Тема: Изучение комбинированных уплотнений

Цель: Актуализация знаний при изучении комбинированных уплотнений насосов.

Теоретическая часть.

КОМБИНИРОВАННЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

Создание современных уплотнительных систем на валу ТНА немыс­лимо без комбинационного применения отдельных видов или типов уплот­нений. Даже такое простое уплотнение как манжетное, применяемое само­стоятельно, не ставится без дренажа, перепуска или системы автоматичес­кого регулирования удельного давления контакта манжеты на поверхность вала. Как правило, ни одно из известных уплотнений не обеспечивает пол­ную герметизацию полостей ТНА, работающего по сложной циклограмме с множеством пусков и длительными остановами. В связи с этим появляют­ся конструкции с различными по принципу действия уплотнениями, выпол­няющими только определенную роль. Взаимодействие входящих в комби­нацию элементов и уплотнений обеспечивает повышенную надежность узла в целом. Описать все комбинации уплотнений весьма затруднительно из-за большого их количества и выбор каждого определяется задачами и парамет­рами насосного агрегата, а также его гидравлического тракта, связанного с проточной частью насоса.

При проектировании ТНА возможны комбинации уплотнительных устройств, представляющих собой сочетание нескольких бесконтактных и контактных уплотнений. В число элементов уплотняющего узла включают системы перепуска и отсечек, полостей с буферными средами, которые связаны гидравлически. Иногда некоторые из уплотнительных узлов служат не только для уплотнения, но и для подачи рабочей жидкости с задан­ными параметрами в систему обеспечения работоспособности двигатель­ной установки, например питание вспомогательных ЖГГ низкого давле­ния и т.п.

Конструкция уплотнительного узла полости высокого давления при комбинации импеллера с другими типами уплотнений (щелевого, торце­вого, манжетного) представлена на рисунке 1

Комбинированное уплотнение многорежимного насоса:

1 - втулка; 2 - манжета; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - пружина; 5 - контакт­ное кольцо; 6 - импеллер; 7 - подшипник; 8 - плавающее кольцо; 9 - центробеж­ное колесо; 10 - вал

Вал 10 насоса с центробежным колесом 9 и плавающим кольцом 8 щелевого уплотнения установлен на подшипниках качения, один из кото­рых (поз. 7) охлаждается компонентом, проходящим щелевое уплот­нение с кольцом 8. За подшипником расположен импеллер 6, к торцевой поверхности которого со стороны лопаток пружиной 4 поджато кольцо 5 торцевого уплотнения, предотвращающее дальнейшее движение компонен­та на валу. Страхующая манжета 2 установлена после щели, выходящей в дренажную полость между втулкой 1 и корпусом торцевого уплотнения. Особенность рассматриваемой конструкции заключается в последо­вательной установке уплотнений различного типа, эксплуатационные харак­теристики которых последовательно, по ходу движения предполагаемых протечек компонента, понижаются, а герметизирующие свойства повы­шаются, что позволяет создать абсолютно герметичный узел для уплотне­ния полости высокого давления. До запуска агрегата роль основного уплот­нения выполняет торцевое нагруженного типа, в котором необходимое удельное давление обеспечивается пружиной 4. При выходе агрегата на но­минальный режим утечки компонента высокого давления из центробеж­ного колеса 9 поступают через щелевое уплотнение с плавающим коль­цом 8 и далее в подшипник 7. Для уменьшения расхода жидкости через по­лость подшипника, разгрузки его от осевых сил и обеспечения циркуля­ции жидкости между полостью с импеллером 6 и центробежным колесом 9 в стенке над подшипником выполнены отверстия. Импеллер 6 ограничи­вает дальнейшее движение жидкости по валу, отбрасывая ее к периферии в трубопровод перепуска для подачи на вход в насос. Со стороны лопаток импеллера устанавливается граница раздела жидкость — газ, а капельки жидкости задерживаются кольцом 5 торцового уплотнения, работающего в режиме полужидкостного трения. Просочившаяся через торцевое уплот­нение жидкость и ее пары по щели над втулкой 1 попадают в полость дре­нажа и отводятся от вала, что облегчает условия работы манжеты 2, выпол­няющей роль страхующего уплотнения.

