Усовершенствование конструкций сальниковых устройств валов центробежных насосов на основе изучения физической модели механизма герметизации

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.02.041
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 23, № 2, 2020 (июнь)
Страницы 41–52

 

Автор

С. С. Шевченко, ООО «Юнайтед Продакшенс – Атом» (40016, Украина, г. Сумы, ул. Прокофьева, 36), e-mail: s.shevchenko@united.productions, ORCID: 0000-0002-5425-9259

 

Аннотация

Сальниковое устройство – наиболее распространенный тип уплотнений роторов насосов, поскольку оно является регулируемым и периодически восстанавливаемым в процессе эксплуатации узлом. На основании изучения физических процессов сформирована модель механизма герметизации сальникового устройства как сочетание двух последовательно расположенных гидравлических сопротивлений: предвключенного сопротивления, аналогичного щелевому дросселю, и контактного уплотнения, где происходит непосредственная герметизация вала. Зона контакта набивки с валом представляет собой сумму микроучастков, на которых возникают контактные давления. Система лабиринтных каналов, по которым происходит утечка, физически наиболее близка к системе фильтрации жидкости через слой пористого тела. Предложен метод расчета напряженного состояния набивки путём решения задачи гидроупругости. Получены выражения для вычисления зазора и распределения уплотняемого давления по длине радиального сальникового устройства, а также  протечки через уплотнение. Учтены радиальные и угловые смещения оси вала относительно оси сальниковой коробки, которые приводят к возникновению дополнительных контактных давлений набивки на вал и областей раскрытия контакта набивки с валом, что ведет к увеличению утечек. Стремление их ограничить побуждает обслуживающий персонал увеличивать осевое обжатие набивки, а это приводит к еще большему увеличению местного контактного давления. Предложены конструкции сальниковых устройств с радиально подвижным, самоцентрующимся относительно вала пакетом набивки, обеспечивающие выравнивание контактного давления и повышение ресурса сальникового устройства. Получены выражения для вычисления минимальных значений параллельной и угловой несоосностей, при которых сальниковая коробка под действием центрирующих силы и момента начинает отслеживать радиальные и угловые смещения вала. Радиальная подвижность предотвращает появление областей отрыва набивки от вала и образование пятен контакта с увеличенным давлением.

 

Ключевые слова: сальниковое устройство, механизм герметизации, контактное давление, несоосность, самоцентровка.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Gaft J., Marcinkowski M. A choice of the seal for the shaft of the pump. Proc. Pump users Intern. Forum (29–30 sept. 2004). Karlsruhe, 2004. Р. 37–44.
  2. Марцинковский В. А., Шевченко С. С. Насосы атомных электростанций: расчет, конструирование, эксплуатация: монография / под общ. ред. С. С. Шевченко. Сумы: Универ. кн., 2018. 472 с.
  3. Marzinkovski W., Gaft J., Sсhewtschenko S. Calculation of Flow and Power Losses to Friction in Radial Stuffing Box Seal. Seals and Sealing Technology in Machines and Dewices: proc. IX Intern. Conf. Wroclaw: Polanica Zdroj, 2001. Р. 108–115.
  4. Gaft J. Z., Marzinkovski W. A. Die Untersuchung newer Konstruktionen von radialen und axialen Packungsdichtungen. / X Internationales DichtungsKolloqium Unter-suchung und Anvendung von Dichtelementen. Steinfurt, Germany: Vortrage, 1997. P. 182–205.
  5. Diany M., Bouzid A.-H. Analytical evaluation of stresses and displacements of stuffing-box packing based on a flexibility analysis. Tribology Intern. 2009. Vol. 42. No. 6. P. 980–986.
  6. Diany M., Bouzid A.-H. An experimental-numerical procedure for stuffing-box packing characterization. American Society Mech. Eng. (ASME) pressure vessel and piping division. 2010. Vol. 2. P. 183–189.
  7. Derenne M., Masi V. Predicting gasket leak rates using a laminar-molecular flow model. Proc. of the ASME/JSME, PV. P. Conf., Denver. 2005. Vol. 2. P. 87–96.
  8. Гафт Я. З., Марцинковский В. А., Загорулько А. В. Механизм герметизации и расчет радиальных сальников. Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность компрессорного оборудования: тр. 10-й междунар. науч.-техн. конф. Сумы: Сум. ун-т, 2002. Т. 2. С. 46–57.
  9. Martsinkowsky V., Gaft J., Gawlinsky M. Contemporary Tendencies of the Gland Packings Improvement. Seals and Sealing Technology in Machines and Dewices: proc. VIII-th Intern. Conf. – Wroclaw – Polanica Zdroy, 1998. Р. 15–165.
  10. Kazeminia M., Bouzid A. Analytical and Numerical Evaluation of the Sealing Contact Stress of Different Soft-Packed Stuffing-Box. ASME-Turbo Expo Conf., Vol. 3B: Düsseldorf, Germany, Wind Energy-2004. P. 16–20.
  11. Marzinkovski W., Gaft J., Sсhewtschenko S. Konstruktionen und Berechnung der Dichtungen mit Schwimmringen // Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen: XII Intern. Dichtungskolloquium. 09–10.05.2001. Essen, Vulkan-Verlag, 2001. P. 147–155.

 

Поступила в редакцию 16 марта 2020 г.

Принята в печать