Уплотнительные решения. Лабиринтное уплотнение Методика градуировки лабиринтного уплотнения
Традиционно, в машинах и аппаратах широко используются бесконтактные устройства - лабиринтные уплотнения, помещенные между перемещающимися друг относительно друга двумя или более частями. Они состоят из ряда узких щелей, чередующихся с расширенными камерами. Такое уплотнение наиболее часто используется для герметизации пространства между стационарным корпусом и вращающимся валом.
Вал рабочего органа аппарата или машины с приводом, расположенным вне рабочего объема, снабжают лабиринтным уплотнением, которое надежно работают при достаточно высоких температурах. Оно предотвращают утечку жидкости (смазки) или рабочей среды (пар или газ), обеспечивает вращение на высоких скоростях, при этом исключается загрязнение окружающей среды за счет утечки рабочей среды. Для снижения подсоса в аппаратах (грануляторы, сушилки, печи, кристаллизаторы), работающих под небольшим разряжением, также используют лабиринтные уплотнения. В результате достигается изолирование рабочего пространства от внешней среды, предотвращается подсос атмосферного воздуха.
Лабиринтные уплотнения способны работать при высоких температурах и любых скоростях. В техническом плане они очень сложны, как в изготовлении, так и монтаже. В качестве уплотнения вала эти устройства применяются в газовых турбинах (в реактивных двигателях), паровых турбинах на электростанциях или на крупнотоннажных химических производствах, где тепло, выделяемое в результате химических реакций, используется для выработки пара высокого давления, энергия которого приводит в действие турбоагрегаты. Особый случай - использование уплотнений данного типа в шпиндельных двигателях, которые при работе достигают нескольких сот тысяч оборотов в минуту. Решающее преимущество - экстремально низкое трение, в результате которого возможно повышенное число оборотов.
Различают лабиринтные уплотнения ступенчатые и прямоточные. Уплотняющее действие основано на создании минимально возможного зазора сложной конфигурации между неподвижными и вращающимися деталями. Преимуществом лабиринтных уплотнений перед другими типами являются:
Неизнашиваемость деталей;
Внутреннее трение смазки достаточно мало;
Нет ограничения для окружных скоростей вала;
Простота эксплуатации.
Материал уплотнений выбирают в зависимости от назначения машин и аппаратов и условий их эксплуатации, главными из которых являются агрессивность среды, температура, давление, вязкостно-текучие характеристики рабочей среды и конструктивные особенности самого устройства. Лабиринтные уплотнения изготавливают из стали и алюминия с применением специальной и очень сложной технологии (включая процессы литья под давлением и другие), благодаря которой, достигается абсолютная конструкционная точность и гладкость уплотняющих поверхностей. В результате обеспечивается максимальная производительность (скорость вращения).
Некоторые виды лабиринтных уплотнений изготавливаются из высококачественных и высокопрочных пластмасс. Получаются устройства, отличающиеся высокой химической стойкостью к множеству веществ, бактерий и грибков. Это их качество имеет особую ценность для пищевой промышленности и производств потребительских товаров. Также они отличаются высокой коррозионной стойкостью к воздействию воды.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лабиринтные уплотнения
1. Введение
2. Диагностика
3. Ремонтно-техническое обслуживание
3.1 Дефектоскопия
3.2 Ремонт
3.3 Сборка
4. Заключение
1. Введение
Лабиринтовые (расходные) уплотнения используются в конструкции ЦБН. Лабиринтовые (расходные) уплотнения - одни из наиболее широко распространённых видов уплотнений. Для газоперекачивающих агрегатов лабиринтовые уплотнения являются основным видом уплотнений.
Лабиринтное уплотнение - бесконтактное устройство между двумя или несколькими деталями, находящимися в движении одна относительно другой. Состоит из ряда чередующихся узких щелей (зазоров) и расширительных камер. Наиболее часто применяется для уплотнения пространства между вращающимся валом и неподвижным корпусом. Лабиринтное уплотнение характеризуется простотой конструкции, высоким ресурсом, возможностью работы при высоких скоростях и высоких температурах. Конструкция конкретного уплотнения определяется условиями работы (окружная скорость, перепад давления), конструктивно - компоновочными ограничениями и технологическими возможностями изготовителя.
Принцип работы лабиринтного уплотнения заключается в следующем (рис. 1).
Рис. 1 Принцип работы лабиринтных уплотнений.
При перетекании газа через первую кольцевую щель возникает большая скорость, которая в кольцевой камере падает почти до нуля. В камере устанавливается давление, пониженное по сравнению с давлением в полости А в результате потерь на вихреобразование в зазоре. Так как удельный объем газа в камере больше удельного объема в полости А, а количество перетекающего в единицу временигаза в силу неразрывности потока такое же, то скорость во второй кольцевой щели должна быть выше, чем в первой, а в каждой последующей щели выше, чем в предыдущей. Вследствие этого перепад давления между смежными камерами возрастает от ступени к ступени. При высоких перепадах давления и большом числе ступеней в одной из щелей может установиться критический перепад давления; скорость газа достигает скорости звука. Все последующие ступени в таком уплотнении излишни, так как они не уменьшают критической величины истечения, равной произведению скорости звука на площадь сечения щели. Число ступеней лабиринтного уплотнения определяется термодинамическим расчетом. Лабиринтное уплотнение не может полностью исключить истечение газа. Напротив, непрерывное движение газа вдоль лабиринта лежит в основе принципа действия лабиринта и является непременным условием его функционирования. Лабиринт может только ослабить поток газа через уплотнение.
Лабиринтные уплотнения различаются как по форме (рис. 2), так и по способу крепления гребешков в корпусах (рис. 3).
Рис. 2. Формы лабиринтных уплотнений
Рис. 3. Способы крепления гребешков в корпусах
На ЦБН типа 650-21-2 производства ЧКД установлено 6 лабиринтовых уплотнений (рис.4):
· два концевых уплотнения ротора (поз.V, VI);
· уплотнение думмиса (поз. IV);
· два уплотнения на входе в рабочие колёса (поз. I и II);
· уплотнение между выходом первого колеса и входом второго (поз. III).
Рис. 4. Лабиринтные уплотнения ЦБН типа 650-21-2.
Конструкция всех шести уплотнений однотипна, различия касаются рабочих диаметров, количества усов и геометрии смежной поверхности. Лабиринтное уплотнение состоит:
· два сегмента уплотнения (установлены в верхней и нижней половине пакета ЦБН). Сегменты заводятся в пазы пакетов, и фиксируются винтами;
· усы уплотнения, разделяющие камеры торможения, вставляются в проточки сегментов и расчеканиваются;
· роторная втулка (уплотнения установленные между входом и выходом рабочих колёс работают непосредственно с шейками покрывающих дисков рабочих колёс). Геометрия рабочей поверхности втулки может быть различной, на концевых уплотнениях ротора применена гладкая втулка, в остальных уплотнениях использованы втулки с серией проточек по рабочей поверхности. На шейках покрывающих дисков рабочих колёс работающих с уплотнениями так же выполнены проточки.
В процессе эксплуатации происходит постепенное увеличение рабочего зазора, возможны замятие уплотнительных гребней, вырывы отдельных участков уплотнительных гребней и т. д.
Повреждение лабиринтных уплотнений происходит по следующим причинам:
· из-за осевого сдвига ротора, превышающего осевой зазор;
· вибрации ротора с амплитудой колебания больше установленного зазора;
· недостаточной величины зазоров в уплотнениях;
· неудовлетворительной запрессовки гребней в пазах обоймы;
· небрежной укладки ротора или установки верхней крышки.
В результате увеличивается сечение рабочего зазора, что значительно снижает эффективность уплотнения. При увеличении рабочего зазора на 1мм коэффициент технического состояния нагнетателя снижается на величину до 3 %.
2. Диагностика
Как следует из вышеприведённых данных, низкая эффективность уплотнений в значительной степени сказывается на техническом состоянии центробежных нагнетателей. Основным методом диагностирования, позволяющим косвенно оценить изменение состояния лабиринтовых уплотнений, является параметрическая диагностика. Неудовлетворительное состояние любого уплотнения отразится на КПД ЦБН и соответственно снижении развиваемого напора и повышении температуры газа на выходе ЦБН при равных режимах работы, поскольку приведёт к увеличению перепуска газа с выхода на вход ЦБН. Ухудшение состояния уплотнения думмиса, приведёт к снижению эффективности думмиса, как следствие к увеличению усилия ротора на упорный подшипник ЦБН, что в первую очередь отразится на температуре колодок и масла смазки сливаемого с упорного подшипника. При соблюдении режимов эксплуатации снижение эффективности уплотнений происходит плавно и в течении значительного периода времени. Значительное ухудшение эффективности лабиринтовых уплотнений в течении короткого промежутка времени может произойти при эксплуатации ЦБН на нерасчётных режимах, например помпаж, который зачастую приводит к смятию или разрушению уплотняющих усов. Следует отметить, что относительно быстротечное снижение эффективности лабиринтовых уплотнений может быть вызвано неудовлетворительной очисткой технологического газа, что способствует заносу камер торможения уплотнений технологическими отложениями.
Ослабление посадок роторных втулок на роторе, сегментов в пакете приведёт к биению втулок на роторе и задеваниям ротора о сегменты, что в свою очередь отразится на вибрационной картине агрегата.
3. Р емонтно-техническое обслуживание
Для оценки технического состояния лабиринтовых уплотнений и проведения ремонтных работ необходимо:
1. демонтировать основной маслонасос;
2. демонтировать картеры переднего и заднего подшипников и трубную обвязку;
3. демонтировать торцевую крышку ЦБН;
4. вынуть пакет ЦБН и произвести разборку пакета. При этом ротор остаётся в постелях подшипников в нижней половине пакета.
