HighExpert.RU

Расчет торцевых уплотнений

Важной составляющей при проведении опытно-конструкторских работ, а также при модернизации уплотнительных узлов оборудования является расчет торцевых уплотнений [далее также опытных образцов, прецизионных изделий]. Такие инженерные расчеты позволяют оценивать характеристики опытных образцов для различных геометрических размеров их деталей, размеров камеры оборудования в котором они устанавливаются, с учетом изменения физических свойств рабочей жидкости в процессе эксплуатации.

расчет торцевого уплотнения распределение температуры по сечениям колец
Распределение температуры по сечениям колец пары трения (визуализация модулем VIS_HTC_FDM).

расчет торцевого уплотнения распределения давления в зазоре пары трения
Распределение давления по рабочему пояску пары трения (визуализация модулем VIS_Re_MKM).

При конструировании опытных образцов торцевых уплотнений проводят:
  • гидравлические расчеты;
  • теплотехнические расчеты;
  • прочностные расчеты [в том числе, с применением метода конечных элементов];
  • термодинамические расчеты;
  • критериальные расчеты;
  • моделирование;
  • и другие.
На основе результатов этих расчетов делают определённые выводы, изменяют те или иные размеры элементов и деталей уплотнений, их взаимосвязь, конструктивное расположение и, если необходимо, проводят эти расчеты повторно.

На этапах проектирования и подбора торцевого уплотнения, также рассчитывают [проверяют] характеристикаи упругих элементов [пружин] и вторичных уплотнений и размеров под их установку, например в виде резиновых колец круглого сечения и(или) резиновых манжет.

Программный комплекс MSLC

Программные комплексы для расчета параметров уплотнений и их деталей имеют, в большинстве случаев, только профессионально работающие компании в области уплотнительной техники. Нами разработан и совершенствуется программный комплекс Mechanical Seals Library Complex Software (MSLC). Основу этого программного комплекса составляет библиотека MSL [в том числе сборка для Mathcad], реализованная на языке программирования C++ на основе разрабатываемых нашей группой инженеров расчетных методиках. Математическая модель расчета параметров торцевого уплотнения, реализованная для модулей программного комплекса MSLC, основана на том, что оно имеет внутреннее или наружное расположение. Компьютерное моделирование характеристик этих прецизионных опытных изделий возможно при варьировании величин давлений и температур рабочей среды в достаточно широких пределах, а также задании практически любой по сложности геометрии сечений колец пары трения.

⇒ Бессеточный метод на основе радиальных базисных функций для численного решения уравнения Рейнольдса применительно к торцовому уплотнению вала

⇒ Проверка функций библиотеки MSL для расчета параметров торцовых уплотнений в Mathcad

распределение температуры по кольцам пары трения торцевого уплотнения
Встроенный в библиотеку MSL модуль HTC_FDM позволяет моделировать распределение температуры по сечениям колец пары трения. Модуль визуализации VIS_HTC_FMD сохраняет результаты моделирования в графические файлы. Для выполнения расчетов возможно задание различной геометрии колец пары трения торцевого уплотнения. Разбиение геометрической модели сечений колец пары трения проводится автоматически с заданной точностью. Характеристики сечения колец пары трения (статические моменты инерции, моменты инерции, координаты центра тяжести сечений этих колец и др.) также определяются в библиотеке MSL и затем используются в последующих расчетах, в частности, для уточнения деформаций.

Распределение давления рабочей жидкости в зазоре пары трения торцевого уплотнения
Коэффициент распределения полного давления рабочей жидкости в зазоре пары трения торцевого уплотнения (при раскрытии наружного диаметра он стремится к единице), зависит от характеристик рабочей среды и геометрии рабочих поверхностей колец пары трения - определяется в математической модели решением дифференциальных уравнений, содержащих функцию распределения статического (или полного) давления рабочей жидкостии в зазоре пары трения. Среднее статическое (или полное) давление в зазоре пары трения определяется в результате интегрирования функции распределения давления в зазоре между этим рабочими поверхностями колец. Распределение статического давления рабочей жидкости в зазоре пары трения торцевого уплотнения находится в результате решения системы уравнений: Рейнольдса, неразрывности, и других как для осесимметричной задачи в одномерном случае с учётом гидродинамических сил (ранее в библиотеке MSL версий 1.xx).

Распределение давления рабочей жидкости в зазоре пары трения торцевого уплотнения с микроканавкой
Для двухмерной постановки задачи используется модуль Re_MKM, расчёты проводятся с применением современных бессеточных методов решения уравнения Рейнольдса [с учётом возможной кавитации], и связанных дифференциальных уравнений с варьированием высоты зазора рабочих поверхностей колец пары трения, возможной её конфузорности, диффузорности и(или) волнистости, а также наличия микроканавок различной геометрической формы. Модуль визуализации VIS_Re_MKM сохраняет результаты моделирования в графические файлы, в которых распределение давление показано на реальной криволинейной поверхности рабочего пояска пары трения.