Розглянуто фізичні засади та розроблено сучасні методи розрахунку контактних торцових ущільнень. Описано принцип роботи, методи розрахунку й особливості конструювання безконтактних торцових ущільнень. Представлено сучасні технології та матеріали, що застосовуються під час виробництва торцових ущільнень. Запропоновано напрями удосконалення торцових ущільнень. Проведено аналіз конструкцій та особливості експлуатації торцових ущільнень енергетичних насосів. Виявлено основні причини виходу з ладу та розроблено систему обслуговування та ремонту торцових ущільнень.

Solving the hydroelastic problem by using Ansys System Coupling (Mechanical and CFX) for floating and fixed rings of a deformable annular seal made it possible to analyze the influence of the cylindrical shell thickness, the inlet and outlet edge dimensions, inlet pressure, and shaft radial displacement on the hydrostatic pressure distribution and the clearance value on length, leakages, stress-strain state, and radial force. The analysis of static stability at an inlet pressure of 10 MPa for the basic seal design showed that the static radial force in the range of radial movements of the shaft from 0 to 50 % of the clearance is centering, even though the inlet part of the seal clearance has a confusor, and the outlet part has diffuser form. However, the dynamic coefficients of the fixed sealing ring have a negative value of direct stiffness but positive values of direct and cross-coupled damping and cross-coupled stiffness. Verifying computational 2D and 3D models with experimental results from the literature showed that the maximum relative error does not exceed 10,7 % for the hydrostatic pressure, 18 % for the clearance, and 8,6 % for the leakage value. Simultaneously, according to the trend, all calculated dependencies are identical to the experimental results.

Запропоновано методику моделювання складних ущільнювальних систем відцентрових машин у вигляді алгоритму побудови системи. Зростання одиничних параметрів відцентрових машин вимагає вирішення проблем ефективної герметизації ущільнюваних середовищ. Крім герметизації ущільнювальні системи впливають на вібраційну безпеку обладнання. Для забезпечення функцій герметизації і підвищення динамічної жорсткості роторів відцентрових машин розроблено алгоритм та методику моделювання складних ущільнювальних систем. Наведено приклади моделювання складних ущільнювальних систем роторних машин з великими параметрами. Зазначено, що розробку складних ущільнюючих систем необхідно проводити на основі конфігурації складових ущільнень для досягнення гармонізації між герметизацією і вібраційною надійністю.

The article is devoted to creating a refined computer model of the face packing seal (FPS) based on the solution of the two-way fluid-structure interaction (2-way FSI) problem. An approach to the average gap was proposed based on the micro-space's working medium leakage between the friction pair's roughness elements. Three FPS designs were studied, in which the following operating parameters were alternately changed: inlet pressure, load factor, stuffing box parameters, and friction coefficient. Young's modulus, Poisson's ratio, and the thickness of the annular plate at the bottom of the stuffing box were also changed. The model was created considering the actual geometry of the FPS. The shaft rotation was considered by applying the rotation condition on the wall of the fluid model. The calculation was carried out using the ANSYS Multiphysics software. The results of the calculations were presented in the form of graphic dependences with a comparison of the hydrostatic and contact pressure distributions over the friction pair width. The values of the magnitudes of leakage from the changing parameters were presented. Based on the obtained results, an optimal combination of parameters was evaluated for the most efficient design of the FPS.

Із ростом параметрів обладнання, таких як тиск ущільнюваного середовища та швидкість обертання ротора, зростають і проблеми, пов'язані з забезпеченням ефективності його герметизації. Крім власне герметизації системи ущільнення впливають на загальну експлуатаційну безпеку обладнання, особливо вібраційну. Щілинні ущільнення розглянуто як гідростатодинамічні опори, здатні ефективно демпфувати коливання ротора. Для визначення динамічних характеристик розглянуто моделі щілинного ущільнення та однодискових роторів із щілинними ущільненнями. Наведено отримані аналітичні залежності для розрахунку динамічних характеристик гідромеханічної системи ротор - ущільнення, що описують радіально-кутові коливання ротора відцентрової машини в щілинних ущільненнях, а також формули для розрахунку амплітудних частотних характеристик. Наведено приклад розрахунку динамічних характеристик однієї з моделей ротора відцентрової машини.