3.1 Дефектоскопия
Перед проведением дефектоскопии узлы и детали уплотнений моются и очищаются от технологических загрязнений.
Основным методом оценки технического состояния лабиринтных уплотнений является визуально-измерительный контроль (ВИК). Порядок проведения ВИК при оценке состояния уплотнений следующий:
1. Общий осмотр уплотнений на предмет:
· наличия и целостности всех элементов уплотнения: оба сегмента уплотнения, усы, фиксирующие винты, роторные втулки;
· контроль геометрии (наличие вмятин, изгибов и т. д.);
· контроль сплошности металла (задиры, трещины, вырывы и т. д.);
2. Проводится замер зазоров между усами уплотнений и смежными поверхностями роторных втулок. При этом ротор должен лежать в пакете в постелях подшипников. В нижней половине пакета замер проводится по плоскости разъёма с обеих сторон ротора с использованием щупов. Замер зазоров в верхней половине пакета производится по оттискам на пластинах свинца с закрытием и обтяжкой пакета.
Таблица №1 величины допустимых зазоров в уплотнениях ЦБН типа 650-21-2 согласно рис.4
На основании сравнения результатов замеров зазоров с предельно допустимыми принимается решение о необходимости проведения и объёме ремонта.
3. При подозрении на наличие трещин в отдельных элементах уплотнения (роторные втулки, сегменты) используются другие методы дефектоскопии. Выбор конкретного метода определяется контролируемой деталью (материал, геометрия), характером предполагаемого дефекта (поверхностный, внутренний, размер дефекта и т. д.) и имеющимися возможностями. Наиболее часто применяются следующие методы дефектоскопии:
· ультразвуковая;
· капиллярная;
· магнитопорошковая;
· токовихревая;
· радиационная.
3.2 Ремонт
Как показывает практика и в соответствии со спецификой конструкции наибольшему износу подвергаются гребешки (усы) уплотнений, соответственно ремонт лабиринтных уплотнений, как правило, сводится к замене усов.
При выявлении замятых усов производится правка.
Замену уплотнительных усов можно разделить на четыре операции:
1. удаление из сегментов усов с дефектами, рабочими зазорами превышающими максимально допустимое значение;
2. подготовка пазов для установки новых усов;
3. установка новых усов;
4. мех. обработка установленных усов с целью приведения рабочего зазора в норму согласно ремонтного формуляра.
Усы из пазов сегментов удаляются с использованием ручного слесарного инструмента. Для установки новых усов, как правило, в местах чеканки требуется доработка пазов с целью приведения ширины паза в норму. Обработка паза осуществляется ручным слесарным инструментом с контролем ширины по новому усу. В обработанном пазе проверяется прилегание уса по наружному диаметру к сегменту, при необходимости корректируется радиус изгиба уса.
После выполнения всех вышеописанных подготовительных операций усы поочерёдно вкладываются в пазы и расчеканиваются. На сегментах с установленными усами обрабатываются места сопряжения усов в горизонтальной плоскости на верхнем и нижнем сегменте с обеспечением минимального зазора. Сегменты с заменёнными и подогнанными по сопряжениям усами устанавливаются в пакет, после чего проверяются рабочие зазоры. При снижении зазоров ниже минимально допустимых сегменты демонтируются, и соответствующие усы обрабатываются в токарном станке на необходимую величину. После механической обработки проводится повторный контроль рабочих зазоров. При удовлетворительном результате уплотнение считается пригодным к дальнейшей эксплуатации.
3.3 Сборка
После выполнения ремонта сегменты уплотнения устанавливаются в соответствующие пазы пакета ЦБН и фиксируются винтами. При установке сегментов обеспечивается совпадение плоскостей разъёма сегмента и соответствующей половины пакета. После установки всех сегментов уплотнений в нижнюю половину пакета укладывается ротор, после чего пакет закрывается верхней крышкой и окончательно собирается.
деталь уплотнение центробежный насос
4. Заключение
В заключении хотелось-бы отметить более чем значительное влияние состояния лабиринтных уплотнений на общие показатели ЦБН, хотя они и не являются основными составляющими нагнетателя и выполняют вспомогательную функцию по снижению нежелательного перетока газа. Ремонт лабиринтных уплотнений является одной из простых и наименее затратных операций, но позволяющий значительно повысить показатели агрегата.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общие элементы уплотнений различных типов. Рабочая, окружающая и разделительная среда. Уплотнительные элементы и уплотнительные устройства, используемые для герметизации соединений. Основные факторы, которые влияют на работоспособность уплотнения.
лекция , добавлен 24.12.2013
Исследование зависимостей напряженности магнитного поля от параметров конструктивных элементов. Разработка конструкции магнитожидкостного уплотнения для поворотного вращающегося контактного устройства. Количество, форма и геометрические параметры зубцов.
дипломная работа , добавлен 09.11.2016
Подбор и регулирование центробежных насосов водоснабжения с водонапорной башней при экономичном режиме работы насосной станции. Исследование параллельного и последовательного включений одинаковых насосов и определение оптимальной схемы их соединения.
контрольная работа , добавлен 20.02.2011
Технологические трубопроводы на НПС "Кириши". Неисправности центробежных насосов, способы устранения. Направление потока в уплотнительном кольце типа угольника. Контроль работоспособности узлов и деталей насосов. Послеремонтный диагностический контроль.
курсовая работа , добавлен 10.05.2015
Установление закономерности уплотнения и деформации пористой порошковой заготовки при ее горячей штамповке в жесткой матрице. Обобщение способов горячего квазиизостатического прессования порошковых материалов. Процесс прессования порошковых заготовок.
лабораторная работа , добавлен 19.06.2012
Принцип работы поршневого насоса, его устройство и назначение. Технические характеристики насосов типа Д, 1Д, 2Д. Недостатки ротационных насосов. Конструкция химических однопоточных центробежных насосов со спиральным корпусом. Особенности осевых насосов.
контрольная работа , добавлен 20.10.2011
Технология ремонта центробежных насосов и теплообменных аппаратов, входящих в состав технологических установок: назначение конденсатора и насоса, описание конструкции и расчет, требования к монтажу и эксплуатации. Техника безопасности при ремонте.
дипломная работа , добавлен 26.08.2009
Анализ существующих конструкций центробежных насосов для перекачки воды отечественного и зарубежного производства. Расчет проточного канала рабочего колеса, вала центробежного насоса, на прочность винтовых пружин. Силовой расчет торцового уплотнения.
курсовая работа , добавлен 07.11.2014
Принцип работы и назначение гидропривода, сферы его использования и порядок составления принципиальной гидравлической схемы. Ориентировочно-энергетический расчет, выбор оборудования и уплотнения. Определение энергетических потерь, пути их уменьшения.
дипломная работа , добавлен 13.03.2010
Центробежные насосы и их применение. Основные элементы центробежного насоса. Назначение, устройство и техническая характеристика насосов. Капитальный ремонт центробежных насосов типа "НМ". Указания по дефектации деталей. Обточка рабочего колеса.
Изобретение относится к уплотнениям подшипниковых и шарнирных узлов. Лабиринтное уплотнение содержит уплотнительное кольцо прямоугольного сечения из конструкционного полимерного материала, зафиксированное от радиального смещения на одной из деталей пары вращения - валу или корпусе и установленное торцовыми поверхностями по посадке скольжения в радиальную прямоугольного сечения канавку другой детали пары вращения. Радиальная канавка выполнена глубиной t=2÷2,2 с, где с - толщина кольца. Изобретение повышает герметичность уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к уплотнению пар вращения (вал - корпус, подшипники скольжения и качения, шарниры и т.п.) и может быть использовано в общем и специализированных отраслях машиностроения, преимущественно для уплотнения подшипниковых и шарнирных узлов.
Известно лабиринтное уплотнение, выполненное в виде составной лабиринтной втулки с крышками [А.Г.Комиссар. Уплотнительные устройства опор качения. М., Машиностроение, 1980, с.37, рис.196].
Недостатками указанного решения является сложная конструкция ввиду наличия в конструкции одного уплотнения увеличенного количества (не менее трех) деталей, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления и сборки узла.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является лабиринтное уплотнение, состоящее из упругих круглого сечения уплотнительных колец, посаженных на вал с натягом и установленных с зазором по периметру в прямоугольного сечения радиальные канавки в корпусе, составляющем пару вращения с валом .
Недостатком данного уплотнения является недостаточная герметичность ввиду наличия больших зазоров в соединении его деталей. Такое уплотнение по условию его сборки может быть выполнено только при изготовлении упругих колец из материала типа резины.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение герметичности уплотнения.
Поставленная задача решается тем, что в лабиринтном уплотнении, содержащем зафиксированное от радиального смещения на одной из деталей пары вращения и входящее в радиальную канавку прямоугольного сечения в другой детали пары вращения уплотнительное кольцо из конструкционного полимерного материала выполнено прямоугольного сечения и установлено в радиальную канавку торцовыми поверхностями по посадке скольжения, при этом глубина канавки t=1-2,2 с, где с - толщина кольца. Одна из деталей пары вращения может быть снабжена закрепленной в ней обоймой с радиальной канавкой. При выполнении пары вращения в виде подшипника качения уплотнительное кольцо может быть установлено в радиальную канавку на внутреннем или наружном кольцах подшипника.
