книги из ГПНТБ / Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения

Рис. 69. Зависимость коэффициента сопротивления ЛQ о т

критерия Рейнольдса Reg (диаметр уплотнения равен 50 мм):

' 4 — соответственно при частотах вращения вала уплотнения н, равных 0; 1000; 1500; 3000 об/мин

120

Режим I I представляет собой ламинарную зону работы лабиринтновихревого уплотнения, в которой вне зависимости от критериев ReQ и Re„ величина коэффициента сопротивления А 0 остается постоянной. Режим I I I — это суперламинарная область, в ко­ торой ЛQ увеличивается прямо пропорционально ReQ и Reu. Режим I V — турбулентная область с сильно развитым турбу­ лентным полем, которое развивается при обтекании потоком жидкости элементов нарезки уплотнения. В этой области для слу­ чая Re„ = const коэффициент сопротивления A Q уменьшается с ро­ стом ReQ. Следует подчеркнуть, что приведенные области работы лабиринтно-вихревых уплотнений зависят в основном от геоме­ трических размеров нарезки уплотнения и поэтому данные рис. 70 следует рассматривать лишь как первое приближение, позволяю­ щее определить режимы работы уплотнения.

2 2 . Ч и с л о з а х о д о в

Как и в случае винтовых уплотнений, число заходов нарезки на винте и втулке лабиринтно-вихревого уплотнения существен­ ным образом влияет на величину давления, удерживаемого им. Теоретически это влияние отображается зависимостью (90), на основании которого можно утверждать о том, что коэффициент сопротивления лабиринтно-вихревого уплотнения А и обратно про­ порционален числу заходов г. Это приводит к существованию зависимости

то для случая d — const изменение числа заходов z должно при­ вести к изменению торцового шага нарезки £ТОрЦ. Величина ігот для исследованных нами случаев zl = 8, 12, 16, 20-и 25-изменялась

Рассматривая в качестве предельных лабиринтно-вихревые уп­ лотнения с бесконечным (z —> оо) и нулевым (z —>0) числом захо­ дов нарезки, получаем, что в первом случае осевой шаг, а во вто­ ром случае торцовый шаг нарезки стремятся к нулю. Это соответ­ ствует гладкой кольцевой щели, коэффициент сопротивления

121

которой по сравнению с коэффициентом сопротивления лабиринтно­ вихревых уплотнений минимален. Естественно предположить, что

1 —4„— соответственно для п, равных 0; 1000; 1500; 3000 об/мин

биринтно-вихревых уплотнений значительно увеличивается. При дальнейшем увеличении числа заходов нарезки эффективность уплотнения падает. Отметим, что неопределенный переход от ко­ нечного значения числа заходов z к бесконечному (z — оо) отмечен на оси абсцисс разрывом сплошной линии (штриховой линией). Аналогичная картина наблюдается и при ленточных нарезках

(рис. 72).

Для перехода к безразмерным величинам введем в рассмотре­ ние относительную величину коэффициента сопротивления

и преобразуем зависимости, представленные на рис. 71, в функ­

цию Л = f (z) (рис. 73),' на основании которой могут быть опре­ делены опФимальные значения zonT в зависимости от изменения

122

Рис. 72. Зависимость напора А Н , удерживаемого лабиринтно-вихревым уплот­ нением с ленточной нарезкой, от числа заходов z и глубины нарезки h [32]:

Рис. 73. Зависимость относительного коэффициента сопротивления Л от числа заходов нарезки г:

1 — 4 — соответственно для Reu, равных 0; 315; 472; 944

123

ReQ н Re„. При Re„ = 994? а именно, начиная со значений кри­ терия Re„ близких к указанной величине, преимущества лаби­ ринтно-вихревых уплотнений становятся более существенными — оптимальное число заходов нарезки находится в пределах 18 ^

гопт «S 25. На основании приведенных здесь опытных данных могут быть получены за-

оказывается справедливым лишь на весьма небольших участках изменения г, на которых без особого ущерба для точности расчета параболическая функция (91а) может быть заменена прямолиңең-. ной функцией (916),

124

Обработка опытных данных в диапазоне 50 ^ Re„ ^ 1500 по­ зволяет связать постоянные выражения (91а) зависимостями

a = 0,2Re°'25 и 0 = lO O R e °'s.

