Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Теория, расчет и конструирование компрессорных машин динамического действия - файл 15_Уплотнения ТК.doc


Загрузка...
Лекции - Теория, расчет и конструирование компрессорных машин динамического действия
скачать (6312.1 kb.)

Доступные файлы (22):

0_введение.doc37kb.29.01.2007 16:23скачать
0_обложка.doc667kb.26.01.2007 04:00скачать
10_Методы регулирования ТК.doc887kb.29.01.2007 22:01скачать
11_Нестационарные процессы.doc794kb.29.01.2007 23:48скачать
12_Проектирование.doc3407kb.30.01.2007 00:19скачать
13_роторы.doc702kb.30.01.2007 00:31скачать
14_Многоступенчатые компрессоры.doc1958kb.30.01.2007 00:42скачать
15_Уплотнения ТК.doc863kb.30.01.2007 16:13скачать
16_Технология.doc741kb.30.01.2007 01:30скачать
17_эксплуатация ТК.doc242kb.30.01.2007 01:32скачать
1_Классификация и принцип действия.doc251kb.29.01.2007 16:37скачать
2_Термодинамические основы.doc936kb.22.02.2007 19:03скачать
3_Газодинамические основы.doc1762kb.30.01.2007 16:35скачать
4_Физические явления.doc837kb.29.01.2007 17:25скачать
5_Безразмерные газодинамические параметры.doc861kb.11.05.2007 18:57скачать
6_Кинематические схемы ступеней КМДД.doc501kb.29.01.2007 18:19скачать
7_Пространственое течение.doc1865kb.05.07.2007 11:49скачать
8_Характеристики ТК.doc966kb.29.01.2007 21:36скачать
9_Работа компрессоров на сеть.doc631kb.29.01.2007 21:51скачать
Библиографический список.doc43kb.30.01.2007 04:36скачать
Литература.doc46kb.19.06.2004 02:22скачать
Оглавление.doc153kb.30.01.2007 04:29скачать

15_Уплотнения ТК.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
15. Уплотнения турбокомпрессоров
15.1. Типы уплотнений и их характеристика
Уплотнения предназначены для сокращения перетечек газа внутри машины, для уменьшения или полного предотвращения утечек газа из машины, в системах защиты от замасливания газа и в подшипниковых узлах.

В турбокомпрессорах уплотнения располагают между отдельными ступенями (межступенчатые уплотнения), по концам проточной части машины (концевые уплотнения), в подшипниковых узлах (масляные уплотнения) и в других случаях. В общем случае уплотнения в турбокомпрессорах могут быть контактными или бесконтактными, а также комбинированными, сочетающими в одной конструкции два вышеназванных типа уплотнения.

Классификация уплотнений по конструктивному исполнению и принципу действия приведена на рис. 15.1. Ниже рассмотрены конструкции и применение различных типов уплотнений [8, 18, 21].



Рис. 15.1. Типы концевых уплотнений, применяемые в турбокомпрессорах

^ 15.2. Бесконтактные уплотнения
Лабиринтные уплотнения

Лабиринтные уплотнения используются для уменьшения внутренних (межступенчатых) и внешних (концевых) утечек газа и в системах защиты газа от замасливания.

Работа лабиринтного уплотнения (рис. 15.2) основана на использовании процесса дросселирования газа через группу последовательно расположенных элементов уплотнения. Каждый элемент уплотнения состоит из узкой щели, в которой потенциальная энергия газа частично преобразуется в кинетическую энергию, и камеры, имеющей достаточно большой объем, в которой кинетическая энергия потока в основном преобразуется в тепловую энергию из-за потерь на вихреобразование и трение.




Рис. 15.2. Схема течения газа в лабиринтном уплотнении: 1 – обойма уплотнений (в корпусе) или втулка (на роторе);

2 – ответная часть уплотнения с канавками;

3 – гребни лабиринтного уплотнения; 4 – стопорная проволока



Расход газа через щель лабиринтного уплотнения площадью (Dл – средний диаметр зазора) при докритических скоростях газа в щелях определяется по формуле Стодолы

,

где Р1л и Р2л – давление газа соответственно перед лабиринтом, т.е. на стороне высокого давления и за лабиринтом; Тл – средняя температура газа в уплотнении; μл – коэффициент расхода, учитывающий характер потока в щели и конструктивные особенности уплотнения; zл – число лабиринтных уплотнений.

