Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76


t......}



Рис. 13.12. Схема охлаждения торцового уплотнения с использованием внутреннего щелевого уплотнения

поверхность и тем самым повысить температурный предел уплотнения. Например, такие уплотнения фирмы «Борг Уорнер» (США) работают при температуре до 275°С.

Важным конструктивным элементом в данной системе охлаждения является нагнетательный элемент, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости. Практика показала невысокую эффективность радиальных канавок А (рис. 13.13, а). Их эффективность повышается, если канавки Б открыты с торца, а напорная полость В выполнена эксцентричной (рис. 13.13,6) или использована система отверстий Г (рис. 13.12, в). Наиболее эффективным нагнетательным элементом является лабиринтно-винто-вой импеллер (см. гл. 12), который может обеспечивать подачу охлаждающей жидкости до нескольких сотен литров в минуту (рис. 13.14) [18].

Торцовое уплотнение типа ТП с принудительной циркуляцией перекачиваемой жидкости через камеру уплотнения (рис. 13.15) применяют для жидкостей с температурой -Ь 80... -Ь 150 °С. Циркуляция осуществляется с помощью встроенного импеллера 2 по системе: камера уплотнения - теплообменник 1 - камера уплотнения. По данным ВНИИнефте-маша, в зоне уплотнения поддерживается температура 80 °С при расходе воды через внешний холодильник 0,4 - 0,6 м>.

Схему с закрытым контуром циркуляции через встроенные в корпус агрегата холодильники используют при температуре жидкости до 400° С. В таких конструкциях охлаждающая и перекачиваемая жидкости полностью разделены, поэтому ограничений по их совместимости не накладывают.

Для уплотнений с сальниковой набивкой циркуляция охлаждающей жидкости через корпус малоэффективна, так как зона трения, в которой выделяется теплота, изолирована от охлаждающей жидкости набивкой.

С. Уилкинсон провел сравнение различных способов охлаждения торцового уплотнения с встроенными холодильниками (рис. 13.16). Осуществлялось охлаждение камеры уплотнения и неподвижного кольца пары трения. Охлаждение полого кольца пары трения является наиболее эффективным (рис. 13.17), однако при этом значительно усложняется конструкция неподвижного кольца. Конструктивно проще и достаточно эффективен способ охлаждения путем

Zip, МПа



Рис. 13.1.3. Конструкции наг пега гс.чьпых иемснтов

4) г

0,1 П1

,,v=60m

.Л=20м1с " t-

Таблица 13.10 Размеры, мм, уплотнения типа ТВ*

Уплотнение

ТВ9А

ТВ9Б

ТВ9В

ТВ13

ТВ14А

1, дмУм,

Рис. 13.14. Характеристика лабиринтно-винтового импеллера

циркуляции охлаждающей жидкости через камеру уплотнения. Одновременное охлаждение камеры уплотнения и неподвижного кольца пары трения не дает значительного снижения температуры в сравнении с предыдущими вариантами.

ВНИИнефтемаш в центробежных нефтяных насосах для жидкости с температурой -1-80... --400°С применяет узел торцового уплотнения типа ТВ с двумя


* Размеры базового торцового уплотнения типа Т приведены в табл. 9.16.

контурами циркуляции: нефтепродукта через уплотнение и выносной холодильник и охлаждающей воды через специальный теплообменник I, расположенный между рабочим колесом и торцовым уплотнением (рис. 13.18, табл. 13.10). Такой теплообменник подобен тепловому барьеру, уменьшающему приток теплоты в зону торцового уплотнения.

Расход охлаждающей воды на одно торцовое уплотнение для встроенного и выносного холодильников составляет 1,0-1,5 мч. При этом в зоне уплот-

3® ®«


Рис, 1.3.16, Конструкция встроенных холодильников (/-4 - термопары)

Рис. 13.15. Торцовое уплотнение типа ТП для нефтяных насосов: а - нефтепродукт; о - охлаждающая жидкость



ZOO t,= П7С 150

50

tzt,U I

tzUU

Рис. 1.3.) 7. Диаграмма эффективности охлаждения встроенными холодильниками: /-бе) охлаждения; II-с охлаждением камеры; III - с охлаждением неподвижного кольца; IV-с охлаждением камеры и мемолвижного кольца


Рис. 13,18. Торцовое уплотнение типа ТВ для нсфчяных насосов:

« - пефтсиролук!: Л - охлаждающая жидкость

нения поддерживается температура 80 °С.