Выполнение уплотнения с уплотнительным кольцом прямоугольного сечения из конструкционного полимерного материала с установкой его торцовыми поверхностями по посадке скольжения в радиальную канавку прямоугольного сечения заявляемых размеров в одной из деталей пары вращения создает плотный контакт трущихся по торцовым плоским поверхностям деталей и тем самым обеспечивает повышенную герметичность уплотнения.
Глубина радиальной канавки t обусловлена условием возможности сборки устройства. Заявляемая глубина позволяет беспрепятственно установить уплотнительное кольцо в радиальную канавку, используя допускаемую деформируемость уплотнительного кольца из конструкционного полимерного материала, а также возможность при этом необходимого радиального смещения уплотнительного кольца в радиальной канавке. Уменьшение глубины канавки t менее 2 с, где с - толщина кольца, не позволяет установить кольцо в канавку; увеличение глубины канавки t более 2,2 с - нецелесообразно из-за достаточности условия сборки величины глубины в указанном верхнем пределе.
Материалом для изготовления уплотнительного кольца может быть конструкционный полимерный материал, преимущественно составляющий антифрикционную пару трения с материалом детали пары вращения с выполненной в ней радиальной канавкой, например полиамид или полиформальдегид в паре со стальной деталью.
Выполнение лабиринтного уплотнения с обоймой, закрепленной на одной из деталей пары вращения, позволяет выполнять радиальную канавку с установкой в ней уплотнительного кольца не в самом корпусе или на валу, а в этой обойме, что способствует достижению повышенной герметизации, вследствие возможности использования более совершенной технологии изготовления и сборки деталей устройства.
Встроенное во внутреннее или в наружное кольца подшипника качения лабиринтное уплотнение позволяет обепечить более высокую герметичность уплотнения. Герметизация в этом случае превосходит таковую в известном уплотнении в виде защитной шайбы, устанавливаемой с радиальным зазором больше радиального зазора в самом подшипнике.
Фиксирование уплотнительного кольца на вал или корпус с определенным расчетным натягом, во-первых, обеспечивает герметичность в соединении, а, во-вторых, дает возможность при необходимости осевого смещения деталей пары вращения под нагрузкой - для обеспечения нормальной работы устройства. Также фиксирование уплотнительного кольца на вал или корпус может быть выполнено и другими способами, например клеевым соединением по торцовой поверхности или прижимом по торцовой поверхности посредством резьбовых деталей.
Предлагаемое лабиринтное уплотнение проиллюстрировано на фиг.1-6, где на фиг.1 показано уплотнение с радиальной канавкой в корпусе, на фиг.2 - уплотнение с радиальной канавкой на валу, на фиг.3 - уплотнение с обоймой, посаженной в корпус, на фиг.4 - уплотнение с обоймой, посаженной на вал, на фиг.5 - уплотнение с уплотнительными кольцами, установленными в радиальные канавки во внутреннем и наружном кольцах подшипника качения, на фиг.6 - уплотнение с уплотнительными кольцами, помещенными в обоймы, встроенные во внутреннее и наружное кольца подшипника качения.
Лабиринтное уплотнение содержит уплотнительное кольцо 1, зафиксированное посредством посадки с натягом на вал 2 (фиг.1). Уплотнительное кольцо 1 из конструкционного полимерного материала выполнено прямоугольного сечения, установлено торцовыми поверхностями а и в по скользящей посадке в радиальной канавке 3 прямоугольного сечения, выполненной в корпусе 4.
На фиг.2 уплотнительное кольцо 1 помещено в радиальную канавку 5, выполненную на валу 2.
Уплотнительное кольцо 1 помещено в радиальную канавку 3 или 5, выполненную соответственно в обойме 6 или 7, закрепленную в корпусе 4 (фиг.3) или на валу 2 (фиг.4).
Уплотнительное кольцо 1 установлено в радиальную канавку 3 или 5 соответственно на наружном 9 и внутреннем 8 кольцах подшипника качения (фиг.5).
Обоймы 6 и 7 с установленным в них уплотнительным кольцом 1 встроены соответственно во внутреннее 8 и наружное 9 кольца подшипника качения (фиг.6).
Лабиринтное уплотнение работает следующим образом.
Производят сборку лабиринтного уплотнения: в радиальную канавку 3 в корпусе 4, заполненную пластичной смазкой, путем упругой деформации и радиального смещения устанавливают уплотнительное кольцо 1. При необходимости (если отсутствует заходная фаска на валу) выверяют положение уплотнительного кольца 1 в радиальной канавке 3 соосно отверстию в корпусе 4, после чего вставляют по посадке с натягом вал 2. Аналогично выполняют сборку уплотнения при выполнении радиальной канавки 5 на валу 1. При выполнении уплотнения с обоймами 6 или 7 производят предварительную установку уплотнительного кольца 1 в радиальные канавки 3 или 5 обойм, после чего обоймы монтируют в корпус 4 или на вал 2. Сборку уплотнения, встроенного во внутреннее 8 и наружное 9 кольца подшипника качения, производят аналогично - после сборки самого подшипника.
В процессе вращения одной из деталей пары вращения - вала 2 или корпуса 4 - уплотнительное кольцо 1, зафиксированное на одной из деталей пары вращения и помещенное при сборке в заполненную смазкой радиальную канавку 3 или 5 в другой детали пары вращения, скользит по торцовым поверхностям а и в радиальной канавки. Также работает уплотнение с уплотнительным кольцом, помещенным в радиальную канавку 3 или 5, выполненную в обоймах 6 и 7. Аналогично работает уплотнение, встроенное во внутреннее 8 и наружное 9 кольца подшипника качения.
Выполнение лабиринтного уплотнения в совокупности с предлагаемыми особенностями конструкции, материалом и соотношением размеров обеспечивает повышение герметичности устройства с возможностью его изготовления и сборки.
Опытные образцы уплотнения изготовлены в ОАО "УРАЛ", г.Челябинск, и прошли успешно испытания в катках гусеничного хода бульдозеров, работающих в загрязненной абразивной среде. После нормативного срока работы уплотнение не подверглось износу, отсутствовало подтекание смазки.
Предлагаемое уплотнение может найти применение в различных отраслях машиностроения, в производстве серийных подшипников качения.
1. Лабиринтное уплотнение, содержащее уплотнительное кольцо, зафиксированное от радиального смещения на одной из деталей пары вращения и входящее в радиальную канавку прямоугольного сечения в другой детали пары вращения, отличающееся тем, что выполненное из конструкционного полимерного материала уплотнительное кольцо прямоугольного сечения установлено в радиальную канавку торцевыми поверхностями по посадке скольжения, при этом глубина канавки t=2÷2,2 с, где с - толщина кольца.
2. Лабиринтное уплотнение по п.1, отличающееся тем, что одна из деталей пары вращения снабжена закрепленной в ней обоймой с выполненной в ней радиальной канавкой.
3. Лабиринтное уплотнение по п.1, отличающееся тем, что при выполнении пары вращения в виде подшипника качения уплотнительное кольцо установлено в радиальную канавку на внутреннем или наружном кольце подшипника.
Стационарные корпуса SNL серий 30, 31 и 32 выпускаются с различными стандартными уплотнительными решениями.
В таблице 1 представлены характеристики и информация о применимости каждого уплотнительного решения. Подробная информация представлена ниже. Эта информация должна использоваться только в качестве рекомендаций, которые не могут заменить испытания уплотнений в реальных условиях эксплуатации.
Лабиринтные уплотнения (TS ..)
Для областей применения с высокими частотами вращения или экстремальными температурами SKF рекомендует использовать лабиринтные уплотнения (рис. 1). Установленные на вал лабиринтные кольца образуют многоступенчатое лабиринтное уплотнение с канавками под уплотнение в корпусе. Полый шнур из силиконового эластомера, поставляемый вместе с кольцом, удерживает кольцо на валу.
Таконитовые уплотнения с осевым лабиринтом (TK ..)
Для подшипниковых узлов, которые работают в сильнозагрязнённых средах, например, в горнодобывающем оборудовании, рекомендуется использовать заполняемые пластичной смазкой таконитовые уплотнения (рис. 2). Пластичная смазка повышает эффективность уплотнений и увеличивает срок их срок службы.
На вращающемся кольце лабиринтного уплотнения устанавливается V-образное уплотнение, которое контактирует с неподвижным кольцом лабиринтного уплотнения. Они могут повторно смазываться через пресс-маслёнку, установленную в неподвижном кольце лабиринтного уплотнения.
Осевое смещение вала относительно корпуса ограничено величиной ±2 мм для валов диаметром до 200 мм и величиной ±4 мм для валов большего диаметра.
Уплотнения для смазывания маслом
Масляные уплотнения состоят из неподвижной части, которая устанавливается в корпусе, и лабиринтного кольца, которое вращается вместе с валом. Лабиринтное кольцо удерживается на валу с помощью двух полых шнуров из силиконового эластомера, которые также предотвращают утечку масла (
стр. 1
стр. 2
стр. 3
стр. 4
стр. 5
стр. 6
стр. 7
стр. 8
стр. 9
стр. 10
стр. 11
стр. 12
стр. 13
стр. 14
стр. 15
стр. 16
стр. 17
стр. 18
стр. 19
стр. 20
стр. 21
стр. 22
стр. 23
стр. 24
стр. 25
стр. 26
стр. 27
стр. 28
стр. 29
стр. 30
УПЛОТНЕНИЯ ЛАБИРИНТНЫЕ СТАЦИОНАРНЫХ ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ТУРБИН И КОМПРЕССОРОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
РТМ 108.020.33-86
Издание официальное
PTM 108.020.33-86 С. 9
дупреждения резкого возрастания утечек при износе необходимо, чтобы шаг гребней ротора был больше вероятных осевых перемещений *.