Если в последней ступени лабиринтных уплотнений скорость течения достигает скорости звука, то расход определяется по формуле для критического течения

,

а условием возникновения критического течения в последней щели уплотнения является

,

где Pz-1 – давление перед последним лабиринтом, которое определяется из соотношения

,

а параметры и ^ В являются функцией только показателя изоэнтропы k, например, при k=1,4 =0,528 и В=0,685, при k=1,67 =0,487 и В = 0,727.

При критическом истечении расход газа через уплотнения является максимальным. На практике, как правило, критического истечения допускать нельзя, что достигается соответствующим выбором числа лабиринтов zл.

Зазоры в лабиринтных уплотнениях делают по возможности малыми (0,15–0,2 мм). Однако, учитывая увеличение зазоров во время эксплуатации, в расчетах рекомендуется принимать их вдвое большими, чем на чертежах. В ЦКМ зазор в лабиринтных уплотнениях часто берется по опытной зависимости

,

где ^ D2 в м.

В машинах конструкции ОАО «Невский завод» (НЗЛ) обычно применяются лабиринтные уплотнения с шагом между гребнями t = 7,5; 6 и 4,5 мм.

При гладких (прямоточных) лабиринтных уплотнениях коэффициент расхода μ увеличивается по сравнению со значением при ступенчатой конструкции, т.е. μгл > μст. Величину μгл можно определить по кривым Эгли представленными на рис. 15.3.

При выборе числа гребней необходимо считаться с назначением уплотнений и располагаемыми габаритами, не рекомендуется иметь zл < 4 и неэффективно допускать zл >30 (для думмиса).



Рис 15.3. Зависимость μгл/μст=f (sr/t; zл) [8]
Элементы конструкций гладких и ступенчатых уплотнений конструкции НЗЛ показаны на рис. 15.4, 15.5 и 15.6.

Кромки уплотнительных гребней со стороны потока должны иметь острую форму возможно меньшей толщины. В случае соприкосновения уплотнения с валом тонкие окончания гребней быстро срабатываются и приминаются. Такое конструктивное решение позволяет избежать серьезного повреждения вала, т.к. в результате образующегося при больших скоростях трения происходит местный нагрев вала, в результате чего он может деформироваться. В машинах, работающих с взрывоопасными газами, во избежание искрения применяют гребешки из легких неискрящихся деталей. Гребешки выполняются в основном из латуни (Л62 и Л68), монель-металла (НМЖМ-28-2,5-1,5), нейзильбера, железа Армко, при высоких температурах из нержавеющей стали (Ж-1). Показанные на рисунке статорные уплотнительные элементы выполняются в виде полуколец, устанавливаемых в верхнюю и нижнюю половины корпуса машины.

Так называемые усиковые уплотнения (рис. 15.5, 15.6) изготавливаются из тонких лент (0,2 мм), зачеканенных вместе с проволокой в канавки на поверхности ротора или реже статора. При задевании гребешка усикового уплотнения о статор тепло трения практически не передается через ленту к валу, что исключает повреждение вала.




Рис. 15.4. Виды уплотнений (показаны профили сечения обойм уплотнения): а) гладкое с запресованными в обойму гребешками; б) уплотнение для масла; в) ступенчатое с запресованными в обойму гребешками; г) ступенчатое с гребешками выполненными заодно с обоймой




Рис. 15.5. Примеры конструкций унифицированных концевых лабиринтных уплотнений компрессора конструкции НЗЛ: 1 – переднее уплотнение; 2 – заднее уплотнение; 3 – камера для подвода запирающего газа.



