Пакер гидравлический ПГЯ-203-245

4 ПРОЧНОСТНОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ

    УСОВЕРШЕННСТВОВАННОГО  УПЛОТНЕНИЯ

 

4.1 Прочностной расчет

 

Спиральные канавки оптимальные  по условию максимума гидравлической осевой жидкости имеют следующие  конструктивные параметры:

a- входной угол канавок, ° . = 17,8 °;

H- безразмерная толщина жидкостного слоя в зазоре, Н= h₀ /h₁;

g- отношение ширины канавки к ширине пары канавки-перегородки по окружности, g= b₂ /(b₁+b₂) = 0,5;

b- отношение ширины канавки к ширине кольца, b= (r_g-r_b)= 0,723.

Определим число канавок, шт.

N= p ×L ×sin²a,      (4.1)

где L- рабочий коэффициент уплотнения

L= ,      (4.2)

где m- динамическая вязкость буферной жидкости, Па с;

       w- частота вращения вала. w= 50 с^-1;

       h₀- зазор между парой трения, мкм;

       p_f – давление буферной жидкости. p_f= 0,1 МПа.

В качестве буферной жидкости используется очищенная вода с динамической вязкостью 0,001 Па с.

Определим зазор между  парой трения, мм

h₀= ,       (4.3)

где h₁-глубина канавки. h₁= 1,25 мм.

h₀=

= 0,56 мм.

 

L=

=127,38.

Подставив в формулу (4.1) получим

N=

штук

Определим коэффициент  исправления границы канавок С_в:

 

,  (4.4)

 

где m-динамическая вязкость жидкости, МПа;

h₀- отношение ширины канавки, к ширине пары канавки перегородки по окружности, м;

       Н_к- безразмерная толщина жидкостного слоя в зазоре.

Н_к= ,      (4.5)

где h₁- глубина канавки, мкм.

Определим отношение  внутреннего радиуса к радиусу  канавок

      (4.6)

где     - радиус канавок, м.

 

Определим радиус канавок  , мм

 

,     (4.7)

 

где - внешний радиус кольца, мм;

      - внутренний радиус кольца,мм.

 

м.

 

Определим отношение  внутреннего радиуса к радиусу  канавок l

 

Подставляя в формулу(4.4.) найденные выше данные, получим

 

                      

 

 

4.2 Гидравлический расчет

 

По условию непрерывности  течения  , находим давление на радиусе канавок и течение обратного нагнетания буферной жидкости.

Давление  жидкостного слоя на радиусе к канавок является важнейшим параметром для ОНТУ. Уплотняемая среда утечет через торцовый зазор при < и уплотнение не будет работать. Утечка уплотняемой среды отсутствует при = и уплотнение обладает способностью герметизации. Утечка уплотняемой среды отсутствует, а малая буферная среда нагнетается в уплотняемую полость при > и уплотнение имеет прекрасную герметичность, которое совсем устраняет утечку уплотняемой среды и загрязнение окружающей среды.

 

            Определим давление на радиусе канавок, МПа

 

           (4.8)

где -давление уплотняемой среды на , МПа;

- давление буферной жидкости  на радиусе  , МПа;

А, В, С- конструктивные функции  гидродинамических канавок.

Давление, развиваемое насосом  ЦНС 90-1100 =18 МПа. Давление буферной жидкости  =0,1 МПа.

 

 

Рисунок 4.1- Гидравлическая схема уплотнительной пары трения

1. давление жидкостного слоя при Q_р>Q_s
2. давление жидкостного слоя при Q_р= Q_s

3- давление жидкостного  слоя при Q_s <Q_р

 

                                        (4.9)

                                  

                                (4.10)

где и - тоже обозначим одним из конструктивных функций гидродинамических канавок.

 

                                                                                              (4.11)

Определим  конструктивную функцию гидродинамических канавок:

 

                  

                    (4.12)

 

Определим другие конструктивные функции гидродинамических канавок.

 

.

 

 

Подставляя в формулу(4.8) найденные  выше данные, получим

 

Утечка уплотняемой  среды отсутствует, а малая буферная среда нагнетается в уплотнительную полость, т.к. > ,то уплотнение имеет прекрасную герметичность.

Определим раскрывающее усилие

(4.12)

 

 

 

 

4.3 Расчет пружины 

Таблица 4.1- Проектный расчет цилиндрической пружины сжатия

Материал 60С2А-5
Класс	¾	2
Разряд	¾	2
Относительный инерционный  зазор	¾	0,100
Наружный диаметр пружины, мм	D	114
Диаметр проволоки	d	6,7
Число рабочих витков	n	6
Полное число витков	n1	7,5
Сила пружины при  предварительной деформации, Н	F1	0
Сила пружины при  рабочей деформации, Н	F2	526,00
Сила пружины при  максимальной деформации, Н	F3	584
Рабочий ход пружины, мм	H	0,56
Длина пружины, мм	L0	70
Длина пружины при  предварительной деформации, мм	L1	70
Длина пружины при  рабочей деформации, мм	L2	69,44
Длина пружины при  максимальной деформации, мм	L3	46,9
Максимальное касательное  напряжение, МПа		577,87

 

 

Продолжение таблицы 4.1

Допускаемое касательное  напряжение, МПа		615
Модуль сдвига материала, МПа	G	78500
Динамическая плотность  материала, кг/м3		8000
Масса пружины, кг	¾	0,713
Длина развернутой пружины, мм	¾	2529
Жесткость пружины	¾	2,668