Із зростанням параметрів обладнання, таких як тиск ущільнюваного середовища і швидкість обертання ротора, зростають і проблеми, пов'язані із забезпеченням ефективності його герметизації. Крім власне герметизації системи ущільнення впливають на загальну експлуатаційну безпеку обладнання, особливо вібраційну. Щілинні ущільнення розглядаються як гідростатодинамічні опори, здатні ефективно демпфувати коливання ротора. Для визначення динамічних характеристик розглянута модель системи ротор - щілинні ущільнення, моделі однодискових роторів, розрахункова схема щілинного ущільнення з рухомою втулкою. Наведено отримані аналітичні залежності для розрахунку динамічних характеристик гідромеханічної системи, що описують радіально-кутові коливання ротора відцентрової машини в щілинних ущільненнях, а також формули для розрахунку амплітудних частотних характеристик. Наведено приклад розрахунку динамічних характеристик однієї з моделей ротора відцентрової машини.

Розроблено структурну схему торцового ущільнення як динамічної системи, яка дає уявлення про взаємодію основних її елементів. Запропоновано методи розрахунку навантажень в парі тертя торцового ущільнення, протікання ущільнюваної рідини, втрат потужності на тертя в торцовій парі, а також деформацій кілець ущільнень. Це дозволяє враховувати експлуатаційні фактори, що впливають на роботу ущільнення, на етапі їх проектування.

Побудовано фізичну модель імпульсного торцевого ущільнення як системи автоматичного регулювання торцового зазору та протікання. Вивчено вплив параметрів імпульсного ущільнення на його статичні характеристики. Проведений аналіз статичних характеристик надав можливість виявити вплив конструктивних параметрів імпульсного ущільнення на величину торцового зазору та витоків ущільнюваної рідини. Зроблено висновки про вплив коефіцієнта навантаження та зусилля попереднього стиснення пружин на статичні характеристики імпульсного ущільнення. Статичний розрахунок надає можливість визначити коефіцієнт гідростатичної жорсткості, умови статичної стійкості, діапазон допустимих ущільнюваних тисків. Визначено фактори, що впливають на динамічні характеристики ущільнення. Проведено оцінку розмірних значень амплітуд вимушених осьових коливань кільця на будь-якій частоті обертання. Отримано вирази амплітудних і фазових частотних характеристик, що надають можливість виявити небезпечні області частот обертання та підібрати параметри ущільнення так, щоб амплітуди вимушених осьових коливань кільця не виходили за межі динамічної стійкості. Виявлено, що область стійкості розширюється за рахунок зменшення обсягу камер і зменшення коефіцієнта гидростатичної жорсткості. Запропоновано методику аналітичного розрахунку імпульсних торцових ущільнень, що надає можливість розраховувати геометрію ущільнення на етапі його проектування. Наведено приклад інженерного розрахунку імпульсного торцового ущільнення, а також конструкцію вузла ущільнення, спроектованого за запропонованою методикою.

Розроблено моделі механізму герметизації для сальникових ущільнень з радіально деформованим і радіально рухомим корпусом та торцових сальникових ущільнень, що характеризують основні особливості їх роботи. Визначено напрямки удосконалення конструкції ущільнення, які усувають нерівномірність контактного тиску набивки на вал. Запропоновано аналітичні залежності для розрахунку нових конструкцій ущільнень. Наведено приклад промислової експлуатації вдосконаленої конструкції сальникового ущільнення.

Описаны методы моделирования, расчета и конструирования уплотнительных систем роторов центробежных машин. Приведены физические основы, моделирование, расчёт и конструирование сальниковых уплотнений, механических торцовых уплотнений и бесконтактных торцовых уплотнений. Рассмотрены конструкции, модели и методы расчета щелевых уплотнений, а также анализ их влияния на вибрационное состояние роторов центробежных машин. Описаны принцип работы, конструкции, модели и расчет специальных щелевых уплотнений. Представлено моделирование устройств уравновешивания осевых сил, действующих на ротор, и рассмотрено влияние происходящих в них процессов на вибрационное состояние центробежных машин. Приведены схемы и конструкции сложных уплотнительных систем. Раскрыты аспекты создания центробежных машин, вопросы герметичности и вибрационной надежности.