Перспективны сотовые уплотнения с мягкими заполнителями.
3.3. Размеры уплотнительных гребней
3.3.1. При выборе конструкции и геометрических размеров уплотнительных гребней (высота /г г, толщина у основания Ь 0) следует руководствоваться величиной изгибающих напряжений ц г от перепада давлений Api (t - порядковый номер гребня), сравнивая ее с пределом текучести о т для материала гребней при рабочей температуре с учетом коэффициента запаса n: ei^:o T /n.
Для статорных гребней коэффициент запаса на вероятную неравномерность величины зазора по длине уплотнений рекомендуется принимать равным 1,5; для роторных гребней с учетом возможного циклического характера напряжений и добавки от центробежных сил рекомендуется принимать п = 2.
3.3.2. Величина изгибающего напряжения определяется по следующей формуле:
3 г=ЗДPi(h r /b 0) 2 .
Здесь h T и Ь 0 следует выражать в одинаковых единицах измерения, например в миллиметрах; в одинаковых единицах должны быть выражены также ст,■ и Дpi.
Перепад давлений на г-й гребень определяется как разность давлений до и после него: Др;=
3.3.3. Давление за г-м гребнем р; определяется по формуле
I Г (z-i)p 2 0 + ip 2
Pi = \ -J-,
где z - количество гребней в уплотнении;
Ро, p z и Рк - начальное, конечное и критическое давление среды; р - давление среды в последнем зазоре:
P^Pz П РИ Р г >Рк, Р = Р* при p z ^p K ]
Рк = 1/ ^т-т = Р~~ для па Р а; рк = ,/-гтг~тГ~ ~ для воздуха.
у г -f 1,5 У z + 0,5
3.3.4. Согласно пп. 3.3.2 и 3.3.3 наибольший перепад получается на последний гребень, поэтому при равных толщинах гребней его и следует проверять на прочность, а в уплотнениях с выступами - и предпоследний, если он длиннее (см. табл. 2).
3.3.5. При сдвоенных гребнях давление в камере между ними понижено из-за эжекционного эффекта, поэтому на изгиб следует рассчитывать первый гребень из i-пары при увеличенном перепаде Ар". = l,7Apj.
3.4. Материалы уплотнительных гребней
3.4.1. Гребни уплотнений подвергаются тепловому и эрозионно-коррозионному воздействию рабочей среды и работают в условиях статического и циклического нагружения от перепада давлений и удара струи. Гребни ротора нагружены еще и центробежными силами.
В периоды пуска и изменений режима работы турбомашины возможны задевания вращающихся элементов за неподвижные. При этом за счет снижения коэффициента трения контактирующей пары должны быть обеспечены минимальный разогрев ротора в месте касания, минимальное его повреждение и минимальный износ гребней.
|
Материалы уплотнительных гребней Таблица 6 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
* См. также ОСТ 1 12605-76. 2 Заказ 133 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Продолжение табл. € |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
допускается повышенное содержание серы. Для одноконтурных АЭС не допускается применение материалов, содержащих кобальт.
3.4.3. Уплотнительные элементы статора могут изготавливаться из легкоизнашивающихся («прирабатывающихся») материалов. В концевых уплотнениях приводных турбин используются угольные (углеграфитные) кольца. В периферийных уплотнениях лопаточного аппарата паровых и газовых турбин могут использоваться легкоизнашивающиеся покрытия и вставки из мягких металлов типа армко-железа, композитной металлокерамики на основе порошков меди, никеля, мельхиора с наполнителями из углеграфита, нитрида бора («белый графит») и др.
3.5. Термокомпенсационные канавки на валу
3.5.1. В лабиринтных уплотнениях с радиальными зазорами при наличии гребней в статоре и отсутствии на роторе насадных защитных втулок, уступов и т. п. (см. п. 3.2.2) с целью предотвращения
погиба вала из-за односторонних задеваний его поверхности за уплотнительные гребни рекомендуется выполнять на валу термокомпенсационные канавки (черт. 5, а) определенной глубины (без учета высоты выступов).
3.5.2. В уплотнениях рекомендуемой конструкции с гибким креплением статорных элементов необходимая для эффективного снижения температурных напряжений от задеваний глубина канавок составляет 0,025 от диаметра вала, т. е. h K - 0,025Д При жестком креплении статорных элементов такая глубина канавок может быть допущена лишь для латунных гребней; при использовании более твердых материалов глубина термокомпенсационных канавок h K должна быть увеличена: в случае изготовления статорных гребней из бронз или нейзильбера температурные напряжения, равные пределу текучести, могут достичь глубины 0,05d, а при гребнях из стали, никеля, монель-металла и других тугоплавких материалов - глубины 0,075Д
3.5.3. Для эффективного снижения температурных напряжений от задеваний в межканавочной зоне необходимо, пользуясь графиком черт. 5, б, выдерживать определенные соотношения между шагом и глубиной термокомпенсационных канавок: при t K /h K = 5 напряжения снижаются в два раза по сравнению с валом без канавок; при t K /h K = 2,5 - в шесть раз; при t u /h K = 1 напряжения в межканавочной зоне практически отсутствуют.
3.5.4. Термокомпенсационные канавки на валу вызывают концентрацию температурных напряжений, возникающих при изменении температурного режима турбомашины. Для повышения маневренности и увеличения моторесурса турбомашины необходимо снижать коэффициент концентрации напряжений за счет надлежащего выбора соотношений между шагом, глубиной и радиусом скругле-ния профиля канавок, пользуясь графиком на черт. 5, в *.
Для более полного анализа следует обратиться к РТМ 108.021.103-85.
PTM 108.020.33-86 С. 11
В случае невозможности обеспечить заданный моторесурс при наличии канавок следует отказаться от них и пойти на увеличение радиального зазора в уплотнении согласно п. 3.2.2 и табл. 4 или применить уплотнение, не требующее канавок (например, с уступами, защитными втулками на валу, гребнями только на роторе, гарантированно-бесконтактное уплотнение типа Д-см. табл. 2, в некоторых случаях - «елочное» уплотнение без втулок).
При отказе от канавок в безвтулочных уплотнениях с выступами на валу можно ограничиться увеличением зазоров б только во впадинах, что согласно пп. 5.3.2.2 лишь незначительно увеличит протечку: при отношении большего зазора к меньшему 62/61 -х расход при этом возрастет в уплотнениях типа В в 1/х 5) раз (при х - 2 приблизительно на 26%), а в уплотнениях типа Б -примерно
3.6. Гибкие уплотнения
3.6.1. Гибкие уплотнения (с подвижными сегментами на пружинах" см. п. 3.2.3) обеспечиваю сохранность уплотнительных гребней во время стоянки, вращения ротора валоповоротным устройством и при пусковых операндах, когда наиболее вероятно возникновение расцентровок ротора и статора. Особенно необходимо использование гибкой конструкции уплотнений в турбинах с гибкими роторами для уменьшения разогрева от трения при односторонних задеваниях вала о гребни при переходе через критическую частоту вращения, т. е. для предотвращения погиба (остаточного искривления вала).
3 6 2 В гибкой конструкции необходимую степень радиальной подвижности уплотнительных сегментов статора (люфт s - черт. 6, см. также табл. 5) рекомендуется определять по формуле
а >0,0016* (A - x)/D,
учитывающей влияние расстояния х данного уплотнительного кольца от опор ротора и корпуса турбомашины и и* пролета L (обозначения см. п. 2.1.3) на локальную стрелу их прогиба. При унификации уплотнений по всей длине ротора принимается s ma x>0,0004L 2 /D.
36 3 Сегменты гибких уплотнений могут деформироваться при пусках под воздействием радиального перепада температур, возникающего при прогреве или при задеваниях. Чтобы исключить при этом уменьшение уплотнительных зазоров, рекомендуется заплечики Т- пли Г-образных хвостов делать сплошными по всей дуге сегмента, а чтобы сохранить радиальную подвижность сегментов, их размеры рекомендуется ограничить величиной 200-250 мм по хорде (при выборе люфта согласно
3.64 При работе турбомашины под нагрузкой сегменты прижимаются в сторону вала к заплечикам паза не только пружинами, но и давлением среды, для чего полость паза сообщается с входной стороной сегмента пропилами в заплечиках или специальными сверлениями. Давления на входе в сегмент р 0 и на выходе из него р 2 (где г -количество гребней в сегменте), а также давление в последнем зазоре р находятся по начальному и конечному давлениям отсека и общему количеству его
гребней с помощью формул п. 3.3.3.
Радиальное прижимное усилие N от перепада давлений на внешнюю и внутреннюю стороны сегмента с учетом его ширины В и вылета выходной полочки С (см. черт. 6) вычисляется по формуле
0,33-0,67 (р/р 0)*/(1 + plp 0) - (:1 - PiPo),
С. 12 РТМ 108.020.33-86
где I - хорда сегмента;
PlPo = Pz!Po при р г 1Ро>Р*Ро, но Р, ! Ро = Рк/Р» при pjp 0 < pjp 0 \
Рк/Ро = 0,85 Уz + 1,5 -для пара; р к p t - 0,65; У z-\- 0,5 -для воздуха.
3.6.5. Во избежание зависания сегмента в отжатом положении, что привело бы к возрастанию утечки, радиальное прижимное усилие должно превосходить силу трения F между щекой сегмента и пазом, возникающую от осевого перепада давлений на сегмент:
N > F ^ f (р 0 - р г)А1,
где А-толщина сегмента, включая среднюю высоту гребней (см. черт. 6); / - коэффициент трения (в случае трения покоя f~l).
