Экспериментальный стенд для исследования эффективности щелевых уплотнений

БАХТИН Н. А., ТАКМОВЦЕВ В.В., ГАЛКИН И.С., КНИТУ-КАИ,
г. Казань

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ИЛЬИНКОВ А.В.;

д-р техн. наук, профессор ЩУКИН А.В.

В центробежных насосах и других агрегатах типа лопаточных машин в качестве рабочего тела используются различные жидкости или газы. При функционировании лопаточных машин возникает проблема обеспечения надежности, эффективности и заданного ресурса работы системы уплотнений. Они исключают или ограничивают проникновение жидкостей, газов или твердых частиц (например, атмосферной пыли) через соединения подвижных и неподвижных деталей.

Нарушение надежной работы уплотнения даже в одном соединении лопаточной машины может привести к потерям жидкости или повышенным утечкам воздуха или газа. В результате нарушается работа триботехнической системы или системы охлаждения. Завершающий этап этого процесса – возможный выход из строя всей лопаточной машины в целом.

Несколько лет назад авторами доклада были выполнены эксперименты по исследованию щелевых уплотнений серийного центробежного насоса, используемого для перекачки воды. На цилиндрическом участке покрывного диска рабочего колеса центробежного насоса наносилась система сферических выемок. Сравнительными исследованиями был установлен факт повышения эффективности таких уплотнений по сравнению с гладким щелевым радиальным уплотнением до 6 %. На предложенную конструкцию щелевого уплотнения был получен патент РФ № 143486.

Для исследования возможностей дальнейшего повышения эффективности щелевых уплотнений путем нанесения на цилиндрическую поверхность системы сферических выемок была изготовлена и отлажена экспериментального установка (рис.1). Она включала в себя цилиндрический ротор на двух опорах со сферическими выемками, корпус, электропривод с изменяемой частотой вращения ротора, водяной насос или компрессор (в зависимости от исследуемой среды), систему измерений режимных параметров и персональный компьютер.

Численные значения относительной глубины выемок составляли: (h/d) = 0,125; 0,25; 0,5. Относительная величина радиального зазора (H/d) = 0,06. Общий вид ротора с выемками представлен на рис. 2.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки

Рис. 2. Объект исследования – ротор со сферическими выемками на его цилиндрической поверхности

Рис. 3. Расходные характеристики щелевого уплотнения с гладким неподвижным ротором: значки – эксперимент; линия – расчет по формуле Блазиуса

Тестовые опыты на изготовленной установке проводились на гладком застопоренном роторе. Как видно из рис. 3, полученные опытные данные удовлетворительно (с относительной погрешностью, не превышающей ±4 %) согласуются с результатами расчетов по формуле
Г. Блазиуса для неподвижного щелевого канала.

УДК 621.31:004