Использование зависимостей (91)— (94) с достаточной для ин­ женерной практики точностью позволяет определить весь требуе­

2 3 . У г о л н а к л о н а н а р е з н и н а в и н т е и в т у л н е

Как и в случае винтовых уплотнений угол наклона винтовой линии лабиринтно-вихревых уплотнений играет существенную роль в создании противодавления, препятствующего перетоку жидкости из зоны повышенного давления в зону пониженного.

Для определения этого влияния был исследован широкий ряд моделей лабиринтно-вихревых уплотнений с постоянным и с пере­ менным числом заходов z. Изменение величины угла наклона нарезки ß производилось путем изменения шага нарезки S oc при постоянных диаметрах уплотнения и при сохранении формы про­ филя нарезки. Однако при данном исследовании нельзя получить влияние только угла наклона нарезки ß на характеристику уплот­ нения, поскольку помимо изменения угла наклона нарезки изме­

число заходов царезки сохраняется постоянным (в исследованных случаях z = 20 = const), осевой шаг нарезки меняется от 16 до 56 мм при изменении угла наклона нарезки ß от 6 до 30°.

Обработка опытных данных всего испытанного ряда уплотне­ ний показала, что оптимальные значения угла наклона нарезки

126

126

через лабиринто-вихревое уплотнение увеличивается прямо про­ порционально росту зазора между вращающимся винтом и не­ подвижной втулкой вне зависимости от того, что суммарная пло­ щадь проходных сечений меняется от FT = 157 мм2 для 6 = 0,1 мм до F T = 220 мм2 для б = 0,5 мм, т. е. изменяется всего на 40%. Это означает, что величина радиального зазора оказывает преобла­

условия работы лабиринтно-вихревых уплотнений. Поле опти­

мальных значений ( -^ -JonT на рисунке заштриховано и для

127

ReQ — 10 ограничено диапазоном оптимальных значений

0,04 — 10-6R e „^ f-5 -') < 0 ,0 4 + 10-5Re„.

При ReQ = 50 указанный диапазон ( “j~)onT несколько сужен и может быть определен неравенством

\ а / опт

Использование этих неравенств позволяет выбрать оптималь­ ную глубину нарезки лабиринтно-вихревого уплотнения в зави-

Рис. 77. Зависимость коэффициента сопротивления Лд от

и Re„.

Сопоставление приведенных данных с аналогичными данными, полученными в работе [32] (рис. 72), показывает, что по порядку величин глубина ленточной нарезки лабиринтно-вихревого уплот­ нения совпадает с глубиной нарезки лабиринтно-вихревых уплот­

чину удерживаемого напора, используем безразмерный комплекс — . Применяя зависимость (10), показывающую связь между утечками жидкости через уплотнение любого типа, нетрудно

128

ческий диаметр лабиринтно-вихревого уплотнения; F „р — про­ ходная площадь уплотнения; П — периметр уплотнительной щели; K s — эквивалентная шероховатость. При этом (см. рис. 66)

4Fnp .

Под эквивалентной шероховатостью K s лабиринтно-вихревых уплотнений понимается такая величина и форма нарезки, которая, обеспечивает потери давления через уплотнение, равные потерям при движении жидкости, через трубу с песочной шероховатостью. Для случая с полностью развитой песочной шероховатостью коэф­ фициент сопротивления A Q определяется зависимостью

Величина эквивалентной шероховатости лабиринтно-вихревых уплотнений может быть определена по уравнению

0,357л

^ 6 у . 005 '

которое в первом приближении может быть заменено зависимостью

Ks -= 0,4h.

Режим развитой песочной шероховатости в лабиринтно-вихре­ вых уплотнениях имеет место при условии соблюдения неравенства

/<5> 1 4 , 3 / Л ^ ^ .

Во всех отстальных случаях работы уплотнений этого типа суще­

является вышеприведенная зависимость (96). Для режимов дви­ жения жидкости в каналах лабиринтно-вихревого уплотнения,