Представлены механизм работы и изнашивания сальниковых уплотнений. Приведены результаты аналитических и экспериментальных исследований физической модели и характеристик процесса герметизации. Предложены методики расчёта сальниковых уплотнений. Разработана классификация конструкций сальниковых уплотнений и направления их усовершенствования. Описаны новые конструкции сальниковых уплотнений с повышенными ресурсом и надежностью, включая расчет и проектирование торцовых сальниковых уплотнений. Приведены результаты ресурсных и промышленных испытаний усовершенствованных конструкций, а также технико-экономические аспекты эксплуатации сальниковых уплотнений.

Мета роботи - обгрунтування оптимального значення величини тиску підпірного газового середовища, що забезпечить мінімальні витоки рідинного середовища через стик клапанного ущільнення. За об'єкт досліджень обрано електрогідропневмоклапан двосторонній (ЕГКД). Визначено силові фактори, викликані діями підклапанного тиску, надклапанного тиску та зусиллям привідної пружини. Враховуючи складність розрахункового визначення цих силових впливів середовищ, розроблено методику експериментального визначення сумарного зусилля герметизації клапанного ущільнення. Розроблено цю методику як для в'язкісного, так і для молекулярного режимів витоків герметизованого середовища. Використовуючи визначені зусилля герметизації клапанного ущільнення, проведено серії експериментальних випробувань ЕГКД на здатність герметизувати рідинне середовище за змінними значеннями тисків підпірного газового середовища. Визначено залежність оптимального значення протитиску газового середовища від комплексу конструктивних параметрів клапанного ущільнення, а також від напружено деформованого стану контактуючих елементів ущільнення. Отримано вираз, за яким визначається оптимальне значення протитиску газового середовища. Аналіз збіжності результатів експериментальних і розрахункових досліджень значень еквівалентного гідравлічного діаметра мікроканалу вказує на можливість застосування запропонованої моделі процесу герметизації металополімерних клапанних ущільнень для забезпечення їх працездатності в експлуатаційних умовах. Запропонована модель процесу герметизації клапанного ущільнення та методика випробувань на герметичність із високою ймовірністю гарантує мінімальні витоки через подібні ущільнення. Результати досліджень надають можливість визначати капілярний тиск у стику герметизуючих поверхонь ущільнення, а також визначати еквівалентний гідравлічний діаметр мікроканалу, через який відбуваються витоки герметизованого середовища.

Мета роботи - обгрунтування оптимального значення величини тиску підпірного газового середовища, що забезпечить мінімальні витоки рідинного середовища через стик клапанного ущільнення. За об'єкт досліджень обрано електрогідропневмоклапан двосторонній (ЕГКД). Визначено силові фактори, викликані діями підклапанного тиску, надклапанного тиску та зусиллям привідної пружини. Враховуючи складність розрахункового визначення цих силових впливів середовищ, розроблено методику експериментального визначення сумарного зусилля герметизації клапанного ущільнення. Розроблено цю методику як для в'язкісного, так і для молекулярного режимів витоків герметизованого середовища. Використовуючи визначені зусилля герметизації клапанного ущільнення, проведено серії експериментальних випробувань ЕГКД на здатність герметизувати рідинне середовище за змінними значеннями тисків підпірного газового середовища. Визначено залежність оптимального значення протитиску газового середовища від комплексу конструктивних параметрів клапанного ущільнення, а також від напружено деформованого стану контактуючих елементів ущільнення. Отримано вираз, за яким визначається оптимальне значення протитиску газового середовища. Аналіз збіжності результатів експериментальних і розрахункових досліджень значень еквівалентного гідравлічного діаметра мікроканалу вказує на можливість застосування запропонованої моделі процесу герметизації металополімерних клапанних ущільнень для забезпечення їх працездатності в експлуатаційних умовах. Запропонована модель процесу герметизації клапанного ущільнення та методика випробувань на герметичність із високою ймовірністю гарантує мінімальні витоки через подібні ущільнення. Результати досліджень надають можливість визначати капілярний тиск у стику герметизуючих поверхонь ущільнення, а також визначати еквівалентний гідравлічний діаметр мікроканалу, через який відбуваються витоки герметизованого середовища.