Это налагает следующее условие на соотношение геометрических размеров сегмента:
/а/в + с/в < о.зз (1 +pip 0 -2p 2 lpl) (1 + р/рУ 1 О ~+/А+Л
которое при имеет вид
/А/В + С/В < 0,33 ;
при р 2 <Рк для пара
fAlB + С/В < 0,33 (1 -pjpy 1 (1 -1,44 (z + 1.5)- 1 [ 1 +0,85(z + 1,5)-°*} - 1),
а для воздуха
fAlB + Cl В < 0,33(1 -+/Р,)- 1 (1-0,84 (z + 0,5)“ 1 -+
Указанное условие графически представлено также на черт. 6, где зона критических режимов построена для пара, но может быть использована (с некоторым запасом) и для воздуха. Из графика следует, что полная гарантия от зависания сегмента (в расчете на /=1) достигается за счет существенного ограничения толщины А и вылета полки С при увеличенной ширине В. Так, например, типовой сегмент (С/В = 0,3) с числом гребней 2=10, будучи использован в последнем отсеке камина ЦНД (Pz/po~0), имеет радиальное паровое усилие, направленное не на прижим, а на отжим.
Проверка геометрических размеров сегментов на отсутствие зависания производится с помощью графика черт. 6. Если при заданных значениях числа гребней сегмента 2, отношения давлений за и перед сегментом pzlpo и относительного вылета выходной полки С/В полученное из графика значение fA/B окажется меньше фактического (можно принять, что коэффициент трения покоя f= 1), то отжатый при работе турбины под нагрузкой сегмент не возвратится назад, и в соответствии с изложенным придется менять соотношения A/В, С/В или p z /po. Если окажется, что полученное из графика значение /Л/В<0, то давлением среды сегмент отжимается от вала.
3.6.6. Для начального центрирования сегментов служат пружины, выполняемые в виде пластинок, дужек или цилиндрических спиралей, охватывающих сегментные полукольца или устанавливаемых в радиальные гнезда каждого сегмента. По технологичности и стабильности свойств предпочтительным является последний вариант.
Пружины рассчитываются на удвоенный вес сегмента. Во" избежание перегрузки пружин нижних сегментов весом боковых последние рекомендуется фиксировать от смещения с помощью штифтов вблизи"горизонтального разъема в нижней половине.
3.7. Конструкция и температурные деформации корпусных деталей
3.7.1. При высокой температуре для уменьшения вероятности задеваний и обеспечения сохранности радиальных зазоров уплотнений необходимо выполнять следующее:
соблюдать равенство тепловой инерционности деталей ротора и охватывающих его корпусных деталей (вала и обойм его уплотнений, барабана или дисковой части ротора и соответствующих им внутреннего цилиндра или обойм диафрагм);
ослабить влияние горизонтального разъема в корпусных деталях за счет обогрева фланцев, применения ложных и разрезных фланцев, стяжных колец и т. п. * (черт. 7);
обеспечить возможно более полную симметрию верхних и нижних половин в отношении расположения разного рода патрубков и пр.;
назначать радиальные зазоры для верхней, нижней и боковых частей окружности дифференцированно с учетом вероятных температурных деформаций корпусных деталей.
3.7.2. Прогиб корпуса цилиндра из-за различия температур его верхней и нижней образующих рассчитывается по формулам РТМ 108.021.104-77.
Если в эти формулы подставить допустимые разности температур, то можно получить поправку для корректировки зазоров Дб в _„, на которую необходимо увеличить значение установочного зазора в нижней части окружности.
Расчет фланцевых соединений производится по ОСТ 108.021.110-84.
PTM 108.020.33-86 С. 13
3.7.3. Следует стремиться к равенству температур опор ротора и статора, например, наружных стенок корпуса подшипника, на который опираются лапы цилиндра, и внутренних стоек с вкладышем, несущих ротор. Неравенство температур опор должно быть учтено при назначении зазоров.
При разности температур опор At, их высоте h и коэффициенте температурного расширения а величина поправки к зазору вблизи опоры составит Аб оп = ссAth. При равенстве пролетов ротора и статора Ь р = Ьц или при расположении опор цилиндра между опорами ротора поправка к зазору на расстоянии x t от первой опоры цилиндра находится по формуле
Л %пх, --=ai^A Ln -ц-.
ушшшс
Если опоры статора горячее опор ротора, то зазоры по нижней образующей должны быть увеличены на величину поправки, если горячее опоры ротора, то увеличить следует верхние зазоры. Отрицательные поправки (уменьшение зазоров) вводить не рекомендуется. Боковые зазоры (в плоскости горизонтального разъема) не меняются.
Следует избегать статически неопределимого (продольно протяженного) опирания цилиндров (подобно цилиндрам паровых турбин, опирающимся на балкон выхлопного патрубка). В этом случае к весьма существенным расцентровкам согласно формуле могут добавиться расцентровки от искривления плоскости горизонтального разъема.
При раздельном опирании ротора и цилиндра на фундамент корпус уплотнения (камина) целесообразно жестко крепить к опоре ротора, а с цилиндром турбины соединять гибкой мембраной (черт. 8).
С. 14 РТМ 108.020.33-86
3.7.4. Корпусные детали, несущие уплотнения, как правило, омываются изнутри и снаружи потоками среды с различной температурой либо имеют внешние ободья, контактирующие с корпусом, температура которого отличается от температуры потока в уплотнении. Например, максимальное превышение kth температуры расточки над температурой обода диафрагмы k-й ступени цилиндра турбины с разгрузочными отверстиями в дисках ротора соответствует (с учетом начальной разности температур указанных потоков) разности энтальпий среды перед первой и рассматриваемой ступенями (см. черт. 12):
Деформация и расцентровка корпусных деталей с горизонтальным
разъемом при Д/ = / 2 - ^>0 Li k -uaI x -f- (l x - l K).
Если корпусную деталь (черт. 9) рассматривать как тело вращения с горизонтальным разъемом, свободно опертое у этого разъема по ободу, то при линейном возрастании температуры от внешнего радиуса г 1 к внутреннему г 2 на величину At имеет место увеличение боковых зазоров у разъема на величину
Дг = a.Atr x r 2 (г х - г 2) -1 =
АДtr x r 2 (1 - г.,) -1 == о.Atr x Ar.
При этом в разъеме у периферии появится неплотность, равная удвоенной величине подъема горизонтальной оси симметрии детали:
2h = 2a.Atr l -^- (1 -f- r-,) = 2a\tr l h.
Ось расточки нижней половины поднимется на величину
h n = aAtr^{\ + Л,)(1 ~г 2)~ 1 = Шг^ 0 .
Зазор по нижней образующей уменьшится на величину
h B -aAtr x (h 0 - Дг) - <хДtr x h m
а по верхней увеличится на
h B = a.A.tr х (2h - Л н) - aAtr x h B .
При обратной разности температур все деформации только поменяют знак, кроме изменения зазора по верхней образующей, которое совпадет с изменением его по нижней образующей:
hl - h n -o.Atr x {h H - Ar).
Изменения зазоров и появление неплотностей по
На черт. 9, где показаны рассмотренные деформации, представлены также необходимые для вычислений графики их относительных величин, разъему следует учитывать при расчете проте-
чек. Кроме того, в установочные значения зазоров следует вносить поправки на величину их уменьшения. Наличие мощного крепежа по разъему несколько уменьшает рассмотренные термоупругие деформации, но не устраняет их полностью. Стеснение деформаций при большой разности температур, возникающей особенно при нестационарных режимах, может привести к остаточному короблению корпусных деталей и разрыву крепежа.
Для уменьшения температурных деформаций деталей, несущих уплотнения, при проектировании необходимо выполнять следующее (черт. 10-12):
уменьшать внешний радиус г х за счет отказа от наружных ободьев и (или) перехода к составной конструкции;
Способы нейтрализации радиального градиента температур в обоймах
уплотнений
Перепуски пара для снижения температурных градиентов
С. 16 РТМ 108.020.33-86
применять термоэластичные конструкции;
уменьшать радиальную неравномерность температур за счет изоляции деталей или рациональной организации потоков среды, например ее перепуска от периферии к расточке диафрагмы;
применять независимую подвеску и поперечную центровку верхних и нижних половин детали с соответствующим уплотнением разъема.
4. УПЛОТНЕНИЯ ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА
4.1. Общие положения
4.1.1. В уплотнениях лопаточного аппарата потери экономичности, вызываемые протечкой, не ограничиваются дефицитом рабочего тела, совершающего работу, а дополняются изменением реакции, т. е. отклонением от расчетного режима, и искажением пространственной структуры рабочего потока вблизи уплотнения. Более того, приток (присос) рабочего тела через межвенцовое уплотнение, как правило, вызывает большую потерю, чем утечка, а утечки через вершины необандаженных лопаток могут несколько уменьшать потери от вторичных течений. (Вопрос о целесообразности бандажи-рования лопаточных аппаратов для повышения экономичности, особенно при барабанной конструкции ротора, остается открытым. Бандажирование рабочих колес влажнопаровых ступеней препятствует влагоудалению.)
В настоящем РТМ уплотнения лопаточного аппарата оцениваются лишь с точки зрения уменьшения протечек независимо от их направления и влия ния на течение в лопаточных каналах.
