Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Динамика функционирования газозатворного импульсного торцового уплотнения : диссертация ... кандидата технических наук : 01.02.06

Год: 2013

Номер работы: 841

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Потребности различных отраслей промышленности в новых высоконадежных и экономичных насосах в широком диапазоне параметров непрерывно возрастают. Разработка новых технологических процессов, интенсификация существующих (синтез и транспорт аммиака, нефтепереработка, циклическая закачка газоконденсатных месторождений, газлифтная добыча нефти) немыслимы без создания новых машин. Опыт разработки и эксплуатации насосов показывает, что обеспечение современного технического уровня насосного агре

Традиционно распространение в насосах с низкими параметрами типа: широкое сальники, получили уплотнения контактного манжетные уплотнения, механические торцовые уплотнения (рис.

1.1) [1 7]. Эти уплотнения обладают высокой герметичностью (как правило, работают с капельной утечкой), которая достигается работой уплотнительных поверхностей в режиме граничной или полужидкостной смазки. Вследствие высокой герметичности имеют место сравнительно 14 быстрый износ, повышенная чувствител

С повышением частоты охлаждения современных трущихся быстроходных вращения роторов возникает машинах широкое проблема нашли поверхностей уплотнения. В связи с этим в применение уплотнения бесконтактного типа, исключающие непосредственный контакт трущихся поверхностей [1, 2, 5 - 10]. Они характеризуются наличием гарантированного зазора между уплотнительными поверхностями и поэтому работают с постоянной утечкой почти без износа. Дня крупных центробежных машин наибольший интерес представляю

Наряду с одинарными уплотнениями, описанными выше, в промышленности широко используются и более сложные - двойные уплотнительные системы. В них вместо одного уплотнения используется два, между которыми подаётся затворная или буферная жидкость (рис.

1.5) [1 - 3, 5, 7 - 9, 34]. Затворная жидкость подаётся под давлением, несколько • • Рис.

1.5. Системы двойных уплотнений превышающим давление уплотняемой среды (обычно на 0,1...

0.3 МПа). Из пространства между уплотнени

Несмотря определённых на большие преимущества Во-первых, двойных уплотнений в на жидкостной смазке по сравнению с одинарными, они всё же не лишены недостатков. применяемые уплотнении буферные или затворные жидкости имеют строго определённый узкий температурный диапазон работы, выход за границы которого отрицательно сказывается на работе узла. Во-вторых, стоимость затворной/буферной жидкости нередко сопоставима со стоимостью самого уплотняемого продукта, что приводит к увеличению затрат

Торцовые уплотнения с импульсным уравновешиванием подвижного в осевом направлении элемента (ИТУ) имеют сравнительно недавнюю историю (авторское свидетельство на изобретение получено в 1974 г.) [69 75]. Они задумывалось как альтернатива [1, 8, 76, бесконтактным торцовым уплотнениям, содержащим потенциально ненадежные или технологически трудновыполнимые элементы 77]. Конструктивная схема импульсного торцового уплотнения показана на рисунке

1.14. Рис.

1.14. Импульсное торцовое упло

Проведенный тщательный обзор патентной и научно-технической литературы показал, что: На сегодняшний день применение концевых уплотнений роторов на газовой смазке - характерная черта самых совершенных насосов и турбокомпрессоров, определяющая облик этих машин в будущем.

- Газозатворное ИТУ, сочетая в себе простоту конструкции и технологичность изготовления уплотнительных колец, не уступает по своим характеристикам современным сложным двойным уплотнениям, использующим специальные газоди

На основании проведенного обзора патентной и научно-технической информации установлено, что среди существующих бесконтактных уплотнительных систем особое место занимают уплотнения, отсекающие утечку уплотняемой среды путём создания непрерывного слоя затворного газа в уплотняемом зазоре. Использование этих уплотнений перспективно, однако сдерживается высокой стоимостью оригинальных конструкций и высокой сложностью проектирования и изготовления торцовых пар. Новое газозатворное импульсное уплот

Несмотря на кажущуюся простоту торцовые уплотнения, функционирующие с микронным зазором, являются сложной гидрогазомеханической системой, в которой зазор должен автоматически поддерживаться в области оптимальных значений (0,002 - 0,004

мм) при изменяющихся внешних факторах. Поэтому рассчитывать на их широкое применение не имея адекватной расчетной модели нельзя. Основной задачей расчета импульсных торцовых уплотнений является определение таких размеров торцовых колец, которые обе

Прежде, чем приступить к выводу зависимостей, описывающих течение затворного газа в торцовом зазоре, необходимо рассмотреть свойства самого газа и их возможные изменения во время работы уплотнения. Поскольку толщина смазочного слоя очень мала, газ не всегда можно считать сплошной средой. Критерием в данном случае служит величина числа Кнудсена [89]. X где / - длина свободного пробега молекулы газа; х - толщина смазочного слоя. При небольших числах Кнудсена (Кп <0,01) газ можно рассмат