Рис. 15.6. Примеры промежуточных уплотнений конструкции НЗЛ

Газовый затвор

Газовый затвор применяется в концевых лабиринтных уплотнениях и используется для герметизации внутренней полости турбокомпрессора при его работе на взрывоопасных и токсичных газах (хлор, сероводород, ацетилен, углекислота, метан, пропан и др.). Лабиринтные уплотнения с затворным газом используют для кислородных компрессоров с уплотняемым давлением Рг  2,5 МПа, для газовых компрессоров с Рг  0,35 МПа. В качестве затворного газа применяют чаще всего азот или чистый воздух.
^ Щелевые уплотнения

В случае сжатия в турбокомпрессоре газа высокого давления при дросселировании его через уплотнения сжимаемость проявляется очень мало. В связи с этим такие уплотнения могут выполняться по типу уплотнений насосов. В виду практической несжимаемости газа лабиринт обычного типа является малоэффективным. Перепад давлений в уплотнениях насосного типа осуществляется в результате трения в узкой щели, за счет потерь при входе и выходе из щели, а также при резком изменении направления потока.

Конструкция такого уплотнения показана на рис. 15.7. Невращающееся уплотнительное кольцо в виде графитовой втулки 1, плотно вставленной в обойму 2, прижато пружиной 3 к корпусу 4 узла уплотнения и может радиально перемещаться относительно корпуса. Уплотнительный эффект заключается в торможении потока утечки вязкого газа в узком кольцевом зазоре sr. Давление газа понижается от начального значения Р1л до Р2л.

Необходимый для работы зазор sr устанавливается путем радиальных перемещений уплотнительной втулки под действием сил, возникающих при касаниях с валом, при всплытии его в подшипниках во время пуска. Уплотнительное кольцо фиксируется в корпусе силой трения контактирующих торцевых поверхностей.






Рис. 15.7. Схема щелевого уплотнения: 1 – графитовая втулка; 2 – обойма; 3 – пружина; 4 – корпус узла уплотнения


Торцевые газодинамические уплотнения

Основными элементами этого уплотнения являются два кольца (рис. 14.8): вращающееся кольцо 1, жестко связанное с валом компрессора и невращающееся графитовое кольцо 2, которое опирается на ряд цилиндрических пружин 5, стремящихся прижать это кольцо к вращающемуся кольцу 1. Зазор между кольцом 2 и корпусом 3 уплотняется неподвижным упругим полимерным кольцом 4, препятствующим утечкам газа со стороны высокого давления в область низкого давления. Уплотнительное кольцо 4 не препятствует осевым перемещениям кольца 2.

Вращающееся кольцо образует с невращающимися кольцом торцевую уплотнительную щель h. На торцевой поверхности одного из колец, как правило, вращающегося, от радиуса r1 до радиуса r2 выполнены канавки глубиной Δh = 5-6 мкм. Поэтому при переходе от канавки к межканавочному промежутку имеются ступеньки и зазор между поверхностями колец изменяется от величины h+Δh над поверхностью канавки до величины h в межканавочном промежутке.

При вращении кольцо 1 посредством канавок захватывает очищенный от примесей газ из полости с давлением ^ Р1 и газ начинает перемещаться к центру от радиуса r1 к радиусу r2, преодолевая центробежные силы и силы трения. В связи с тем, что зазор между кольцами 1 и 2 в окружном направлении уменьшается от величины h+Δh до h, давление, напротив, возрастает и в некоторой области значений зазоров h осредненное по окружности давление Рср оказывается более высоким, чем давление перед уплотнением Р1. Таким образом, участок с канавками обеспечивает появление силы, препятствующей исчезновению зазора между кольцами. Эта сила называется распорной силой, а участок – «распорным».

За участком с канавками располагается осесимметричная радиальная кольцевая щель малой ширины, оказывающая вследствие этого большое сопротивление протекающему через нее потоку. Давление на бесканавочном участке убывает от величины Р2 в конце канавочного участка до давления Р0 в выходном сечении щели. Бесканавочный участок называется «запорным», т.к. его выходное сечение определяет предельный расход газа через уплотнение при достижении потоком скорости звука в этом сечении.

Твердые частицы, которые могут находиться в уплотняющем газе, подаваемом в зазор уплотнения, отбрасываются центробежными силами от входа в зазор и не попадают в него, даже если размер частиц позволяет им попасть в зазор.