4.1.2. При необандаженных лопаточных аппаратах утечка среды имеет место лишь через зазоры по вершинам лопаток. Для уменьшения зазора без снижения надежности выполняют утоненные или
полые (иногда сменные) профили у вершин лопаток, наносят легкоизнашиваемые или абразивные покрытия на цилиндрическую поверхность сопряженной детали, придают ей ячеистую (сотовую) фактуру, выполняют на ней узкие кольцевые проточки или широкие канавки во всю ширину профиля, иногда с заглублением концевой части профиля; весьма эффективно введение положительной пере-крыши меридианных обводов направляющих и рабочих венцов (черт. 13).
4.1.3. В случае применения дисковой конструкции ротора направляющие и рабочие лопатки, как правило, выполняют обандаженными. Бандажная полка может быть отфрезерована заодно с профильной частью лопатки или изготовлена отдельно (клепаная, вальцованная конструкция). При размещении направляющих лопаток в диафрагмах роль бандажей играют обод и тело диафрагмы. При барабанном исполнении ротора направляющие и рабочие лопаточные аппараты и их бандажи имеют идентичную конструкцию. Поэтому в дальнейшем в РТМ в основном рассматриваются уплотнения рабочих обандаженных лопаточных венцов.
4.1.4. Эффективным средством уменьшения протечек через уплотнения лопаточного аппарата является выбор степени реактивности у корня и периферии рабочих лопаток, например, за счет использования ступеней со сниженным градиентом степени реактивности по высоте лопатки.
4.1.5. Уплотнения обандаженного лопаточного аппарата подразделяются на следующие функциональные подгруппы (черт. 14):
надбандажные;
межвенцовые (периферийные и корневые).
4.2. Надбандажные уплотнения
4.2.1. При цельнофрезерованных бандажных полках лопаток надбандажные уплотнения выполняются как обычные прямоточные или ступенчатые уплотнения с радиальными (А - Г в табл. 2 и табл. 5) или с осевыми зазорами (Д в табл. 2). В этом случае количество дросселей надбандажного уплотнения определяется осевой шириной бандажа и величиной относительных осевых перемещений роторных и статорных элементов. При клепаной конструкции бандажа удается разместить два-три дросселя.
PTM 108.020.33-86 С. 17
Рекомендуемые варианты конструктивного исполнения надбандажных уплотнений представлены на черт. 15. Для лучшей сохранности гребней ротора статорные вставки могут выполняться легкоиз-нашиваемыми за счет применения сотовой конструкции или мягких материалов и покрытий.
Схема уплотнений лопаточного аппарата
Варианты конструктивного исполнения надбандажных уплотнений
a - с - клепаные ленточные бандажи; ж, з - цельнофрезерованные бандажные полки; а, г, д, з - ЛМЗ; б, в - ХТГЗ; е, ж - ТМЗ
3 Заказ 133
С. 18 РТМ 108.020.33-86
4.2.2. На надбандажные уплотнения распространяются рекомендации разделов 1, 2 и 3 по выбору величин радиальных зазоров, люфта сегментов, материала и размеров уплотнительных гребней, а также условия применимости различных конструкций. Дополнительным средством повышения экономичности и надежности является использование принципа температурного управления зазорами, когда после пуска и прогрева происходит уменьшение периферийных зазоров, например, за счет различия в коэффициентах температурного расширения деталей.
4.2.3. Надбандажные уплотнения с радиальными зазорами (особенно прямоточные) при статических и динамических рас-центровках являются источником дополнительных сил, возбуждающих автоколебания ротора: кроме сил, обусловленных окружной неравномерностью давлений в самих уплотнениях, они вызывают усилия, возникающие из-за окружной неравномерности расхода через лопаточные аппараты рабочих венцов.
у корня присосов
4.2.4. Для лучшей сохранности радиальных зазоров статорные элементы над-бандажных уплотнений рабочих колес дисковой конструкции предпочтительнее крепить к ободу диафрагмы, чем размещать в обойме или непосредственно в корпусе цилиндра.
4.3. Межвенцовые уплотнения 4.3.1. Корневые уплотнения могут иметь как осевые, так и радиальные уплотняющие зазоры, образуемые выступами и гребнями. Иногда осевой межвенцовый зазор рабочих лопаток выполняется без специального уплотнения, но для уменьшения потерь от снабжается направляющими и закручивающими устройствами.
4.3.2. Периферийные уплотнения, как правило, имеют осевые уплотняющие зазоры, образуемые торцевыми плоскостями и заостренными кромками бандажей направляющих и рабочих лопаточных аппаратов. Уплотнение рабочих венцов по периферии рекомендуется выполнять как по входной, так и по выходной кромке бандажа, особенно при барабанной конструкции ротора и в цилиндрах с двухпоточной и петлевой схемой течения. При больших осевых разбегах целесообразен переход на радиальные уплотняющие зазоры («усик под бандаж»).
|
УДК 621-135-762 (&83.75) РУКОВОДЯЩИЙ |
ТЕХНИЧЕСКИЙ Группа Е23 МАТЕРИАЛ |
Взамен РТМ 24.020.33-75
УПЛОТНЕНИЯ ЛАБИРИНТНЫЕ СТАЦИОНАРНЫХ ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ТУРБИН И КОМПРЕССОРОВ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
Дата введения 01.07.87
Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на концевые и диафрагменные лабиринтные уплотнения стационарных паровых и газовых турбин и компрессоров, на уплотнения их лопаточного аппарата, а в части расчета протечек и на щелевые уплотнения штоков клапанов.
1. ИСХОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЛАБИРИНТНЫХ УПЛОТНЕНИЯХ1.1. Назначение
Лабиринтные уплотнения служат для ограничения утечек рабочей среды вдоль вала из корпуса турбомашины и перетечек между ступенями и лопаточными венцами ротора и статора. Они принадлежат к так называемым бесконтактным уплотнениям и представляют собой ряд последовательно расположенных друг за другом узких кольцевых щелей - зазоров и более или менее просторных камер. Зазоры между ротором и статором образуются их кольцевыми поверхностями и заостренными кромками гребней, разделяющих камеры. Частными случаями являются бескамерное уплотнение (одиночный дроссель) и щелевое (без гребней).
1.2. Принцип действия
Рабочий процесс в уплотнении - дросселирование - заключается в переводе разности потенциальных энергий среды разделяемых полостей в кинетическую энергию, а затем в тепло за счет гашения скорости трением. Ограничение утечки достигается следующими средствами:
уменьшением величины зазора;
уменьшением сечения струи в зазоре за счет создания отрывного течения заострением кромок гребней и резким изменением направления потока;
уменьшением скорости в зазоре путем дробления перепада давлений между полостями за счет увеличения числа гребней, а также путем более полного гашения скорости в камерах (в щелевых уплотнениях уменьшение скорости достигается также увеличением протяженности щелей).
Таким образом, принцип действия рассматриваемых уплотнений - пассивный, без отбора энергии от ротора.
1.3. Классификация
Классификация лабиринтных уплотнений может быть выполнена по признакам функционального, аэродинамического, геометрического, кинематического, конструктивного и технологического характера. Указанная классификация представлена в табл. 1.
PTM 108.020.33-86 С. 19
4.3.3. Для уменьшения утечек в межвенцовый осевой зазор меридианные обводы рабочих и направляющих аппаратов выполняются со взаимной перекрышей (см. черт. 23).
Величина перекрыт выбирается с учетом радиального смещения Ai границы кольцевой струи, имеющей окружную составляющую скорости, с учетом расширения А 2 струи от ее торможения трением о неподвижную среду в открытом осевом зазоре, а также с учетом технологических отклонений А 3 диаметральных размеров бандажей лопаточных венцов и температурных деформаций А4 диафрагм на стационарном режиме работы турбины.
Прикорневая перекрыша (при положительной реакции у корня)
Д к > - Д, + Д 2 + Д3 + Д 4 ;
периферийная перекрыша
Д ^ Al ~Ь Д 2 4~ Д" Д4.
Составляющие перекрыш определяются по формулам:
1 ~ d tg2« 1 ’
Д 3 = 0,05й ос / sin а,;
Дк = Дк, + ДК.В t Дп = Дп.н + Дп.в.
Д 4 = а (t 2 -/,) (0,4D x - 0,Ш 2)/(1 - D 3 /D0.
В этих формулах:
бос - открытый межвенцовый осевой зазор; d - диаметр соответствующего меридианного обвода;
ai - угол выхода потока из предыдущего лопаточного аппарата на уровне соответствующего меридианного обвода; а - коэффициент линейного расширения тела диафрагмы, 1/К;
D\ и D 2 - диаметры обода и расточки диафрагмы соответственно;
t\ - температура обода диафрагмы, принимаемая по температуре пара перед ступенью; t 2 - температура расточки, принимаемая по линии дросселирования от первой из группы последовательно расположенных ступеней цилиндра.
Индексы «н» и «в» означают соответственно нижнее и верхнее отклонения радиального размера, определяемого по размерной цепи с учетом конструктивного исполнения венцов, а индексы «р» и «с» - принадлежность к роторному или статорному венцу.
4.3.4. Для уменьшения газодинамического возбуждения автоколебаний роторов ВД величину периферийной перекрыши рекомендуется выбирать по соотношению А п ^2б 0 с-
4.4. Контроль состояния периферийных уплотнений
В паровых турбинах с промежуточными отборами пара из цилиндра в эти отборы попадают утечки пара периферийных уплотнений предотборных ступеней, имеющие более высокую температуру, чем основной поток, и влияющие на температуру отбираемого пара.
|
*баз+ 27 3 "баз + 273 |
Об эксплуатационном изменении зазоров в периферийных межвенцовых и надбандажных уплотнениях в период между двумя моментами времени (I и II) судят по изменению относительной утечки через эти уплотнения AG yT , исходя из результатов измерения температур пара при близких значениях нагрузки турбины:
Здесь tотб - измеренное значение температуры пара в отборе;
/баз - измеренное значение базовой температуры, в качестве которой могут быть использованы температуры пара за цилиндром, в камере регулирующей ступени и (при отсутствии соплового парораспределения) перед цилиндром; с р - удельная теплоемкость пара.
