Расчет торцовых уплотнений с саморегулируемым зазором

Различные конструкции гидростатических уплотнений, а также импульсные уплотнения представляют собой системы автоматического регулирования, для которых торцовый зазор h или расход Q — регулируемые величины, осевая сила давления на аксиально подвижное кольцо Fs, зависящая от торцового зазора, — регулирующее воздействие, усилие предварительного сжатия пружин Fп, перепад давления уплотняемой жидкости ∆р и частота вращения ротора ω (для импульсных уплотнений) — внешние воздействия (рис 6.5). Для уплотнений с регулируемым внешним подводом запирающей жидкости (см. рис. 6.1) внешним воздействием является перепад ∆pе = ре — p1, т. е. превышение давления запирающей жидкости над уплотняемым.


Рис. 6.5. Функциональная схема уплотнения с саморегулируемым зазором

Рассматривая уплотнения как системы автоматического регулирования, можно использовать единый подход к их расчету. Расчет сводится к построению статических характеристик, т. е. зависимости установившегося зазора и расхода от внешних воздействий, к определению статической и динамической жесткости и к оценке статической и динамической устойчивости (рис. 6.6). Тепловое состояние, температурные и силовые деформации колец рассчитываются так же, как для механических торцовых уплотнений.


Рис. 6.6. Схема статического и динамического расчета саморегулируемых уплотнений

При разработке методики расчета введем некоторые общепринятые допущения [4]: режим течения во всех дросселирующих каналах ламинарный; давление на участках торцовых дросселирующих каналов с постоянным зазором линейно изменяется по радиусу; силы инерции жидкости в торцовых зазорах и силы трения на вторичных уплотнениях малы.

Для примера более подробно рассмотрим расчет импульсных уплотнений (рис. 6.4) в том порядке, какой указан на рис. 6.6. Для других вариантов уплотнений с саморегулируемым зазором приведем лишь основные расчетные формулы [7].

1. Чтобы определить осредненное за период Т между двумя впрысками давление р2 в камерах 1, запишем равенство объемов жидкости, втекающей и вытекающей из камеры за время Т. Обозначим Q1 и Q2 — расходы жидкости через внешний и внутренний торцовый дроссели, соответствующие плоскому кольцевому сектору.


Рис. 6.7. Статические характеристики к примеру расчета

Расчет теплового состояния, температурных и силовых деформаций уплотнительных колец выполняется так же, как и для механических торцовых уплотнений по методике, изложенной в предыдущей главе. Сохраняются также рекомендации по конструированию и выбору материалов пар трения и вспомогательных элементов, приведенные ранее для механических торцовых уплотнений.