Во всех конструкциях ТНА полость уплотнения с импеллером разоб­щается с внешней средой или полостью соседних насосов одним или рядом контактных уплотнений. Широко применяются комбинации манжет с бесконтактными уплотнениями. Конструкция комбинированного уплот­нения (рисунок 1) шнекоцентробежного насоса со стороны входа рабочей жидкости в шнек 9 обеспечивает высокую степень герметичности на всех режимах. За подшипником 7 расположено гидродинамическое уплотнение с радиальным импеллером 6, имеющим с обеих сторон лопатки 4 и 5. Далее по валу установлен ряд манжет 3, 2, 1, разобщенных между собой дренажными полостями, которые сообщаются с полостью низкого давле­ния для сброса протечек уплотняемой жидкости и ее паров. Манжета 2 за первой дренажной полостью герметизирует узел и не допускает попада­ния по валу агрегата капель и паров рабочей жидкости, которые могут иногда просочиться через манжету 3. Подшипник 7 охлаждается и смазы­вается компонентом, циркулирующим от лопаток 5 импеллера 6, а лопат­ки 4 ограничивают течение жидкости к валу. При этом создается граница раздела жидкости и газа по радиусу импеллера со стороны лопаток 4. Конструкция комбинированного уплотнения, представленного на рисунке 1, обеспечивает герметизацию полости с высоким давлением рабочей среды и включает в себя бесконтактные уплотнения: щелевые с плавающим кольцом 2 и гидродинамические с радиальными лопатками 3, выполненными на торце центробежного колеса 1, а также контактные уплотнения по валу (манжеты 4, 5 и 6) с дренажными полостями между ними для отвода протечек, как уплотняемой жидкости, так и ее паров. При запуске ТНА жидкость высокого давления с выхода из центробеж­ного колеса 1 по боковой пазухе поступает в щелевое уплотнение с плаваю­щим кольцом 2 и, отбрасываемая лопатками 3 гидродинамического уплот­нения, движется по каналу с шайбой 7 на вход в насос (по стрелке). Прин­цип постановки и работа манжет 4, 5, 6 аналогичны конструкции, представ­ленной на рисунке 2

При высоком значении давления в газовой полости р_г >р_вх надежное отделение ее от жидкостной обеспечивается комбинированным уплотне­нием, представленным на рисунке 2, которое включает: стояночное (кон­тактное) уплотнение 2, гидродинамическое с импеллером 1 и щелевое с плавающим кольцом 4. Для запирания газовой полости с высоким зна­чением давления р_г к импеллеру 1 подводится жидкость с выхода из насоса через настроечное гидросопротивление (шайбу) 5 с давлением р = р_г + р_им. Из полости с импеллером 1 жидкость через подшипник 3 по зазору между корпусом и валом поступает на вход в насос. Для под­держания постоянной величины высокого значения давления р и снижения расхода циркулирующей жидкости на валу установлено плавающее коль­цо 4 щелевого уплотнения. Настройка заданного давления р на входе в полость с импеллером осуществляется с помощью шайбы 5.

Рисунок 2. Комбинированное уплотнение полости насоса с высоким давлением жид­кости:

1 - центробежное колесо; 2 - плавающее кольцо; 3 - лопатки импеллера; 4, 5, 6 -манжеты; 7 – шайба

Известно большое количество конструкций комбинированных уплот­нений, в которых используется воздействие центробежных сил на элемент, отключающий или включающий контактное уплотнение в работу. На рисунке 3 представлена конструкция с отходящим торцевым уплотнением, состоящим из установленного на валу 8 стакана 5 с выполненными по его периферии лопатками 1 импеллера. Подвижная втулка 3 с кольцом 2 торцевого уплотнения связана со стаканом 5 сильфоном 7 и поджимается пружиной 6.

При невращающемся роторе или при малых его окружных скоростях герметичность обеспечивается торцевым уплотнением. Лопатки 1 импелле­ра работают эффективно при определенной (расчетной) угловой скорости ротора. Под действием центробежных сил шарики 4 перемещаются по пазам подвижной втулки 3 в радиальном направлении от оси вала 8. Под­вижная втулка 3 сдвигается вправо до упора в бурт стакана 5, отключая тем самым торцевое уплотнение. Герметичность узла создается только лопатками 1 гидродинамического уплотнения. С уменьшением угловой скорости вала втулка под действием пружины 6 возвращается в исходное положение, и тогда при малой угловой скорости и неподвижном роторе герметичность обеспечивается торцевым уплотнением.

Задание.

1. Изучить теоретическую часть.

2. Начертить схемы уплотнений.

Практическая работа №11