Кроме того, в формуле используются расчетные номинальные значения следующих величин: б/ 0 тб, Оотс - расходы пара соответственно в отбор и через предотборный отсек; т] ог - внутренний относительный КПД ступеней пред отборного отсека;
Й 0 -располагаемый теплоперепад предотборного отсека, кДж/кг.
5. РАСЧЕТ ПРОТЕЧЕК5.1. Течение в зазоре
5.1.1. Расчетный зазор
5.1.1.1. При истечении через зазор б (черт. 18), образуемый гребнем с достаточно острыми кромками, струя претерпевает сужение, так что ее толщина "б, = рб, где р<1-коэффициент сужения.
|
Таблица 1 Классификация лабиринтных уплотнений |
||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||
|
2. ВЫБОР ТИПА УПЛОТНЕНИЯ |
2.1. Определяющие размеры
2.1.1. Определяющими размерами уплотнения (табл. 2) являются необходимые величины осевого разбега ротора с 1 и радиального зазора б. При проектировании турбомашины эти размеры назначаются с учетом вероятных радиальных и осевых взаимных перемещений ротора и статора под влиянием температурных, динамических и других эксплуатационных и технологических факторов.
2.1.2. Осевой разбег ротора с назначается из расчета осевых относительных перемещений согласно РТМ 108.021.104-77 и РТМ 108.020.16-83.
2.1.3. Исходную величину радиального зазора б (в мм) рекомендуется определять по эмпирической формуле, учитывающей влияние различных конструктивных и эксплуатационных факторов:
Ьт=аТ + 0,25.
Здесь а-наибольший из коэффициентов температурного расширения для мате
риалов статора или ротора турбомашины, 1/К;
7 - наибольшая температура рабочей среды в корпусе турбомашины, К; d - диаметр кольцевого уплотнительного зазора, мм;
L = (7-р + /, ц) 2, где Z, p и /, ц - пролет (расстояние между опорами) соответственно ротора и корпуса
турбомашины, мм;
х - (л; р + -Х ц)/2, где х р и - расстояние от данного уплотнительного гребня до ближайшей опоры
соответственно ротора и корпуса, мм;
D - диаметр наружного корпуса в середине пролета, мм.
Реально устанавливаемые одинаковые зазоры по отсекам уплотнений и проточной части должны быть не менее определяемых формулой.
Исходное значение зазора может быть скорректировано с учетом дополнительных факторов: конструктивных (см. пп. 3.2 и 3.7) и режимных (в маневренных турбинах установочная величина увеличивается на исходное значение).
2.1.4. Осевые габариты участка, занимаемого уплотнением, принимаются конструктивно исходя из необходимых размеров деталей ротора и статора, на которых размещаются уплотнительные элементы: концевые участки цилиндров с патрубками, диафрагмы, бандажи рабочих колес. Специальное увеличение осевых размеров участка ротора, занятого уплотнением, нецелесообразно, поскольку это приводит к увеличению общего пролета ротора и корпуса, что увеличивает необходимые величины радиальных зазоров не только на данном участке, но и во всех остальных уплотнениях, уменьшает критическую частоту вращения и виброустойчивость ротора и в итоге снижает экономичность и надежность турбины.
PTM 108.020.33-86 С. 3
2.2. Типы уплотнений
2.2.1. Выбор типа уплотнений производится из условия достижения минимальной протечки при заданных осевых и радиальных габаритах участка, отводимого под уплотнение, и при заданных определяющих размерах (осевом разбеге с и радиальном зазоре б), обеспечивающих эксплуатационную надежность.
2.2.2. Уплотнения выбираются по аэродинамическому признаку, характеризующему траекторию движения потока между соседними зазорами. В прямоточных (сквозных) уплотнениях уплотнительные зазоры располагаются на одинаковых диаметрах, осевой разбег не ограничен (с = оо) и поток движется вдоль цилиндрической поверхности с прямолинейной образующей. В ступенчатых уплотнениях соседние зазоры расположены на разных диаметрах (с перекрышей), что ограничивает осевой разбег и вместе с тем заставляет поток двигаться зигзагообразно, периодически меняя направление. К применению в турбомашинах рекомендуется пять основных типов уплотнений (см. табл. 2)* с оптимальными соотношениями геометрических размеров. Уплотнительные зазоры в первых четырех ти-
Уплотнения других типов - см. ОСТ 1 12605-76.
пах уплотнений (прямоточное и три разновидности ступенчатого)-радиальные, а в пятом типе (гарантированно-бесконтактное)- осевые, поэтому величина радиального зазора в нем не ограничена.
Каждый тип уплотнения имеет предпочтительную область применения (черт. 1 и табл. 3) в зависимости от требуемых величин осевого разбега и радиального зазора (см. пп. 2.1.2 и 2.1.3).
2.2.3. Уплотнения с радиальными зазорами, особенно прямоточные, оказывают центрирующее действие на ротор, связанное с появлением окружной неравномерности давления при расцентровках. Закрученность потока при статической расцентровке вызывает дополнительное усилие, смещенное по направлению в сторону вращения. Статические радиальные усилия в уплотнениях влияют на нагру-женность опорных подшипников турбомашины. При динамических расцентровках (прецессия ротора) в уплотнениях появляются циркуляционные газодинамические силы, возбуждающие автоколебания гибкого ротора в совокупности с циркуляционными силами масляного слоя, зависящими от нагруженное™ опорных подшипников.
|
Таблица 3 Выбор типа уплотнений в зависимости от необходимых значений радиального зазора и осевого разбега |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Примечания: 1. Буквы А, Б, В, Г, Д соответствуют обозначению типа уплотнении в табл. 2 и на черт. I. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для предотвращения автоколебаний требуется выполнение специальных мер по соблюдению центровки корпусных деталей уплотнений, по уменьшению закрутки потока в уплотнениях, а в необходимых случаях - по созданию обратной закрутки, например за счет байпасирования нескольких первых зазоров через сверления, выполненные соответствующим образом в корпусных деталях (см. РТМ 108.021.05-82).
PTM 108.020.33-86 С. 5
2.3. Прямоточное уплотнение (тип А)
2.3.1. В рекомендуемом прямоточном уплотнении уплотнительные гребни расположены только в статоре или только на роторе. Высоту гребней следует принимать минимально возможной с точки зрения надежности и ремонтопригодности, но не менее удвоенного зазора (/i r >26). Шаг гребней должен быть примерно в 2,5 раза более их высоты (/~2,5Л Г).
2.3.2. Область предпочтительного применения прямоточного уплотнения - малые радиальные зазоры и большие осевые разбеги:
6 = 0,4 мм, с^Ю мм;
6 = 0,5 мм, с^20 мм;
6 = 0,65 мм, с^ЗО мм;
6 = 0,9 мм, с^40 мм;
6 = 1,2 мм, 50 мм.
На черт. 1 эта область лежит ниже линии L - L, а в табл. 3 обозначена буквой А. При возрастании зазора протечка в прямоточном уплотнении увеличивается пропорционально зазору в степени 1,3. При отклонении от рекомендуемой геометрии показатель степени может возрасти до 1,5-1,7.
2.3.3. Протечки в прямоточном уплотнении уменьшаются при наклоне гребней навстречу потоку (оптимальный угол 0юпт = 45 о, черт. 2, а) и при двустороннем расположении гребней (черт. 2,6). На протечку не влияет исполнение гребней (кольцевое или по винтовой линии). Однако отклонение от формы А (см. табл. 2) не способствует сохранению в эксплуатации исходной величины зазора и исходной конфигурации гребней вследствие возможных задеваний.
Прямоточные уплотнения с наклонными гребнями
а - одностороннее расположение гребней; б - двустороннее расположение гребней с различными
шагами t (нониусное)
2.3.4. Для ослабления газодинамического возбуждения автоколебаний ротора турбомашины в кольцевых камерах прямоточных уплотнений между гребнями статора выполняют перегородки (ячеистая, «сотовая» конструкция), уменьшающие закрутку потока в сторону вращения. Роторная часть уплотнения при этом может быть гладкой или иметь кольцевые гребни.
2.4. Ступенчатое уплотнение с выступами и чередующимися короткими и длинными гребнями (тип Б)
2.4.1. Высота выступов должна быть не менее утроенной величины зазора (h^36); ширина выступов может быть меньше ширины впадины не более чем на утроенную величину зазора (Ь^с - 36). Верхняя граница высоты выступов h^.c/2.
2.4.2. Область предпочтительного применения: зазоры 6 в пределах 0,4-1,0 мм; осевые разбеги с соответственно не более 12-14 мм. На черт. 1 эта область ограничена линиями L - L, М - М, N - N и О - О, а в табл. 3 обозначена буквой Б. Протечки в уплотнениях типа Б рекомендуемой геометрии пропорциональны зазору в степени 0,7. При отступлении от рекомендуемой геометрии протечки увеличиваются: в диапазоне 6= (0,6-0,8)А они пропорциональны первой степени зазора, а при 6>0,8h возрастают более резко.
2.5. Ступенчатое уплотнение с выступами и увеличенным числом коротких гребней (тип В)
2.5.1. Ширина выступов b и шаг t x коротких гребней выбираются равными между собой и должны быть не менее утроенной величины зазора (b = ti^36). Высота h выступов выбирается в пределах с/2>/г>36 (оптимально /г = с/3).
