книги из ГПНТБ / Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения

Дальнейшее увеличение Reoc в еще большей степени увеличи­ вает турбулизацию потока, что,'в свою очередь, приводит к воз­ растанию коэффициента цилиндрического дискового трения с/. Для определения зависимости, показывающей связь между коэф-

Рис. 32. Зависимость коэффициента цилиндрического дискового трения Сі от

фициентом с/ и критериями Re0,; и Reoc воспользуемся ме-

тодом, который был использован для теоретического вывода за­ висимости (37). Для рассматриваемого случая это приводит к за­

60

в которой постоянные коэффициенты, как и ранее, определяются на основании данных, приведенных в табл. 3.

построены по формуле (55а) соответственно для Reoc, равных 0,1; 1,0; 5,0; 10 и 50

Впервом приближении зависимость (55) может быть приведена

квиду

Зависимость (55a) представлена на рис. 33 кривыми, соответog

ствующими различным величинам Reoc и Ні .

9 . К о э ф ф и ц и е н т э ф ф е к т и в н о с т и к о л ь ц е в ы х

у п л о т н е н и й

Практика конструирования различных машин выработала до­ вольно определенные понятия о некоторых характеристических величинах, определяющих особенности их работы. Эти величины используются в качестве параметров, позволяющих рассчитывать машины и сравнивать их между собой.' К таким величинам от­ носится также и коэффициент эффективности кольцевого уплот­ нения г], который по своему содержанию представляет отношение действительного полученного эффекта к теоретическому. Под дей­ ствительным эффектом понимается действительная потенциальная

6)

и кинетическая энергия или их сумма, переданная рабочему телу движущимися элементами машины. Под теоретическим эффектом понимается аналогичная энергия, но переданная рабочему телу в гипотетических условиях, обуславливающих отсутствие потерь энергии где-либо в машине. Таким образом,

В соответствии с этим понятием коэффициент эффективности кольцевого уплотнения может быть отождествлен с к. п. д. дина­ мических машин. Однако в машиностроительной практике под к. п. д. подразумевают критерий, показывающий эффективность преобразования энергии, подведенной к машине, в полезную, тогда как коэффициент эффективности кольцевого уплотнения опре­ деляет не эффективность преобразования одного вида энергии в другой, а лишь эффективность сохранения энергии движущейся или неподвижной среды. Такое различие не позволяет, хотя бы формально, характеризовать эти столь математически подобные критерии одним и тем же понятием.

Анализируя особенности работы бесконтактных уплотнений, отметим, что они могту быть эффективны и без относительного перемещения их элементов, в то время как в общетехническом понимании любая полезная работа может быть передана рабочему телу лишь в результате относительного перемещения элементов машины. В бесконтактных же уплотнениях даже при отсутствии перемещения поверхности вала относительно поверхности .ци­ линдрической втулки совершается полезная работа, позволяю­ щая сохранить разность давлений Ар между уплотняемой высо­ кого давления и уплотняющей низкого давления камерами. По­ лезная работа в этом случае обусловлена наличием не относи­ тельного движения элементов уплотнения, а наличием движения рабочей среды относительно их.

Обращаясь к уравнению (10а), связывающему величину уте­ чек жидкости через бесконтактное уплотнение с параметрами, его определяющими, нетрудно заметить, что для реальных усло­

Таким образом, наличие сопротивления, создаваемого бескон­ тактным уплотнением, приводит к уменьшению количества пере­ текающей жидкости.

62

63

ной области работы, когда Reoc —> 0, а А —>сю коэффициент эф­ фективности уплотнения %->о = 0,5.

Для развитой турбулентной области работы, когда Reoc —> оо,

При п ф 0 коэффициент эффективности кольцевых уплотнений может быть определен по формуле (56). Как было показано выше, при наличии вращения одной из поверхностей затрачивается дополнительная энергия в виде потерь цилиндрического дискового трения (п. 11). Можно полагать, что именно эта мощность приводит

кснижению утечки жидкости от величины Q, имевшей место при

п— 0, до величины Qn, которая имеет место при п ф 0. Используя, как и ранее, зависимость (10а) для определения

протечек жидкости через кольцевое уплотнение и заменяя в ней

С другой стороны, энергия цилиндрического дискового трения, которая в данном случае может быть полностью отнесена к поте­ рянной энергии, определяется зависимостью

Значения А, Аа и с/ зависимости (62) определяются по выра­

64

Анализ приведенных данных показывает, что вне зависимости

вого уплотнения, когда режим движения жидкости в кольцевом зазоре является турбулентным.