К недостаткам системы охлаждения с замкнутым контуром следует отнести возможность отказа уплотнительного узла при перебое в подаче охлаждающей жидкости или при снижении расхода, что возможно при образовании накипи в каналах и питающих трубах.

Чтобы избежать образования накипи, необходимо проводить специальную подготовку воды.

Л. Херщи провел расчеты стоимости расхода охлаждающей воды в зависимости от системы охлаждения. Результаты расчетов свидетельствуют о том, что при работе уплотнений в жидкостях с одинаковой температурой системы с циркуляцией по замкнутому внещнему контуру более экономичны, чем системы с закрытым контуром циркуляции через встроенный холодильник.

13.4. Комплексы для сред

с высоким содержанием твердых

включений

Такие комплексы состоят из торцового или другого типа уплотнения, как правило, специально не предназначенного для работы в средах с твердыми включениями, внутреннего вспомогательного уплотнения и системы, обеспечивающей снижение концентрации твердых включений перед основным уплотнением.

По конструкции систем, обеспечивающих снижение концентрации, уплотнительные комплексы можно разделить на два типа: с внешними и внутренними системами.

Уплотнительные комплексы первого типа конструктивно сложнее И требуют больших эксплуатационных затрат.

Внутренним вспомогательным уплотнением уплотнительных комплексов для сред с твердыми включениями обычно является дроссельная втулка из металла или графита. Ее используют, когда допускается расход затворной жидкости свыше 0,2 м/ч. Установка такой втулки в грунтовых насосах (рис. 13.19) позволяет обеспечивать достаточно надежную работу уплотнения. Расходы воды из водопровода технических нужд для насоса ГрТ 1600/50 при перепаде давлений 0,1 МПа (давление воды превыщает давление гидросмеси перед уплотнением) составляет примерно 1 % расхода насоса.


Рис. 13.19. Уплотнительный узел грунтового насоса с внутренним вспомогательным уплотнением

В аппаратах с перемешивающими устройствами дроссельную втулку устанавливают в непосредственной близости от стыка пары трения (рис. 13.20). Втулки жестко фиксируют в корпусе со сравнительно большими радиальными зазорами относительно вала (0,12 - 0,25 мм для графитовых втулок, 0,8 мм для металлических), что предотвращает задевание валом неподвижной втулки, несмотря на прогиб вала, его эксцентриситет и неточности изготовления деталей. Фирма «Флексибокс» (Англия) использует подобные конструкции для гидросмесей с объемной концентрацией твердых включений до 25 %.

Для минимизации подачи затворной жидкости в перекачиваемую среду при-

меняют различные типы самоустанавливающихся (плавающих) втулок (рис. 13.21, а) или втулки с манжетными кольцами (рис. 1-3.21, б).

Плавающую втулку устанавливают с минимальным зазором относительно вала (0,01 мм на каждые 10 мм диаметра вала) и фиксируют в корпусе лишь от проворота. При такой установке втулки в корпусе она получает возможность свободно перемещаться в радиальном направлении в соответствии с биениями и прогибами вала, в связи с чем устраняется опасность соприкосновения вращающегося вала с неподвижной втулкой.

Эффективность работы плавающей втулки зависит от герметичности ее уплотнения по торцу. Пока поверхность торца камеры ровная (не имеет следов коррозии и эрозии) и сохраняется определенный перепад давлений рабочей и затворной жидкостей, расход затворной жидкости остается небольшим. Сократить подачу затворной жидкости можно также с помощью подпружиненных V-образных манжетных колец (см. рис. 13.21, б), хотя они и менее надежны в работе, чем плавающие втулки, и допускают большие потери затворной жидкости.

Успешная работа уплотнений с защитными втулками и манжетами во многом определяется условиями эксплуатации:

40 30 10 10

О 0,02 0,06 0,10 Лр, МПа

о 0,02 0,06 0,10 Ар,МПа


Рис. 13.20. Торцовое уплотнение с внутренним вспомогательным Рис. 13.21. Конструкции вспомогательных уплотнений и их характе-уплотнением ристики



своевременностью подачи затворной жидкости, сохранением определенного перепада давлений затворной и рабочей жидкостей, что требует постоянного контроля за работой уплотнений, так как защитные устройства, являясь устройствами контактного типа, с течением времени изнашиваются. Это существенно усложняет эксплуатацию насосов и в значительной степени снижает эффективность таких защит.

Внешние системы, обеспечивающие снижение концентрации твердых включений перед основным уплотнением, можно разделить на две группы.

