Уплотнения аппаратов химических производств

Основные условные обозначения:

f - коэффициент трения; dв - диаметр уплотняемого вала, м;

Р - давление, Па; h, s, di - размеры уплотнения, м; Fi - гидравлические силы нагружения; N - потребляемая мощность, Вт; n - частота вращения вала, об/мин; K - коэффициент; М - момент сил, Н.м.

Расчет торцевого уплотнения

Расчет складывается из определения мощности, затрачиваемой уплотнением, и подбора пружин для обеспечения его герметичности.

1. Эффективный диаметр

dэ = (dв + 3О) . 10-3 .

2. Давление смазочной жидкости

pж = (рp + 0,2) . 106 .

3. Контактное давление в пазах рк, Па определяется в зависимости от рж, Па (табл. 11).

Таблица 11

Зависимость контактного давления и коэффициента трения

в паре от давления уплотняемой среды

Рж , Па. 106

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

3,2

3,6

Рк , Па. 106

0,35

0,45

0,6

0,7

0,8

0,95

1,05

1,15

1,3

f

0,085

0,080

0,070

0,065

0,060

0,058

0,055

0,052

0,050

4. Усилие страгивания резинового кольца 4 для верхней пары Т, Н (рис. 10) определяется в зависимости от диаметра уплотняемой втулки dэ, мм и избыточного давления в полости, уплотняемой кольцом, рж, Па ( рис. 9).

5. Диаметры рабочего пояска

. 10-3,

. 10-3.

Рис. 9. Зависимость усилия страгивания колец из резины от диаметра вала dВ при различных давлениях уплотнения

Рис. 10. Уплотнение колец пары трения резиновыми кольцами (1, 2) и резиновыми кольцами во фторопластовых манжетах (3, 4)

6. Сила пружин определяется следующим образом;

поскольку

,

где Fрж - сила, действующая со стороны смазочной жидкости, Н; Fрр - сила, действущая со стороны рабочей среды в аппарате, Н; Fпр - сила пружин, Н; Fr - сила, раскрывающая уплотняющий зазор, Н; Т - усилие стягивания, Н,

то

Fпр = рк + Т + Fr - - Fрж - Fрр,

Fr = ,

Fрж = рж

  • где d1, d2, dэ - диаметры рабочего пояска и втулки, м.
  • Поскольку в двойном торцовом уплотнении с противодавлением смазочной жидкости верхняя пара работает при большом перепаде давлений, расчет проводят только для верхней пары, т.е.

    Fрр = 0.

    7. Количество пружин должно быть кратно 4 (т.е. 4,8,16,...), их основные параметры выбираем в зависимости от силы пружин (табл. 12) с тем учетом, чтобы выбранные пружины обеспечивали постоянное контактное давление в паре, т.е.

    Fmax . nпр . Fпр,

    где Fmax - нагрузка пружины, Н; nпр - количество пружин.

    8. Мощность, потребляемая торцовым уплотнением.

    Мощность, потребляемая торцовым уплотнением, затрачивается на преодоление сил трения в пазах трения и сил трения элементов, вращающихся в смазочной жидкости. Угловые скорости валов перемешивающих устройств не превышают 50 с-1, заметные потери мощности на трение элементов, вращающихся в жидкости, появляются при угловых скоростях более 400 с-1. Поэтому можно принять, что потребляемая мощность полностью затрачивается на преодоление сил трения в пазах.

    8.1 Угловая скорость вращения вала

    .

  • где n - частота вращения вала аппарата, об/мин.
  • 8.2 Момент сил трения (Н? м) в паре

  • Мт = f. pk? dв2 .104 ,

  • где f - коэффициент трения (табл. 12); pк - контактное давление в паре, Па; dв - диаметр уплотняемого вала, м.

    8.3 Потребляемая мощность:

    N = MT . w .

    Таблица 12

    Значения основных параметров пружин сжатия из

    проволоки П (ГОСТ 9389 - 75), применяемых в уплотнениях химических аппаратов

    Диа-метр прово- локи

    d,

    мм

    Наруж-ный диаметр пружины

    DН,

    мм

    Шаг

    пру-жины

    t,

    мм

    Число рабо-чих

    витков

    nр

    Жест-кость пружи-ны

    Z,

    Н/мм

    Нагруз-ка пру-жин

    Fmax,

    Н

    Деформация одного витка,

    hmax,

    мм

    Сжа-тие

    пру-жины

    Hmax,

    мм

    Длина пружины в свободном состоянии,

    L, мм

     

    7

    2

    17

    6,1

    82,7

    0,8

    13,6

    35

       

    2,25

    25

    1,7

    43,8

    1,05

    26,2

    57,5

    1,2

    9

    2,5

    11

    14

    19

    3,8

    3

    2,2

    54,6

    55,3

    55,7

    1,3

    1,3

    1,3

    14,3

    18,2

    24,7

    29

    36

    48,5

     

    10

    2,5

    10

    12

    21

    11

    8,9

    5,1

    97

    96,3

    96,3

    0,9

    0,9

    0,9

    9

    10,8

    18,9

    26,5

    31,5

    54

    1,6

    11

    2,5

    13

    19

    25

    5,9

    4

    3

    68,6

    68,6

    68,6

    0,9

    0,9

    0,9

    11,7

    17,1

    22,5

    34

    49

    64

     

    13

    3

    11

    16

    3,9

    2,6

    59,8

    68,6

    1,4

    1,4

    15,4

    22,4

    34,5

    49,6

     

    11

    3

    14

    15

    21

    24

    15,3

    14,3

    10,2

    8,9

    214,2

    214,8

    214,2

    214,2

    1

    1

    1

    1

    14

    15

    21

    24

    44

    47

    65

    74

    2

    13

    3

    16

    7,3

    117,7

    1

    16

    50

     

    14

    3,5

    10

    15

    27

    9

    6

    3,3

    135,4

    134,6 135,1

    1,5

    1,5

    1,5

    15

    22,5

    40,5

    37

    54,5

    96,5