Контрольная работа: Розрахунок торцевих ущільнень

де та - коефіцієнти теплопровідності ущільнювальної рідини та зовнішнього середовища (повітря). Відношення тепловіддачі в повітря та рідину, що входить у формулу (24), з урахуванням того, що набирає вигляду

Оскільки коефіцієнт теплопровідності та число Нуссельта Nu₂ , для повітря значно менші, ніж для рідини, у багатьох випадках відношенням В₂ /В₁ у формулі (24) можна знехтувати у порівнянні з одиницею і для оцінки температури в парі тертя користуватися спрощеною формулою

t ₀ = t ₁ + N_c / B ₁ . (36)

Із формули (24) видно, що для зниження температури в парі тертя необхідно зменшувати втрати потужності на тертя та збільшувати сумарне тепловідведення за рахунок інтенсифікації перенесення тепла (збільшення чисел Нуссельта), збільшення коефіцієнтів теплопередачі та поперечних перетинів кілець. Довжина кілець входить лише в аргумент гіперболічного тангенса, граничним значенням якого є одиниця. Оскільки для ml = 1,6 th ml = 0,9217 , тобто близький до граничного значення, то подальше збільшення аргументу за рахунок довжини кільця неефективне. Доцільність тих або інших способів зниження температури в зоні контакту повинна визначатися стосовно конкретних умов експлуатації.

Для виконання теплового розрахунку ущільнень необхідні коефіцієнти, що характеризують фізичні властивості рідин та газів, які омивають поверхні ущільнювальних кілець.

Динамічний коефіцієнт в'язкості та коефіцієнт теплопровідності газів можна оцінити наближеними формулами Сезерленда, якщо нехтувати їх незначним збільшенням із зростанням тиску (при тиску до 20 МПа ):

(37)

де Т - абсолютна температура, Т₀ = 273 К ; - в'язкість та теплопровідність при атмосферному тиску та температурі °С;
Т _s - постійна.

Кінематичний коефіцієнт в'язкості, а густина газу залежно від тиску та температури визначається за формулою Клаперона

Коефіцієнт об'ємного теплового розширення для газів

Таблиця 5

У таблиці 5 наведені значення фізичних постійних, а також постійної Сезерленда для деяких газів при атмосферному тиску. Фізичні властивості води та деяких рідин при тиску насичення представлені в таблиці 6, а залежність температури водяного насиченого пара від тиску - в таблиці 7. Орієнтовні значення коефіцієнтів, що характеризують фізико-механічні властивості матеріалів, використовуваних для пар тертя торцевих ущільнень, наведені в таблиці 8.

Таблиця 6

Таблиця 7

Таблиця 8

Для ілюстрації викладеного методу розрахунку як приклад оцінимо тепловий стан механічного торцевого ущільнення, розрахункова схема якого близька до показаної на рисунку 11 б.

1. Початкові дані. Геометричні параметри:

r _с = 39·10^{-3 м} , r _{a 1} = r_b1 r_c r₁ , r _{a 2} = r_b2 = r₂ = 55·10^{-3 м} , в_с = l_a = 40·10^{-3 м} , l_b = 30·10^{-3 м} , h ₀ = 2·10^{-3 м,} k = 0,7.

Експлуатаційні параметри:

Фізичні характеристики: матеріал кілець - обпалений графіт 2П-1000-Ф, просочений фенолформальдегідною смолою; ; ущільнювальна рідина - вода, t = 40°С - стала в камері ущільнення температура, v = 6,59·10^-7 м² /с, = 6,66·10^-4 Н·с/м² ; 10³ кг/м³ ; , 1/º C ; навколишнє середовище - повітря; t₂ = 20°С , v₂ = 1,57·10^-5 м² /с; ₂ = 2·10^-5 Н·с/м² ; = 1,29 кг/м³ , = 0,0278 Вт/(м·°С), = 3,41·10^-3 1/ºС , с_р2 = 1,02·10³ м² /(с² ·ºС).

2. Обчислення контактного тиску та втрат потужності на тертя. За формулою (8), якщо F _п - F_m . Оскільки, р_с > 0,65 МПа , можна припустити, що f =0,08. S_c = 7,35·10^{-4 м2} , та за формулою (13) - N_с = 963 Вт .

3. Обчислення безрозмірних критеріїв. Для рідини Орієнтовно візьмемо середню температуру кільця , тоді . Якщо одержана у результаті розрахунку середня температура кільця виявиться істотно відмінною від прийнятої, то розрахунок потрібно буде повторити з уточненим значенням . При Для повітря .

4. Обчислення параметрів m , В . За формулами (34) та (35) знаходимо