уплотнение. При этом на графике приведены данные для винтовых уплотнений с нарезкой на вращающейся втулке (штриховые линии) и с нарезкой на неподвижной втулке (сплошные линии). Как будет показано ниже, наличие нарезок на винте или втулке приводит к изменению величины коэффициента сопротивления, что отра­ жается на величине напора АЯ , удерживаемого винтовым уплот­ нением таким образом, что напор, удерживаемый винтовым уплот­ нением с нарезкой на неподвижной втулке при прочих равных условиях (постоянная величина утечки и идентичные геометри­ ческие характеристики уплотнения), оказывается выше, чем напор, удерживаемый уплотнением с нарезкой на вращающейся втулке.

Полагая в первом приближении наличие зависимости

покажем связь коэффициентов Л и а от различных параметров. Когда Q = 0, а именно этот случай представляет наибольший интерес для инженерной практики, зависимость (84) при нарезке

на статоре преобразуется к виду

С увеличением протечек жидкости через винтовое уплотнение постоянные коэффициенты Л и а выражения (84) изменяют свое

104

■меньшее количество утечек жидкости через уплот­ нение. На рисунке этот минимум показан зашт­ рихованным полем. С рос­ том перепада давления минимум ■ оптимальных значений /гопт сужается и

выражение 3,0</гопт<21 Аналогичная тенденция наблюдается и для других параметров

винтового уплотнения,

Обрабатывая опытные данные в виде зависимости h = f (Reu) (см. рис. 59), получаем поле оптимальных значений h0DT =

105

= / (Reu) (на рисунке это поле заштриховано и показано индек­

сом 2). Сопоставляя поля оптимальных значений /іопт, получен­ ных экспериментально, с аналогичным полем, рассчитанным на основании теоретических зависимостей (73)— (78), можно сделать заключение о том, что в области малых значений критерия Рей­

нимает верхнюю зону аналогичного поля, полученного теорети­

Однако полученные данные, особенно данные, представленные уравнениями (85) и (86), не должны трактоваться формально. Эти уравнения не могут служить для определения величины радиаль­ ного зазора 8, они служат лишь для определения глубины на­ резки hom.

При разработке уплотнений следует задаться минимальным значением радиального зазора б, поскольку, как следует из урав­ нения (84), величина давления, удерживаемого винтовым уплот­ нением, обратно пропорционально радиальному зазору в сте­ пени а . Радиальный зазор обычно выбирается исходя из жест­ кости уплотняемого вала, класса точности и на основании динамических условий работы винтового уплотнения. Исходя из указанных требований, величина радиального зазора б может быть выбрана на основании опытных данных, приведенных в ра­ боте [7].

19. Н а р е з н а в и н т о в о г о у п л о т н е н и я

Основной отличительной особенностью винтового уплотнения является наличие многозаходной винтовой нарезки на наружной поверхности охватываемой (вал или ось) или на внутренней по­ верхности охватывающей детали (втулке). Любые из этих элемен­ тов могут иметь окружную скорость, в результате чего винтовое уплотнение может работать в трех различных режимах (табл. 9), отличающихся один от другого направлением вращения элемента уплотнения, не имеющего нарезки.

Естественно, что как конструктивные особенности уплотнения, так и режимы его работы могут оказать существенное влияние на характеристики уплотнения.

106

107

Нарезка на вращающихся неподвижных элементах уплотнения.

Рассмотрим работу двух типов винтовых уплотнений (см. табл. 1): а) с многозаходной нарезкой на валу, который вращается в глад­ кой цилиндрической втулке с зазором б, и б) многозаходной на­ резкой на внутренней неподвижной поверхности втулки, в кото­ рой с зазором б установлен вращающийся цилиндрический вал.

Различие в работе этих видов уплотнений заключается в том, что в первом случае сопротивление перетоку жидкости из камеры в камеру обусловлено вращением вала с нарезкой. Цилиндриче­ ская гладкая втулка при этом лишь формирует геометрический канал уплотнения, не оказывая существенного влияния на про­ филь скоростей и на величину турбулентных пульсаций в нем. Во втором случае гладкий цилиндрический вал в результате вяз­ костных сил передает энергию движущейся или находящейся в ка­ нале уплотнения жидкости, в результате чего последняя приоб­ ретает вращательное движение со скоростью иф.. Частицы этой

жидкости под действием центробежных сил набегают на нарезки не­ подвижной втулки, в результате чего в канала-х уплотнения воз­ никает сильно развитое вихревое поле, обусловливающее возник­ новение сил, препятствующих движению жидкости из зоны высо­ кого давления в зону низкого. Тем самым во втором случае неподвижная втулка с нарезкой помимо пассивной роли—формиро­ вания каналов уплотнения, оказывает также и активное воздей­ ствие на жидкость, что должно привести к увеличению сопротив­ ления для винтовых уплотнений этого типа.

На рис. 62 представлены рабочие характеристики А Н = f (Q) четырех винтовых уплотнений, имеющих различную величину радиального зазора б и нарезку на вращающемся валу или на не­ подвижной втулке. Из рисунка видно, что для всего рабочего диа­ пазона характеристика уплотнения с нарезкой на неподвижной втулке располагается выше характеристики винтового уплотнения с нарезкой на вращающемся валу. Это различие становится тем больше, чем больше протечка жидкости через уплотнение или чем

увеличения удерживающей способности винтовых уплотнений от

б

-J- и величины утечки жидкости через уплотнение. При этом

где А # ! — напор, удерживаемый винтовым уплотнением с на­ резкой на неподвижной втулке и гладким вращающимся валом; А # 2— напор, удерживаемый винтовым уплотнением с нарезкой на валу, вращающемся в гладкой цилиндрической втулке. Пола­ гая существование зависимости (рис. 63)

108

АН.м

На основании изложенного может быть сделан вывод о пред­ почтительном использовании в технике винтовых уплотнений с на­ резкой на неподвижной втулке, хотя технология изготовления уплотнений этого типа несколько сложнее, чем технология изго­ товления винтовых уплотнений с многрзаходной нарезкой на вра­ щающемся валу.

Отметим также, что в связи с указанными трудностями эмпири­ ческие зависимости, приведенные в настоящей главе, основаны на экспериментальных исследованиях винтовых уплотнений с нарез­ кой на вращающемся валу.

109