книги из ГПНТБ / Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения

падом давления Ар, Q -= } (Ар), проходит через начало координат. При этом статическое радиальное бесконтактное уплотнение обла­ дает инвариантностью, т. е. рабочая характеристика его вне за­ висимости от знака перепада давления (± Ар) и направления пере­ тока жидкости (±Q ) сохраняется. Например, при движении жид­

сти и величиной перепада давления. Определенное влияние на величину утечек жидкости через уплот­ нение оказывает вращение одной из его поверхностей с частотой п, однако, на общий характер зависимости Q = f (Ар) эта особен­ ность работы уплотнения не отражается, поскольку в этом слу­ чае рабочими характеристиками бесконтактного уплотнения яв­ ляется семейство кривых, пересекающихся в нулевой точке коор­ динат (кривые 1, 2, 3). Кроме того, как это будет показано ниже, определенное влияние на характеристику бесконтактных уплот­ нений оказывает шероховатость его поверхностей. При этом воз­ действие элементов шероховатости на гидродинамику движения жидкости в каналах уплотнения зависит от формы и упорядочен­ ности этих\элементов. В том случае, когда форма и расположение элементов шероховатости по поверхности уплотнения беспоря­ дочны и не подчиняются какому-либо закону, рабочая характери­ стика такого уплотнения также обладает инвариантностью. Однако вполне возможна и такая случайная комбинация элементов шеро­ ховатости, обусловленная, например, особенностями обработки

10

турбинного режима работы машины. Однако этот режим работы,

от вращающихся элементов машин и характеризуется вращением вала, частота которого не совпадает с частотой вращения вала при насосном режиме. Кроме того, он связан с изменением направ-'

уплотнения остается неизменным, а частота его вращения опре­ деляется не величиной срабатываемой потенциальной энергии, а частотой вращения приводного двигателя. Поэтому режим' ра­ боты уплотнения в координатах —А р и + Q также является уплот­ нительным, а не турбинным.

Общеизвестно, что при увеличении давления во всасывающей камере любого насоса его характеристика, определяемая за­ висимостью Ар — f (Q), может быть получена путем ее пере­ мещения параллельно оси Ар. Однако такая операция воз­ можна лишь в диапазоне рабочей характеристики Ар — f (Q), полученной для случая бескавитационной работы системы в коор­ динатах + Q и + Д р . Предельная точка этой характеристики, ха­ рактеризуемая значениями Qmax и Ар = 0, определяет величину максимального расхода, проходящего через рассматриваемую си­ стему. Дальнейшее увеличение давления в уплотняющей камере приводит к увеличению протечек жидкости через систему, резуль­ татом чего является возникновение уплотнительного эффекта и

робно. В качестве основной характеристики системы примем кри­

оси ординат на указанную величину. Кривая 5, полученная при этом, характеризуется точками tnntkp. Отрезок ntk этой кривой соответствует реальным условиям работы системы. В идеальном случае, когда на рабочую характеристику не оказывают влияния силы вязкости, кавитация и другие факторы, рабочая характери­

ствующем конструктивном оформлении могут быть получены весьма высокие коэффициенты сопротивления перетоку жидкости из камеры в камеру и в этой зоне работ.

12

2 . Н л а с с и ф и н а ц и я б е с н о н т а к т н ы х

уп л о т н е н и й

Вкачестве основы для классификации примем особенности работы бесконтактных, уплотнений, позволяющие одному типу уплотнений в определенных условиях работать-с нулевой утеч­ кой жидкости, в то время как другой тип уплотнения в этих же условиях работает с гарантированной утечкой.

Такая классификация позволяет все бесконтактные уплотнения разделить на статические и динамические.

Виды уплотнений, входящие в эти две большие группы, по­ казаны в табл. 1 и 2, в которых также дано краткое определение этих устройств.

Анализ конструктивных схем, приведенных в табл. 1 и 2, по­ зволяет разделить все типы бесконтактных уплотнений по кон­ струкционному признаку на уплотнения с радиальной (кольцевое, кольцевое с цилиндрическими канавками, винтовое, лабиринтно­ вихревое) и торцовой (дисковое, центробежное, лопастное и пла­ вающее гидростатическое) щелью.

По своему выполнению все уплотнения с радиальной щелью могут быть выполнены в виде однощелевого или многощелевого уплотнения.