При исследовании рабочего процесса в торцовом уплотнении с саморегулируемым зазором принято использовать следующие допущения [1,2,8]: зазор; давление в замкнутых камерах нарастает и убывает во времени по течение газа в торцовом зазоре установившееся, дозвуковое; уплотнительные поверхности колец образуют плоский торцовый линейному закону; 49 течение затворного газа в торцовом зазоре напорное, радиальное и осесимметричное, т.е. в окружном направлении давление не изменяется; осевые малые высоко

2.4. Численное исследование влияния геометрических и эксплуатационных параметров на характеристики ГзИТУ Проанализировать адекватность полученной математической модели уплотнения на уровне физического представления можно путём подстановки в неё реальных физических и геометрических данных и рассмотрения полученных результатов. Данные для исследования сведены в таблицу 1. Таблица 1 Исходные данные для расчета Параметр Частота вращения ротора Уплотняемое давление Давление затворного газ

При эксплуатации гидромашины частота вращения приводного вала обычно колеблется относительно некоторого номинального значения, что находит своё отражение на характеристиках входящих в состав гидромашины уплотнений. На рисунках

2.5 и

2.6 показан характер изменения величины зазора и расхода затворного газа от частоты. Увеличение частоты вращения ротора в целом негативно сказывается на работе уплотнения: из-за того, что время свободного истечения газа из камеры сокращается (сокращае

Подвижка ротора гидромашины в опорах, неточности монтажа уплотнений, а также вибрация гидромашины могут привести к изменению величины рабочего зазора уплотнения. Картина изменения основных параметров уплотнения в этом случае представлена на рисунках

2.7 и

2.8. х,мкм Рис.

2.8. Зависимость величины осредненного давления р2 от зазора х 68 Как следует из рисунков

2.7 и

2.8, зависимости р2(х) (а следовательно и раскрывающей силы в зазоре) имеют такую особенность, чт

В условиях промышленной эксплуатации гидромашины неизбежны нестабильность и колебания давления на линии подачи затворного газа. Увеличение давления затворного газа приводит к увеличению осредненного давления в камерах, что сопровождается увеличением торцового зазора, а 69 следовательно и ростом расхода затворного газа, и отражено на представленных графиках (рис.

2.9 и

2.10). X, 25Y мкм •&•• 19-- 1613-- л .25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

2.4.4. Реакция кольца на гармонические изменения эксплуатационных параметров На рисунках

2.12 -

2.15 представлены графики влияния изменяющихся эксплуатационных параметров (давления в уплотняемой полости, на линии подачи затворного газа и в зоне за уплотнением, а также частоты вращения ротора) на динамические характеристики уплотнения. Рис.

2.12. АЧХ и ФЧХ системы на воздействие px{t) (давление на линии подачи затворного газа) J 60 L СО Рис.

2.13. АЧХ и ФЧХ

В предыдущей главе была представлена физическая и математическая модели рабочего процесса в зазоре ГзИТУ. Эти модели построены на основании известных законов механики и гидрогазодинамики. Достоверность их, как и любых других теоретических моделей, должна быть проверена с помощью натурного и эксперимента граничных с целью проверки правильности предпосылок условий. Естественно, экспериментальная проверка подразумевает сравнение расчётных значений со значениями, полученными во время пров

Структурная схема экспериментального стенда, который изображён на рис.

3.1 и

3.2, приведена на рисунке

3.3. Стенд состоит из испытательной камеры, системы подготовки газа и привода. Электродвигатель, скорость вращения которого задается с помощью тиристорного преобразователя частоты, приводит во вращение испытуемое уплотнение, которое размещается в испытательной камере стенда 3. Требуемые условия работы уплотнения обеспечиваются системой подготовки газа. Источником давления

Во время проведения две экспериментальных уплотнения. исследований Первая ГзИТУ использовались конструкции конструкция представляет собой копию (геометрические размеры уплотнительных колец, усилие поджатия пружин и организация реально подвода затворной среды соответствуют оригиналу) эксплуатирующегося уплотнения (рис.

3.4), а вторая (рис.

3.5) имеет особую конструкцию, позволяющую проводить измерения давления внутри замкнутой камеры и в пространстве между камерами.