Рис. 15.8. Торцевое газодинамическое уплотнение: 1 – вращающееся кольцо; 2 – невращающееся графитовое кольцо; 3 – корпус; 4 – упругое полимерное уплотнение; 5 – пружина; rу – радиус, уплотняемый полимерным кольцом; r1 – наружный радиус вращающегося кольца; r2 – внутренний радиус канавок; r3 – внутренний радиус уплотнения

^ 15.3. Контактные уплотнения
Торцевые уплотнения

В турбокомпрессорах торцевые уплотнения применяются, в основном, как концевые масляные уплотнения. В конструктивном отношении наибольшее распространение имеют уплотнения неподвижные относительно корпуса позволяющие работать при повышенных окружных скоростях (до 50 м/сек) и при перепадах давления на уплотнение не более 5 кг/см2.

Торцевые уплотнения вращающихся валов широко распространены, особенно в насосостроении. В быстроходных ЦК их применение из-за малого ресурса трущейся пары ограничивалось лишь теми случаями, когда сжимаемая среда требовала повышенной герметизации, например, холодильные турбокомпрессоры. В настоящее время применение торцевых уплотнений с масляным затвором в промышленных ЦК расширилось в связи с появлением износостойких материалов, позволивших увеличить ресурс работы уплотнения в 2–3 раза.

Достоинством данного вида уплотнений является то, что оно обеспечивает герметичность компрессора на стояночном режиме.

Торцевое уплотнение (рис. 15.9) состоит из диска 1, вращающегося с валом, и уплотнительного графитового кольца 2 (обычно графит марки АГ 1500-Б83) герметично скрепленного с невращающейся втулкой 3. Втулка 3 имеет осевую подвижность благодаря резиновому уплотнению 4. Под действием пружин 5 втулка 3 посредством кольца 2 находится в постоянном контакте с диском 1. Для уплотнения, отвода тепла и смазывания пары трения подводится запирающее масло в полость 7 под давлением Рм, превышающим давление уплотняемого газа Рг на величину перепада ∆Рм=Рмг. Необходимое для охлаждения и смазки количество масла дозируется наружным плавающим кольцом 8. Слив охлаждающего масла из узла уплотнения осуществляется в масляный бак.

Для предотвращения попадания масла в проточную часть компрессора обычно к системе уплотнений подводится запирающий газ.

Конструктивное исполнение торцевых уплотнений отличается разнообразием. В торцовом уплотнении ВНИИХолодмаша для холодильных турбокомпрессоров (рис. 15.10) плавающее графитовое кольцо 2 из ХИМАНИТА, армированное стальным бандажом, контактирует с двумя твердыми поверхностями втулки 1 и вращающегося кольца 3, изготовленными из легированной стали. В работе кольцо 2 может прилипнуть к любой из поверхностей деталей 1 или 3, поскольку при взаимном покое коэффициент трения больше, чем при взаимном движении.

В торцевом уплотнении Невского завода (рис. 15.11) в обоих элементах трущейся пары применен графит БСГ-30. Это способствует увеличению ресурса почти в 3 раза. Жесткое герметичное соединение стальных кольца 3 и втулки 1 с графитовыми кольцами 2 исключает деформации последних при работе.

Более компактную конструкция торцевого уплотнения выполнена фирмой Demag Delaval (Германия), где невращающееся кольцо выполнено из графита, что сокращает количество элементов в уплотнении (рис. 15.12).






Рис. 15.9. Схема торцевого масляного уплотнения:

1 – вращающийся диск; 2 – уплотнительное графитовое кольцо; 3 – втулка; 4 – резиновое уплотнение; 5 – пружина; 6 – корпус; 7 – полость затворного масла; 8 – наружное уплотнительное кольцо

