ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Торцовое уплотнение вала из "Главные циркуляционные насосы АЭС Изд.2" В связи со сложностью процессов, сопровождающих работу уилотмяютих поверхностей, пока нет единой теории, которая позволяла бы с доста очной точностью получать расчетным путем необходимые параметры и характеристики уплотнения, в частности распределение давления и коэффициент трения в зазоре, расход запирающей жидкости, температурный режим уплотняющих поверхностей, скорость их износа [34—38]. Поэтому при создании новых торцовых уплотнений приходится ориентироваться главным образом на экспериментальную отработку. Проводимые при проектировании расчеты [39—41] позволяют лишь с некоторой определенностью наметить основные размеры элементов уплотнения. Целесообразно упомянуть только об одном, наиболее характерном параметре торцовых уплотнений — коэффициенте нагруженности, от значения которого в большой степени зависят надежность и ресурс уплотнения. Коэффициент нагруженности к определяет баланс сил, удерживающих уплотняющий стык в закрытом состоянии, и равен отношению среднего давления в зазоре к давлению уплотняемой среды. На практике обычно предпочитают определять /г как отношение гидравлически неуравновешенной площади а уплотняющих элементов к площади контакта Ь (рис. 3.32). При заданной ширине поясков необходимую степень нагруженности можно получить, изменяя диаметр установки вторичного уплотняющего элемента. Его нужно располагать так, чтобы давление среды р помогало уменьшению торцового зазора, иначе уплотняющий стык может раскрыться. [c.92] По ширине рабочего зазора, а также по принципу его поддержания торцовые уплотнения делят на гидростатические и гидродинамические. [c.93] В гидростатическом уплотнении благодаря тщательно сбалансированному соотношению между геометрическими размерами уплотняющих поверхностей и давлениями, действующими в зоне уплотняющего стыка, поддерживается постоянный рабочий зазор 10—30 мкм. Сравнительно большие протечки (0,5—1,5 мVч) через торцовый зазор позволяют более уверенно прогнозировать вид эпюры давления в зазоре, что облегчает балансировку сил, действующих в осевом направлении на уплотняющие элементы. Протечки, кроме того, интенсивно отводят тепло, выделяющееся при трении, что уменьшает температурные градиенты, а следовательно, и термические деформации. Благодаря отсутствию износа от истирания уплотняющих элементов облегчается выбор материалов для них. [c.93] В гидродинамическом уплотнении зазор между уплотняющими поверхностями существенно меньше, чем в гидростатическом (единицы и даже доли микрометра). Гидродинамический клин в уплотняющем стыке образуется за счет микронеровностей и волнообразной деформации (несколько микрометров) уплотняющих поверхностей,- возникающей в зоне трения вследствие разницы температур между элементами уплотнения. Поэтому такие уплотнения иногда называют термодинамическими. Для облегчения условий возникновения гидродинамического клина на уплотняющей поверхности рядом с рабочим пояском можно предусмотреть гидродинамическую ступень, выполняющую функции осевого подшипника, но, конечно, не подменяющего последний. Не участвуя непосредственно в создании уплотняющего контакта, гидродинамическая ступень облегчает условия работы плоского уплотняющего пояска, снижая трение и выделяемое тепло, что в целом благоприятно сказывается на работе уплотнения, повышает его надежность и долговечность. [c.95] Основные трудности при создании торцового гидродинамического уплотнения — сохрание плоскопараллельной формы уплотнительной щели при рабочих условиях, поддержание контактного давления на рабочей поверхности, которое устраняло бы утечку, но не приводило бы к полному выдавливанию жидкости из зазора и износу, а также сведение к минимуму количества тепла, выделяющегося при трении. Малая ширина зазора и, следовательно, малые протечки через него приводят к тому, что даже очень небольшие угловые деформации (силовые и термические) резко изменяют вид эпюр давления в уплотняющем зазоре. Балансировка осевых сил с целью подобрать минимально необходимое усилие прижатия уплотнительных элементов друг к другу, которое исключило бы их раскрытие, становится весьма затруднительной. Попытки заменить балансировку сил заданием такого большого осевого усилия прижатия, чтобы уплотнение не раскрылось при любых деформациях уплотнительного стыка, к успеху, как правило, не приводили. Б этих условиях наблюдался интенсивный износ уплотняющих поверхностей, чаще всего неравномерный, который вызывал преждевременный выход уплотнения из строя вследствие перегрева или полного износа уплотняющих поясков [42]. Кроме того, ввиду неравномерного износа уплотнение, проработавшее некоторое время при определенных давлении и температуре, резко меняло свои характеристики при смене режимов, вплоть до раскрытия уплотняющего стыка. Теплоотвод в гидродинамических уплотнениях также затруднен из-за малой протечки, что в нестабилизированной конструкции может привести к появлению недопустимых термических деформаций вследствие повышенного тепловыделения. Все это служит причиной того, что в ГЦН в качестве уплотнений вала используются до сих пор в основном торцовые гидростатические уплотнения. И все же надо признать, что последние так же, как когда-то уплотнения плавающими кольцами, исчерпали свои возможности. [c.96] Эксперименты подтвердили возможность создания торцового гидродинамического уплотнения, длительно работающего при перепаде давления до 10 МПа с протечками 1 —10 л/ч. Износ при этом не превышает 3—4 мкм за несколько тысяч часов работы. С учетом изложенного при конструировании такого уплотнения для ГЦН реактора РБМК было принято двойное торцовое уплотнение (рис. 3.34) [45]. В насос и наружу давление срабатывается на одной ступени, каждая из которых способна работать при перепаде от О до 10 МПа. Запирающая вода при давлении 9 МПа подается в полость высокого давления. Часть ее через нижнюю (контурную) ступень проходит в насос, а другая часть через верхнюю (атмосферную) сливается в специальную емкость. Контактные кольца 5 и образующие уплотняющий стык, выполнены из силицированного графита. Для обеспечения требуемого температурного режима в корпус уплотнения встроены два холодильника 7 и Р. Один из них отводит тепло, идущее от основного контура по валу насоса, а второй — возникающее в трущихся элементах уплотнения. Конструкция уплотнения выполнена таким образом, что при прекращении подачи уплотняющей воды оно автоматически переходит в режим работы на контурной воде. Мощности встроенных холодильников в этом случае достаточно для поддержания температуры уплотнения в заданных пределах, поэтому время работы ГЦН в таком режиме неограниченно. Уплотнение собирается в корпусе 2, и монтаж его в ГЦН осуществляется единым блоком, что дает возможность оперативно проводить замену или ремонт уплотнения (рис. 3.35). Кроме того, блок отдельно можно испытать на стенде, чтобы убедиться в его исправности . [c.98] Ниже приводятся некоторые рекомендации, которые полезно учитывать при проектировании гидродинамических уплотнений с минимальными протечками. [c.98] Вернуться к основной статье