К первой группе относят системы, в которых чистая затворная жидкость подается от постороннего источника в камеру между внутренним вспомогательным и основным уплотнениями (рис. 13.22, а). В качестве затворной жидкости используют обычно воду из водопровода технических нужд. Если наложено ограничение по составу перекачиваемой жидкости, необходимо подбирать затворную жидкость, совместимую с перекачиваемой жидкостью.

Вторую группу составляют системы с выносными сепараторами-циклонами (рис. 13.22, б, в).

В некоторых отраслях промышленности при эксплуатации насосов стараются избегать попадания затворной жидкости в перекачиваемую среду. Иногда это объясняется химическим составом перекачиваемой жидкости, при


котором даже небольшое количество загрязняющего вещества может привести к изменению качества продукта, или дополнительными энергетическими затратами, связанными с последующим удалением затворной жидкости из продукта, например, при производстве цемента или глинозема в выпарных аппаратах. При ограничениях такого рода любые дросселирующие втулки независимо от того, насколько эффективный контроль перепада давлений они обеспечивают, становятся неприемлемыми.

Принцип работы сепараторов основан на действии центробежной силы, разделяющей гидросмесь, поступающую в сепаратор, на твердую и жидкую фазы.

Циклонный сепаратор (рис. 13.23) выполнен в виде конической камеры с входным патрубком а, установленным перпендикулярно оси корпуса и тангенциально его поверхности, и двумя выходными патрубками, расположенными на торцах сепаратора, один из которых (б) соединен со всасывающим патрубком центробежного насоса или дренажной системой, другой (в) - с камерой уплотнения.

Для успешной работы циклонного сепаратора необходимы следующие условия:

массовая концентрация твердых частиц в перекачиваемой жидкости не должна превышать 10%;

соотношение перепадов давлений на




Рис. 13.23. Циклонный сепаратор

входе и выходе должно оставаться в

пределах

Рн Рупл Рн - Рве

= 0,8... 1,2,

Рис. 13.22. Системы, обеспечивающие снижение концентрации твердых включений перед основным уплотнением

где р„ - давление на входе в циклонный сепаратор (обычно давление нагнетания насоса); рупл - давление очищенной жидкости (обычно давление в камере уплотнения); рвс - давление зашла-мованной жидкости (обычно давление всасывания насоса);

плотность твердых частиц должна быть больше плотности очищаемой

жидкости (утв > Уж);

максимальная кинематическая вязкость жидкости не должна превышать 2,5-10- mVc

Эффективность циклонного сепаратора по отделению твердых частиц резко увеличивается с перепадом давлений в нем. При перепаде давлений 0,35 МПа циклонные сепараторы удаляют 90 - 95 % частиц размером 5 мкм, 95 - 98% частиц размером до 15 мкм и 100% более крупных частиц. Расход жидкости через одиночный циклон при таком перепаде давлений составляет 4,5 л/мин (для очищенной жидкости 2,3 л/мин). В целях увеличения расхода очищенной жидкости фирма «Крейн Пекинг» (Англия) разработала многопозиционный циклонный сепаратор,

включающий шесть сепараторов, установленных в одном корпусе. Общий расход жидкости при перепаде давлений 0,35 МПа - 14 л/мин, очищенной 8,2 л/мин.

Применение циклонных сепараторов в значительной степени облегчает работу торцового уплотнения, но не позволяет полностью избежать абразивного изнашивания пар трения, которое происходит под действием оставшихся частиц размером 5 мкм и меньше. Кроме того, циклонные сепараторы, хотя и выполнены из износостойких материалов, также подвержены изнашиванию, з результате которого их эффективность снижается (а контроль за состоянием циклонов и, соответственно, эффективностью отсутствует).

Самым естественным решением по очистке жидкости от твердых включений было бы использование фильтров, устанавливаемых на трубопроводе, соединяющем напорный патрубок насоса с камерой уплотнения, однако ввиду отсутствия самоочищающихся фильтров такие конструкции не используют.

Внутренние системы. Наиболее перспективным и экономичным направлением по увеличению долговечности уплотнений является разработка устройств, снижающих концентрацию твердых включений перед уплотнением, устанавливаемых непосредственно в машине и не требующих дополнительного обслуживания, т. е. разработка систем автономного действия.

Самым типичным конструктивным решением этой проблемы является применение отбойных лопаток на заднем диске рабочего колеса насоса. Хотя основное назначение отбойных лопаток - снижение давления и, соответственно, осевых нагрузок, действующих на рабочее колесо, они способствуют и снижению концентрации твердых включений перед уплотнением. Эффективность отбойных лопаток возрастает с увеличением крупности твердых включений (концентрация снижается в десятки раз), но, к сожалению, отбойные



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76