Введение к работе
Актуальность темы. Надежность крупных лопастных насосов в значительной степени определяет устойчивость работы систем ирригации, водоснабжения, энергетики и рудообогащения. Одним из узлов, определяющих наработку на отказ этих насосов, является уплотнение вала. В настоящее время подавляющая часть таких насосов как в России, так и за рубежом, комплектуется сальниковыми уплотнениями. Это объясняется простотой их конструкции, возможностью замены уплотнителя без разборки агрегата, относительной нечувствительностью к неточностям монтажа, наличию абразивных частиц в жидкости, а также широким диапазоном применения по давлению и скорости скольжения.
Однако существующие конструкции сальниковых уплотнений имеют и существенные недостатки. Как показало обследование на местах эксплуатации, наработка до замены пакета набивки составляет, в среднем, 500 часов, а замена защитной втулки или ремонт вала производится через 3000-4000 часов. Это вызывает значительные эксплуатационные потери, связанные как с большим объемом работ по обслуживанию и ремонту, так и с простоями агрегатов большой единичной мощности, что снижает технико-экономические показатели всей эксплуатируемой системы.
Для повышения ресурсных показателей необходимо разработать научно обоснованные методы проектирования и критерии оценки конструкции узла и создать на этой основе типоразмерные ряды уплотнений, обладающих высокими показателями надежности.
Цель работы. Создание новых конструкций сальниковых уплотнений на основе сравнительного экспериментального исследования процесса герметизации, разработка и аналитическое исследование уточненной физической модели механизма герметизации сальникового уплотнения для оптимизации элементов конструкции.
Основные задачи исследования. В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие задачи: разработка классификации имеющихся и возможных конструктивных исполнений, узла и анализ факторов, определяющих его ресурс, выбор на этой основе вариантов
оптимизации конструкции уплотнения. Разработка методики и стендового оборудования для исследования физических характеристик процесса герметизации в исследуемых уплотнениях. Определение критерия оценки оптимальности и методики экспресс испытаний конструкцийсальниковых уплотнений. Разработка на основе проведенных экспериментальных исследований уточненной физической модели механизма герметизации сальникового уплотнения и ее аналитическое исследование с целью оптимизации размеров и физико-механических "характеристик уплотнителя. Создание, испытание и внедрение типоразмерных рядов оптимизированных конструкций для крупных насосов различного назначения.
Научная новизна. Разработана уточненная физическая модель механизма герметизации сальникового уплотнения, на основе аналитического исследования которой получены рекомендации по оптимизации конструкции и размеров узла. Разработан и исследован ряд новых конструкций сальниковых уплотнений, защищенных авторскими свидетельствами. Разработаны методика и стендовое оборудование для оценки оптимальности процесса герметизации в сальниковых уплотнениях различных конструкций.
Практическая ценность. Разработанные новые конструкции сальниковых уплотнений, защищенные авторскими свидетельствами, внедрены в серийно выпускаемых насосах, а также при модернизации установленного оборудования, что позволило повысить надежность крупных насосных агрегатов в ирригации, коммунальном хозяйстве, горнодобывающей и других отраслях промышленности. Разработанная автором уточненная физическая модель механизма герметизации уплотнения позволила с использованием современных численных методов оптимизировать размеры и физико-механические характеристики пакета уплотнителя. Разработан стандарт предприятия на типоразмерные ряды новых конструкций.
Автор защищает:
Новые конструкции сальниковых уплотнений с аксиально подвижным корпусом;
уточненную физическую модель механизма герметизации сальникового уплотнения;
зависимости оптимальных размеров пакета уплотнителя и физико-механических характеристик его материала от требований по удерживаемому перепаду давлений и герметичности;
методику и защищенное авторским свидетельством стендовое оборудование для оценки эффективности различных конструкций сальниковых уплотнений;
результаты сравнительных стендовых и промышленных испытаний разработанных конструкций сальниковых уплотнений.
Реализация работы. Разработанный на основе данной работы Стандарт предприятия СТП 06.51-5-76 "Насосы крупные динамические для воды. Уплотнения сальниковые" является руководящим при проектировании данных узлов. ПО Уралгидромаш в новых проектах использует данные уплотнения и применяет в серийно выпускаемых насосах.
Крупнейшие ирригационные системы внедрили данную конструкцию путем модернизации установленных насосов.
Экономический эффект от внедрения составляет более 3,3 млн. долларов США.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы * докладывались на научно-техническом Совете НПО Гидромаш (1976, 1981, 1985, 1995гг.), а также на следующих конференциях и совещаниях:
5 Международной конференции по уплотнениям (Дрезден, 1974г.);
6 Международной конференции по уплотнениям (Дрезден, 1978г);
Всесоюзной научно-технической конференции по гидромашино
строению (Сумы, 1978г);
Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути повышения надежности и унификации уплотнений роторов центробежных насосов и компрессоров" (Сумы, 1978г).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 статей, 2 обзора, 2 доклада, 3 тезиса докладов, получено 8 авторских свидетельств на изобретения, разработан Стандарт предприятия.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 161 страницу основного текста, 59 рисунков и 4 таблицы. Библиография включает 112 наименований. В приложении приведены расчеты экономической эффективности и акты внедрения.
