Обґрунтування конструкційних параметрів безконтактних ущільнюючих елементів
Автор: Кочетов Богдан Зіновійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Безконтактні ущільнення функціонують завдяки механічному впливу обертових і нерухомих елементів на ущільнювану рідину, що створює опір у зоні ущільнення та знижує витоки рідини з камери високого тиску в камеру низького тиску. В окремих випадках у зоні ущільнення створюється протитиск, що дозволяє досягати нульових витоків рідини. Низькі втрати на тертя, висока надійність і довговічність у роботі, які не змінюються зі збільшенням частоти обертання, роблять безконтактні ущільнення перспективними для використання в сучасних машинах і апаратах. Розвиток і використання безконтактних ущільнень стримувалося через їхній основний недолік: витоки рідини через зону ущільнення при нульових частотах обертання ущільнювального валу. Тому поява комбінованих ущільнень, які поєднують позитивні якості безконтактних і контактних ущільнень, відкрила нові перспективи для їх використання в сучасній техніці. Це створило можливість розробки високоекономічних машин і апаратів з високим рівнем надійності і тривалою працездатністю. створення ущільнення з мінімальним витоком рідини вимагає збільшення його габаритних розмірів, що призводить до підвищених енергетичних витрат на створення ущільнювального ефекту. З іншого боку, забезпечення високого ступеня надійності ущільнення можливе лише при збереженні певного перетікання рідини через ущільнення. Отже, для задоволення вимог до конструкції ущільнень потрібен різний підхід до їх конструкторського оформлення. Оптимальне конструювання, яке відповідає одному або кільком завданням, можливе лише за умови правильного розуміння факторів, що впливають на роботу та характеристики ущільнень. Використання теоретичних методів або методів, заснованих на експериментальних та експлуатаційних дослідженнях, дозволяє зв’язати критерії якості та надійності ущільнення з його гідродинамічними характеристиками. Це дає можливість ефективно використовувати ці настільки різнорідні фактори в конструкторських рішеннях. Об’єкт дослідження: безконтактні ущільнення обертового руху. Предмет дослідження: конструктивні параметри елементів безконтактних ущільнень обертового руху. Мета дослідження: вивчення впливу геометричних, конструктивних та технологічних параметрів елементів елементів безконтактних ущільнень обертового руху на ефективність процесу герметизації, що забезпечує довготривалий ресурс роботи ущільнення при мінімальних витоках гнрметизованого середовища. Дослідження міцнісних характеристик елементів безконтактних ущільнень обертового руху з метою оптимізації геометричних та конструктивних параметрів пристрою. В першому розділі роботи наведені такі переваги застосування безконтактних ущільнень у сфері герметизації елементів машин як: менше зношування, це значно подовжує термін служби ущільнень; мінімізація втрат завдяки високій герметичності; зниження тертя, що покращує енергоефективність; зниження тепловиділення; стійкість до агресивних середовищ; зменшення вібрацій. В другому розділі роботи проведено аналіз характеристик, що описують особливості руху рідини в кільцевих щілинах ущільнення, які можуть бути визначені за допомогою тривіальних розв’язків рівнянь Нав’є-Стокса. На основі цих розв’язків встановлено взаємозв’язок між гідродинамічними характеристиками безконтактного ущільнення та його геометричними параметрами. Отримані залежності для розрахунку кільцевих безконтактних ущільнень та визначення їх гідродинамічних параметрів у граничних випадках, коли одна зі стінок безконтактного ущільнення не обертається. Проте в реальних умовах роботи безконтактного ущільнення одна з його стінок завжди обертається. Це призводить до трансформації епюри швидкостей робочої рідини в щілині безконтактного ущільнення залежно від співвідношення колових і осьових складових швидкості обертання, а також від того, яка зі стінок безконтактного ущільнення обертається. Проведений в роботі аналіз напружено-деформованого стану імпелера безконтактного спіралевого ущільнення надав можливість оптимізувати його конструктивні параметри Отримані в роботі проектні рішення та відповідні досліджень вказують на їх та доцільність використання на практиці. Ключові слова: ущільнення, герметичність, безконтактне ущільнення, дослідження, експеримент, розрахунок, конструювання, дослідження, оптимізація, комп’ютерний інжиніринг.