На практике встречаются и другие случаи работы уплотнений этого типа.- Коэффициент эффективности уплотнения для этих случаев может быть определен аналогичным способом с исполь­

В заключение настоящего раздела следует отметить, что хотя вышеприведенный анализ работы кольцевых уплотнений теоре­ тически более обоснован, практическое его использование затруд­ нено из-за необходимости оперирЪвания двумя видами коэффи­ циента эффективности — для п — 0 и п ф 0. Для исключения

этого затруднения эти два случая условно объединим, отнеся величину потерь энергии, обусловленную всеми протечками жидкости через уплотнение, к потерям, обусловленным только цилиндрическим дисковым трением.

Использовав зависимости (10а) и (56), определим сумму потерь энергии

V - 2 6 0

учитывая которую коэффициент эффективности кольцевого уплот­ нения получаем в виде зависимости

1

При этом переходная зона, в пределах которой существует функ­

Для увеличения коэффициента сопротивления кольцевых уп­ лотнений ряд авторов [27, 34] рекомендует использовать уплот­ нения с кольцевыми цилиндрическими канавками. При этом пред­ полагается, что сопротивление увеличивается в результате после­ довательного расширения и сужения потока. Тем самым при­ веденный коэффициент сопротивления таких уплотнений будет определяться не только потерями на трение по длине уплотнения, но и суммарными потерями на входе в кольцевой зазор и выходе из него, а также потерями на вихреобразование в углах расточки цилиндрических канавок. Однако такой подход к работе кольце­ вых уплотнений с цилиндрическими канавками в ряде случаев не может быть оправдан, так как наличие кольцевых канавок увеличивает приведенный зазор в уплотнении

п=1 (Т + h)

что уменьшает потери на трение по его длине, ввиду уменьшения поверхности контакта движущегося в осевом направлении потока

66

жидкости с поверхностью уплотнения. Поэтому в зависимости от режима работы такого уплотнения наличие цилиндрических ка­ навок может привести как к увеличению, так и к уменьшению коэффициента сопротивления. При этом поскольку зона сопри­ косновения движущегося в осевом направлении потока жидкости с поверхностью уплотнения зависит от соотношения размеров I, Іи /2, 6 0 и 61 (см. табл. 1), то и приведенный коэффициент сопро­ тивления Л,пр будет зависеть от указанных величин. Под приве­ денным коэффициентом сопротивления Хпр принимается [коэф-

фициент суммарных потерь, характеризующий суммарные потери на входе в уплотнение и на выходе из него, а также потери на тре­

ченные для четырех видов кольцевых уплотнений с цилиндриче­ скими канавками. Из рисунка видно, что в зоне ламинарных режимов коэффициент сопротивления А,пр таких уплотнений го­ раздо меньше аналогичного коэффициента для гладких кольцевых уплотнений, определяемых уравнением (13а), Очевидно, что для

ний или нижний предел этой величины в зависимости от требований к надежности уплотнения, значения окружной скорости и наличия

68

или отсутствия абразивных включений в уплотняемой среде. Шаг кольцевых канавок при этом следует принимать в пределах 0,7

Глубина цилиндрической канавки оказывает также существен­ ное влияние на величину приведенного коэффициента сопротив­

Кольцевые уплотнения с цилиндрическими канавками с от­ носительной глубиной, определяемой зависимостью (63), имеют большие значения приведенного коэффициента сопротивления Я,пр, чем значения указанного коэффициента для уплотнений с дру­

такого типа величина указанного параметра находится в пределах

лентного. Очевидно это связано с созданием таких геометрических форм уплотнения, которые обеспечили бы максимальное сопро­ тивление проходящему через них потоку жидкости. Это не значит однако, что в реальных конструкциях при прочих равных усло­ виях следует стремиться использовать большие величины б0, так

Зависимость Япр от частоты вращения ротора. Опытные дан­ ные, приведенные выше, показывают, как и в случае гладких

69