2.5.2. Область предпочтительного применения: верхняя граница зазора 6=1 мм; нижняя граница зазора в зависимости от осевого разбега:
с= 12 мм, 6 = 0,4 мм;
с = 20 мм, 6 = 0,5 мм;
с = 30 мм, 6 = 0,65 мм;
с = 40 мм, 6 = 0,9 мм.
На черт. 1 эта область расположена справа от линии М - М и ограничена лициями L - L, М - М и N - N, а в табл. 3 обозначена буквой В. Протечки в уплотнении типа В пропорциональны первой степени зазора.
С. 6 РТМ 108.020.33-86
2.5.3. Увеличенное число коротких гребней (тип В) предпочтительнее одиночных (тип Б) при осевых разбегах 124-18 мм и при радиальных зазорах соответственно 6 = 0,44-2,5 мм. На черт. 1 в области справа от линии М - М уплотнение типа В предпочтительнее уплотнения типа Б. Сдваивание коротких гребней при меньших значениях осевого разбега (в области слева от линии М-М, черт. 1) приводит к росту протечек на 10-20%, но допускается, если в рабочем положении против выступа располагается только один гребень, а второй свисает против хода пара.
2.6. Комбинированное ступенчатое уплотнение с чередующимися гребнями ротора и статора (тип Г)
2.6.1. Высота гребней комбинированного уплотнения должна составлять от одной четверти до половины осевого разбега (с/4^Л^с/2).
2.6.2. Комбинированное уплотнение предпочтительнее уплотнений с выступами при радиальных зазорах 6^1 мм. Область предпочтительного применения комбинированного уплотнения на черт. 1 расположена выше линии N - N и правее линии Р - Р, а в табл. 3 обозначена буквой Г. Протечки в уплотнении типа Г пропорциональны 8 0 ’ 7 .
2.7. Гарантированно-бесконтактное уплотнение (тип Д)
2.7.1. Гарантированно-бесконтактное уплотнение имеет регулярно чередующиеся гребни ротора и статора. Радиальный зазор между кромками гребней и дном лабиринтных камер соизмерим с высотой гребней. Уплотнительным зазором, определяющим протечку, является осевой зазор a = t - Ъ, который примерно вдвое меньше радиального. При осевых смещениях роторных гребней от среднего положения протечки в уплотнении Д уменьшаются. Оптимальная форма камеры - квадратная, т. е. высота гребней равна осевому разбегу (h = c). Величину просвета следует принимать равной примерно пяти сотым от высоты гребня (6--h«0,05 с).
Изменение просвета в пределах 0^8- /г^0,15с практически не изменяет протечки (кривая Л/с = 1 на черт. 37). Появление перекрыши и особенно ее увеличение за пределы 6 - h< - 0,05сувели-чивает протечку. Увеличение просвета за пределы 6 - Л>0,15 приводит к резкому возрастанию протечки из-за перехода от зигзагообразного характера течения к прямоточному.
2.7.2. Гарантированно-бесконтактное уплотнение предпочтительнее прочих, если необходимы большие радиальные зазоры и допустимы сравнительно небольшие осевые разбеги. При осевых разбегах с = б4-12 мм уплотнение типа Д предпочтительнее комбинированного типа Г с радиальными зазорами соответственно 6=1,74-3,0 мм, лучше уплотнения с выступами и чередующимися короткими и длинными гребнями (типа Б), имеющего радиальные зазоры 6=1,04-2,0 мм, превосходит уплотнение с выступами и сдвоенными гребнями типа В при радиальных зазорах в нем 6 = 0,84-1,6 мм и экономичнее прямоточного уплотнения типа А при зазорах в последнем 6^0,7 мм. Область предпочтительного применения гарантированно-бесконтактного уплотнения обозначена в табл. 3 буквой Д. При сравнении с уплотнениями типов Б, Г и А эта область на черт. 1 расположена левее линий О - О, Р - Р и R - R соответственно.
2.7.3. Достоинством гарантированно-бесконтактного уплотнения типа Д является его нечувствительность к радиальным расцентровкам, которые в других типах"уплотнений, и особенно в прямоточном (типа А), приводят к задеваниям, изменению протечек, эффекту центрирования и газодинамического возбуждения автоколебаний ротора.
2.7.4. Для разновидности уплотнения типа Д с перекрышей кромок гребней ротора и статора (уплотнение ТМЗ) оптимальные соотношения размеров представлены на черт. 3. При симметричном исполнении элементов ротора и статора (6i = 6 2 = 6, h\ = h 2 = h) и равных осевых зазорах (Ci = c 2) эти соотношения имеют вид:
А~0,7 . . . 1,45 (с,+ с 2 + 6); о 0,8 . . . 0,9А^0,55 . . . 1,25^ + с, + Ь).
PTM 108.020.33-86 С. 7
При изменении радиального зазора в уплотнении ТМЗ протечки меняются незначительно, благодаря чему оно не возбуждает низкочастотных автоколебаний ротора.
2.7.5. Уплотнение типа Д со сквозным просветом между кромками гребней ротора и статора (уплотнение ЦКТИ, черт. 4) формально является прямоточным, однако по зигзагообразному характеру течения и наличию ограничений в осевом разбеге ротора его, как и уплотнение ТМЗ, следует отнести к ступенчатым. Оптимальная форма его камеры-квадратная (h^c). Величину просвета следует принимать равной б - h « 0,05с, откуда б « 1,05 h ~ 1,05с.
Изменение просвета в пределах б - h = (-0,05... + 0,15)с практически не изменяет протечки (кривая h/c= \ на черт. 37), что благоприятно в отношении виброустойчивости ротора: за пределами указанного диапазона протечка увеличивается (особенно при увеличении просвета - из-за перехода к прямоточному характеру течения).
3. КОНСТРУКЦИЯ УПЛОТНЕНИЙ С РАДИАЛЬНЫМИ ЗАЗОРАМИ
3.1. Требования надежности
3.1.1. Выбор конструктивного исполнения уплотнений с радиальными зазорами производится с целью облегчения последствий вероятных радиальных задеваний между вращающимися и неподвижными элементами, для чего должны быть удовлетворены следующие требования эксплуатационной надежности:
безотказность, т. е. задевания в уплотнениях не должны приводить к вынужденному останову турбомашины, особенно с последующей заменой ротора или основных деталей корпуса;
долговечность, т. е. возможно меньшие износ или повреждаемость элементов уплотнения;
ремонтопригодность, т. е. простота замены изношенных или поврежденных деталей.
3.2. Конструкция уплотнительных элементов
3.2.1. Уплотнительные гребни следует выполнять отдельно от вала или корпуса (с применением зачеканки, на сменных деталях), что дает возможность заменять их в случае повреждения. Выполнение уплотнительных гребней как одно целое с валом или корпусом не рекомендуется. Вынужденное несоблюдение этой рекомендации должно компенсироваться повышением податливости статорных элементов или увеличением установочного радиального зазора на величину, равную исходному значению (п. 2.1.3).
3.2.2. Уплотнительные гребни могут располагаться как в статоре, так и на роторе. Уплотнения с гребнями только на роторе надежнее предохраняют вал от погиба. При наличии гребней в статоре для обеспечения надежности на случай задеваний рекомендуется предусматривать температурную компенсацию ротора в виде тепловых канавок на валу, насадных втулок с тепловыми зазорами, уступов и т. п., обеспечивающих свободу тепловых расширений нагреваемых от трения элементов. При вынужденном невыполнении этой рекомендации следует увеличить радиальный зазор на величину, равную исходному значению. Наиболее ремонтопригодными являются уплотнения с гребнями только в статоре, особенно на сменных деталях.
3.2.3. Конструкция крепления статорных деталей уплотнения может быть жесткой или гибкой (на пружинах). Жесткая конструкция не рекомендуется при наличии уплотнительных гребней в статоре и при гибкой конструкции вала, когда рабочая частота его вращения выше критической. Вынужденное применение жесткой конструкции в этих случаях должно компенсироваться соответствующим увеличением установочной величины радиального зазора (см. п. 3.2.4).
3.2.4. Условия применимости основных конструктивных типов лабиринтных уплотнений с радиальными зазорами сведены в табл. 4. На уплотнения ЦКТИ и ТМЗ эти условия не распространяются, так как у них уплотняющими являются осевые зазоры, а максимальная величина радиальных зазоров не лимитирована, и поэтому взаимные радиальные смещения ротора и статора для них не опасны.
|
Таблица 4 Условия применимости основных конструкций лабиринтных уплотнений с радиальными зазорами |
||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
Примечание. Вынужденное невыполнение каждого из названных условий должно компенсироваться увеличением радиального зазора на величину, равную исходному значению. |
||||||||||||||||||
Рекомендуемые варианты конструктивного исполнения уплотнений с радиальными зазорами показаны в табл. 5. Варианты 1-6 представлены ступенчатыми уплотнениями типа Б и Г. Однако они легко трансформируются в прямоточные типа А или в ступенчатые типа В с увеличенным числом коротких гребней. Известное «елочное» ступенчатое уплотнение (п. 7 табл. 5) сравнительно более
1. Жесткое уплотнение с зачеканенными гребнями в роторе (рекомендуется для жесткого вала; при использовании с гибким валом требует увеличения зазора б)
Лучшая сохранность гребней ротора за счет приработки может быть достигнута и путем использования мягких, легко изнашивающихся вставок или покрытий статора (см. п. 3.4.3). Для пре-
Величина с соответствует осевому разбегу в точностью до толщины гребня Ь г.