Во время проведения экспериментальных исследований производились измерения следующих величин: частоты вращения ротора, давлений затворной и уплотняемой сред, расхода затворной среды через питающие каналы, давления затворной среды в камерах и между камерами, температуры неподвижного (статорного) уплотняющего кольца. Характеристики и погрешности средств измерений приведены ниже. Для измерения частоты вращения поста применялся "Schenck частотомер Vibroport" с универсального ви

Так как методика расчета характеристик ГзИТУ основана на предположении, что на участке торцовой поверхности, занятом камерами действует давление, равное осредненному за время между запитками камер давлению р2, проводились параллельно с исследованием расходных характеристик исследования характера влияния количества камер и питающих каналов на расходные характеристики уплотнения. С этой целью был изготовлен комплект уплотнительных колец с наружным диаметром торцовой поверхности 0 130 мм, р

После сборки уплотнения в испытательной камере стенда проводится опрессовка узла давлением без вращения. Для этого в уплотнение подаются уплотняемое и затворное давления, равные тем, при которых планируется проведение исследований. Опрессовка приводит ктому, что вторичные резиновые уплотнения и торцовые кольца под действием смещаются и занимают штатное положение. После требуемые опрессовки давления следует и установить газовыми среды редукторами и включить давления затворной уплотняемой эл

При проведении эксперимента с газовой уплотняемой средой после включения вращения температура статорного кольца в течении минуты повышалась, затем быстро падала практически до начального значения и оставалась неизменной вплоть до остановки вращения. Разница между установившимся значением температуры уплотнения и температурой оружающей среды составляла обычно 3 - 5 Т . Это свидетельствует о том, что во-первых, поступающая через питающие каналы в зазор затворная среда обеспечивает эффективное

В специальной литературе по уплотнительной технике отсутствует информация о влиянии количества камер и подводящих каналов на характеристики импульсных уплотнений. Это значит, что для уточнения физической модели рабочего процесса ГзИТУ необходимо провести специальные исследования характера изменения давления в торцовом зазоре на пояске, занятом камерами. Цель исследований состоит в изучении изменения давления в замкнутых камерах и в промежутках между камерами ГзИТУ на разных режимах работы уп

Система электронного измерения давления настраивается с помощью осциллографа путем привязки «приборного нуля» и «приборной единицы» каждого из каналов преобразователя Endevco 4942V, к координатным осям системы. Опрессовка уплотнения перед проведением эксперимента и включение вращения проводится так же, как и в пп.

3.5.1. Установив требуемые частоту вращения ротора и давления затворной и уплотняемой среды, ротаметрами измерятся суммарный расход затворной среды на входе и суммарная утечка

На рисунке

3.15 показан пример получаемой на дисплее компьютера временной развертки изменения давления в местах установки датчиков, а на рисунках

3.16

3.20 графики изменения давления в камере и межкамерном промежутке, полученные при разных сочетаниях давлений уплотняемой и затворной среды. Сравнивая графики на рисунках

3.16,

3.17,

3.18 видно, что при большем перепаде давления Ар = р]- р4, наблюдается увеличение амплитуды изменения давления в камере. Это об

При нахождении раскрывающей силы в зазоре в уравнениях (

2.7) и (

2.8) полагается, что давление затворной среды на участке торцового зазора, ограниченного радиусами гк1 и гк1,в окружном направлении практически не изменяется и равно показывают осреднённому во времени давлению р2. Как смазке исследования незатворного ИТУ на жидкостной давление в камерах между смежными впрысками уплотняемого давления практически не изменяется [1]. В случаях же, когда нагрузка на подвижное в осевом

Из теории гидродинамической смазки широко известно уравнение Реинольдса для определения давления в тонком слое газа, находящегося между двумя, перемещающимися друг относительно друга поверхностями. Это уравнение связывает функцию давления p(x,z) h, его вязкостью //, плотностью р с толщиной слоя газа и скоростью движения одной из поверхностей, ограничивающих газовый слой U [89]: дх V р ( **)+±(^*)=6м%ет+12мШ дх) dz\ dz дх dt (4.,) Приведенное уравнение часто применяют для расчета харак

4.3.Определение расхода затворного газа из камеры с учётом падения давления Величина торцового зазора и, как следствие, величина расхода затворного газа через зазор зависит от эпюры давления, создаваемой конкретным количеством камер и питателей. В традиционной методике расчёта незатворных импульсных уплотнений считается, что истечение газа из камеры (или питателя) происходит вдоль радиального торцового канала с шириной, равной окружной протяжённости камеры (питателя). В случае, когда камеры р

Анализ полученных в ходе экспериментальных исследований данных, показывает, при расчёте характеристик ГзИТУ необходимо учитывать, что на участке торцового зазора между камерами давление не всегда равно одному и тому же осреднённому давлению в камерах, и в случае, когда расстояние между камерами на поверхности уплотнительного кольца больше чем протяжённость самих камер, такое допущение приводит к снижению точности получаемых теоретических результатов расчётов. С точки зрения применения затворн