Запропоновано вдосконалену математичну модель імпульсного ущільнення, яка використовує гібридний підхід в розрахунках характеристик та надає змогу прогнозувати роботу за нештатних режимів експлуатації.

Індекс рубрикатора НБУВ: К441.26 + О71-082.1/9

Рубрики:

Ущільнення деталей машин

Магістральні трубопроводи (магістральний трубопровідний транспорт)

Шифр НБУВ: Ж28588 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Описана будова торцевого ущільнення підвищеної герметичності з канавкою на торці обертового кільця у вигляді спіралі Архімеда і принцип його роботи. Розглянутий рух рідини, яка хоче проникнути через стик обертового та необертового кілець торцевого ущільнення із герметичної камери назовні, і повернення її назад у герметичну камеру. На основі аналітичних і графічних залежностей, отриманих за допомогою комп'ютерного моделювання, зроблений висновок про умови роботоздатності запропонованого торцевого ущільнення.

Проведено дослідження трибологічних характеристик механічних ущільнень залежно від розміру та розподілу пор вздовж радіуса ущільнювача. Результати показують, що введення мікропор на поверхню ущільнювача може зменшити тертя. Показано, що антифрикційний ефект також тісно пов'язаний з розподілом мікропор ущільнювач. Коефіцієнт тертя є найменшим, коли діаметр пор збільшується поступово уздовж радіуса ущільнювача від центру назовні, в той час як розподіл пор за розміром вздовж радіуса ущільнювача мало впливає на його антифрикційні механічні властивості. Результати можуть бути використані для оптимального проектування механічних ущільнень з мікропорами.

Предложен способ нахождения эпюры давления в торцевом зазоре импульсного уплотнения с помощью численного метода граничных элементов. Решение поставленной задачи данным методом позволило отказаться от традиционных схем дискретизации области поиска решения дифференциального уравнения и, перейдя к интегральному уравнению для границы области, получить легко реализуемый на компьютере алгоритм численного нахождения величины давления в заданных точках области.

Вирішено науково-практичне завдання створення за рахунок гідродинамічного розвантаження пари тертя нових конструкцій торцевих сальникових ущільнень, що можуть використовуватися для ущільнення валів відцентрових насосів загальнопромислового призначення. Проведено експериментальні дослідження та ефективність нових конструкцій торцевих сальникових ущільнень з гідродинамічним розвантаженням пари тертя. Експериментально встановлено трибомеханічні властивості сальникової набивки. Розроблено методику числового розрахунку задачі пружногідродинамічного змащення торцевого сальникового ущільнення з гідродинамічним розвантаженням пари тертя, результати розрахунку добре узгоджується з одержаними результатами експериментальних досліджень.

Уточнено робочий процес та методики розрахунку лабіринтних ущільнень, що дозволяє підвищити їх ефективність, надійність, економічність та термін служби. Одержано візуалізації течії, запропоновано поелементний підхід щодо опису робочого процесу в ущільненні, що полягає в його розгляді як суми отворів з індивідуальними характеристиками. Цей підхід надає змогу встановити наявність аномальних явищ у проточній частині багатощілинного лабіринтного ущільнення у вигляді флуктуацій параметрів течії - одночасно існуючих зон із різними режимами вихрової течії. Одержано графічні та аналітичні залежності впливу різних параметрів на характеристики ущільнення; уточнено існуючі методики розрахунку з урахуванням факторів, раніше не врахованих; розраховано коефіцієнти окремих видів втрат методом ідентифікації математичної моделі ущільнення. Проведено порівняльний аналіз щодо впливу властивостей газів. Визначено ряд нових та уточнено відомі дані щодо вибору геометрії лабіринтних ущільнень, запропоновано збільшення геометричного об'єму розширювальних камер за ходом течії.