13

Таблица 1

К о л ь ц е в о е

Устройство, состоящее из непо­ движного корпуса с установленной в нем неподвижной втулкой и вала, вращающегося в ней с гарантиро­ ванным радиальным зазором б

Устройство, состоящее из непо­ движной оси и вращающейся втулки, охватывающей эту ось с гаранти­ рованным радиальным зазором б

Ко л ь ц е в о е

сц и л и н д р и ч е с к и м и

ка н а в к а м и

14

Таблица 2

Уплотнения динамического действия

Динамические радиальные уплотнения

В и н т о в о е

Устройство, состоящее из корпуса и вала (оси), установленного внутри кор­ пуса с гарантированным радиальным зазором 6 и имеющего одноили многозаходную нарезку специального типа:

на поверхности вала

» внутренней поверхности кор­ пуса

Л а б и р и н т н о - в и х р е в о е

Устройство, состоящее из вала, вра­ щающегося в неподвижной втулке с га­ рантированным радиальным зазором б, или из неподвижной оси и вращающей­ ся втулки, охватывающей эту ось с га­ рантированным радиальным зазором б. На обеих поверхностях уплотнения вы­ полнена одноили многозаходная на­ резка специального типа, причем напра­ вление хода нарезки на этих поверх­ ностях противоположно

Динамические торцовые уплотнения

Д и с к о в о е

Устройство, состоящее из диска, вра­ щающегося с гарантированным торцо­ вым зазором 6Т у неподвижной торцовой поверхности корпуса

15

16

бесконтактных уплотнений с радиальной щелью может занимать во втулке концентричное положение, характеризующееся равен­ ством радиального зазора б по всей окружности щели, или экцентричное положение, когда радиальный зазор б неодинаков по всей окружности щели.

Аналогичным образом может быть образовано м н о г о щ е ­ л е в о е д и н а м и ч е с к о е т о р ц о в о е у п л о т н е н и е (рис. 5), которое в зависимости от условий работы, способов изго­ товления и монтажа может иметь как равномерный, так и нерав­

Наличие эксцентриситета в радиальном уплотнении или неравномерного торцового зазора в торцовом не изменяют качественный характер их работы (см. рабочие характерис­ тики на рис. 3), а отражаются лишь на их количественных зна­ чениях.

По виду поверхности бесконтактные уплотнения могут иметь гидравлически гладкую поверхность, когда пограничный слой жидкости покрывает все неровности поверхности, и гидравлически шероховатую поверхность, когда высота неровностей поверхности уплотнения больше высоты пограничного слоя. Как и в случае эксцентриситета, наличие шероховатой поверхности бесконтакт­ ного уплотнения не изменяет качественный характер работы уплотнения, а отражается лишь на их количественных характе­ ристиках.

3 . П р и м е н е н и е

для предотвращения его контакта с жидкостью, заполняющей ра­ бочее пространство двигателя. Статор электродвигателя 3 защи-

18

щен от контакта с рабочей средой неподвижной цилиндрической перегородкой — экранирующей гильзой 5. В конструкции при­ вода предусмотрено центробежное рабочее колесо 8. При включе­ нии электродвигателя это колесо забирает жидкость из всасываю­

Для сохранения давления в камере К на уровне, достаточном для обеспечения замкнутой циркуляции жидкости, колесо 8 имеет бесконтактные уплотнения Д и Ж , отделяющие камеру нагнета­ ния К от камеры всасывания Я . В конструкции привода имеется также кольцевое уплотнение Б , представляющее собой кольцевой за-зор между внутренней поверхностью гильзы 5 и наружной по­ верхностью ротора 4. Для увеличения к. п. д. электропривода этот зазор должен быть минимальным, поэтому для сохранения пере­ тока жидкости из камеры Л в камеру Р необходимо обеспечить перепад давления между ними.

В рассматриваемой конструкции привода использованы также бесконтактные торцовые дисковые уплотнения В и Г, препят­

случае должны создавать такие давления по торцам дисков, ко­ торые обеспечили бы осевую устойчивость плавающего ротора. Не­ которое отличие от этих торцовых уплотнений представляют тор­ цовые зазоры Е и Я , которые также способствуют уменьшению перетока жидкости из камеры К в камеру Я , создавая при этом