Рис. 15.10. Торцевое уплотнение конструкции ВНИИХолодмаша







Рис. 15.11. Торцевое уплотнение конструкции Невского завода

Рис. 15.12. Торцевое уплотнение конструкции фирмы Demag Delaval


Уплотнения с плавающими кольцами

Уплотнения этого типа предназначены для герметизации ЦК, сжимающих токсичные, горючие и взрывоопасные газы. Плавающие кольца внутреннее 1 и наружное 2 (рис. 15.13) заключены в разъемный корпус 3, в котором они имеют свободу радиальных перемещений, но удерживаются от вращения штифтами или шпонкой. С валом кольца образуют кольцевые щели с радиальными зазорами δ1, δ2 и длинами l1, l2. Запирающее масло подводится в камеру под давлением Рм, превышающим давление уплотняемого газа Рг. Кольцевой зазор δ1=0,03-0,05 мм внутреннего кольца сдерживает утечку масла в сторону газа, создавая перепад Δ Р1=Рм - Рг обычно в пределах 0,03-0,05МПа. Сплошная пленка масла, текущего в зазоре δ1, образует гидравлический затвор, что и является целью устройства. С помощью наружного кольца 2 дозируется расход масла, сливаемого из узла уплотнения, в количестве, необходимом для отвода всей теплоты трения, выделяемой в узле. Давление масла в камере 4 прижимает торцы колец к корпусу 3. Для лучшей герметизации на торце кольца 1 установлено резиновое уплотнение 5. Предварительный контакт торцевых поверхностей осуществляется за счет упругости кольца 5. Кольца выполняются из стали или бронзы с баббитовой заливкой.

Уплотнение ОАО «Казанькомпрессормаш» (НИИ «Турбокомпрессор» им. В.Б. Шнеппа) для компрессоров с горизонтальным разъемом пригодно для давлений до 7 МПа (рис. 15.4). Оребрение внутреннего кольца 1 увеличивает поверхность теплоотдачи, снижая нагрев и исключая возможность коксования масла в щели. Осевое поджатие колец осуществляется резиновым кольцом 6, натяг которого 0,2-0,3 мм регулируется шлифованием по месту дистанционного кольца 4. Рабочие поверхности колец выполнены из баббита Б-83. Для предотвращения прорыва газа на внутренних поверхностях сделаны кольцевые канавки, причем профиль зазора ступенчатый. Для уменьшения износа втулка 7 на валу делается из монель-металла НМЖМц-28-2,5-1,5. На поверхность втулки методом высокотемпературного плазменного напыления наносится твердосплавный порошок ПН73Х16С3Р3 на никелевой основе (хром 16 %; кремний 3 %; бор 3 %), обладающий высокой износостойкостью. Уплотнение стандартизировано для диаметров 90, 100 и 120 мм [18].

Уплотнение высокого давления Nuovo Pignone (Италия) оснащено тремя наружными уплотнительными кольцами 2, что облегчает условие их плавучести, и применимо до давлений газа Рг = 35 МПа.





Рис. 15.13. Схема уплотнения с плавающими кольцами: 1, 2 – плавающие уплотнительные кольца; 3 – корпус;

4 – камера с запирающим маслом;

5 – резиновое манжетное уплотнение; 6 – канал для слива масла из полости






Рис. 15.14. Уплотнение конструкции ОАО «Казанькомпрессормаш»: 1 – внутреннее кольцо;

2 – наружное кольцо; 3 – корпус;

4 – дистанционное кольцо;

5 – шпонка; 6 – резиновое кольцо;

7 – втулка вала с износостойким покрытием; 8 – резиновое кольцо для уплотнения вала




Рис. 15.15. Уплотнение фирмы Nuovo Pignone: 1 – внутреннее кольцо; 2 – наружные кольца; 3 – волнистая распорная пружина

^ Сальниковые уплотнения

Сальниковые уплотнения используются для работы в различных средах при скорости скольжения до 10 м/сек (в отдельных случаях до 20 м/сек). Сальниковые уплотнения в основном находят применение в вентиляторах и системах вспомогательного оборудования. Они представляют собой комплект колец, их число обычно не превышают 7, так как при большем их числе не обеспечивается равномерное прижатие колец к валу. Кольца изготавливаются из войлока, кожи, асбеста. Используются также комбинированные конструкции колец, сочетающие различные материалы: ткани, резину, асбест, свинцовую фольгу и др. Комбинированные кольца улучшают работу уплотнения и увеличивают срок службы. Кольца пропитывают специальной смазкой, обычно содержащей в своем составе чешуйчатый графит.

При работе в среде сухого газа для сальниковых уплотнений используют систему принудительной смазки.







Скачать файл (6312.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru