Дослідження механізму герметизації і розробка методів розрахунку і проектування чолових сальникових ущільнень роторів насосів

Abstract

Робота присвячена питанням створення нових конструкцій чолових сальникових ущільнень, які забезпечують підвищення ресурсу і зниження витоків перекачуваного середовища в широкому діапазоні робочих параметрів шляхом теоретичних і експериментальних досліджень механізму герметизації. Розроблено експериментальне устаткування і методики випробувань для визначення фізико-механічних властивостей сальникових набивок, для проведення комплексних досліджень процесів тертя і герметизації. Створено нові конструкції чолових сальників із вирівнюванням контактного тиску (із податливим і східчастим дном). Розроблено фізичну і математичну моделі тертя і герметизації, на основі яких розроблені інженерні методи розрахунку і проектування. Розроблено типові конструкції одинарних і подвійних чолових сальників роторів насосів. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3341

Работа посвящена вопросам создания новых конструкций торцовых сальниковых уплотнений, обеспечивающих повышение ресурса и снижение утечек перекачиваемой среды в широком диапазоне рабочих параметров. Поставленная цель достигается путем теоретических и экспериментальных исследований механизма герметизации и разработкой методов расчета и проектирования с учетом процессов происходящих в торцовой паре. Повышение технического уровня набивочных уплотнений требует детального исследования процесса герметизации. Обоснованный выбор нагружающих факторов из условия минимального трения и допустимого уровня утечек а также разработка и расчет конструкций с выравниванием контактного давления обеспечивает расширение диапазона рабочих параметров и повышение ресурса уплотнения. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Во введении обосновывается актуальность темы, дается общая характеристика диссертационной работы. Первый раздел посвящен анализу приведенных в литературе конструкций радиальных и торцовых сальниковых уплотнений а также направлений их совершенствования. Рассмотрены показатели надежности и основные требования, предъявляемые к сальниковым уплотнениям. Проведен анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований сальниковых уплотнений. Изучено известное стендовое оборудование и методы испытаний. Рассмотрены современные сальниковые набивки и методы определения их физико-механических свойств. Сформулированы основные задачи исследований. Второй раздел посвящен статическим испытаниям торцовых сальников. Разработано экспериментальное оборудование, определены физико-механические свойства перспективных сальниковых набивок и исследованы механизмы трения и герметизации. Получены: распределение гидростатического давления в зазоре, величина момента трения и протечек в зависимости от нагруженности и величины уплотняемого давления. Исследовано влияние типа набивки и конструкции уплотнения на механизм трения и герметизации. Установлена значительная неравномерность контакта по ширине пары трения традиционной конструкции. Разработаны новые эффективные конструкции с выравниванием контактного давления (с податливым и ступенчатым дном), позволяющие уменьшать контактную нагрузку, а следовательно, и трение при допустимых протечках. В третьем разделе рассмотрены результаты экспериментальных исследований торцовых сальниковых уплотнений при вращении вала. Разработан экспериментальный стенд и методика проведения динамических испытаний одинарных и двойных торцовых сальников. Исследован процесс приработки и предложена методика комплексных испытаний процессов трения и герметизации. Определена рабочая область обобщенной характеристики и предельные рабочие параметры торцового сальника. В результате применения конструкций с выравниванием контактного давления удалось существенно расширить диапазон рабочих параметров, уменьшить протечки и обеспечить работоспособность двойных торцовых сальников. Исследовано влияние податливости дна на рабочие характеристики уплотнения. Получены обобщенные данные об оптимальных коэффициентах нагрузки для двойных торцовых сальниковых уплотнений. Проведены испытания двойных торцовых сальников с запиранием воздухом и подтверждена принципиальная возможность нормальной работы таких уплотнений. В четвертом разделе изложена теория торцовых сальниковых уплотнений. Разработана физическая и математическая модель процессов трения и герметизации с учетом фактической площади контакта микронеровностей и проницаемости пористой среды. Численно и аналитически, методом последовательных приближений, решена задача гидроупругости набивки в торцовом сальнике. Численно и аналитически определена необходимая геометрия податливого дна из условия обеспечения выравнивания контактного давления. Получены аналитические зависимости для определения протечек, потерь мощности на трение, протяженностей участков зазора и контакта. В качестве критерия определяющего работоспособность торцового сальника принята величина и характер распределения контактного давления. Введен параметр герметичности уплотнения, который зависит от микрогеометрии пористого слоя и определяется экспериментально по протечке и гидростатическому давлению в зазоре. Разработана инженерная методика расчета и проектирования торцовых сальниковых уплотнений. Сравнение теоретических и экспериментальных данных, полученных в диссертационной работе, дало их удовлетворительное соответствие. В пятом разделе представлены результаты лабораторных и промышленных испытаний. Сформулированы основные требования, которые необходимо учитывать при создании новых конструкций торцовых сальниковых уплотнений. Разработаны типовые конструкции одинарных и двойных торцовых сальников для роторов насосов общепромышленного назначения. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3341

This thesis is dedicated to problems of creation of new designs of face packing seals, which provide life time improvement and pumped medium leakage reduction within wide range of operating parameters by means of the theoretical and experimental investigations of hermetic sealing mechanism. The experimental equipment had been worked out and the techniques of testing to determine physical and mechanical characteristics of the packing stuffs for realization of integrated studies of friction and hermetic sealing processes had been elaborated. Face packing seals of advanced designs with contact pressure equalization (with deformable and stepped bottom) have been created. Physical and mathematical models of friction and hermetic sealing have been created, engineering approaches of calculation and designing have been elaborated on the basis of them. Standard designs of single and double face packing seals of pump rotors have been worked out. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3341