автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Исследование рабочего процесса и разработка научных основ расчета и проектирования герметизаторов валов насосов с вязко-упругой набивкой

пь ОД

ЗАО «НПО «Гидромаш» » • ' |

На правах рукописи

ГАФТ Яков Зиновьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕРМЕТИЗАТОРОВ ВАЛОВ НАСОСОВ С ВЯЗКО-УПРУГОЙ НАБИВКОЙ

Специальность' 05.04.13 - Гидравлические машины и

гидропневмоагрегаты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2000

1 I

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском, конструкторском и технологическом институте гидромашиностроения (ВНИИгидромаш).

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники,

доктор технических наук, профессор Овсянников Борис Викторович; •

доктор технических наук Кревсун Эдуард Павлович;

доктор технических наук, профессор Чебаевский Вадим Фирсович

Ведущая организация: НИИХиммаш, г. Москва

, Защита диссертации состоится^,9 июня 2000 г. в '¡О часов на заседании диссертационного совета Д.! 69.02.01 в НПО «Гидромаш» по адресу: 129626, г. Москва, 2-я Мытищинская ул., дом 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПО «Гидромаш».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю Совета по указанному адресу.

Автореферат разослан « » мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. ' Н.И.Купреев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Все современные технологии, от водоснабжения и канализации до атомной энергетики и космической техники, требуют перекачки больших объемов самых разнообразных жидкостей. Перекачка осуществляется, главным образом, динамическими насосами, основным рабочим органом которых является ротор. Количество таких насосов, работающих в России, превышает 5. млн. штук, а потребляемая ими энергия превышает 10% всей электроэнергии, вырабатываемой в стране.

Надежность и экономичность насосного оборудования в большой мере определяются системами герметизации (уплотнениями) роторов: до 70% отказов происходит из-за выхода из строя уплотнений. Уплотнение вращающегося вала - самый уязвимый узел насоса. И это не удивительно, так как задача предотвращения протечек жидкости, находящейся под значительным перепадом давления, через неизбежный зазор между корпусом и вращающимся валом в принципе не имеет технически приемлемых решений.

Наиболее распространенным типом уплотнений роторов насосов до сих пор остаются сальниковые уплотнения. Обследования, проведенные Европейской ассоциацией производителей уплотнений (European Sealing Association), показали, что в 1997 году в странах Западной Европы от 55 до 85% насосов было укомплектовано сальниковыми уплотнениями. В России этот показатель еще более высокий.

Широкое распространение радиальных сальниковых герметизаторов (РСГ) обусловлено их относительной простотой и дешевизной. Немаловажное значение имеют и вековые традиции: примитивные сальниковые уплотнения в виде промасленной пеньки появились вскоре после изобретения колеса. Вместе с тем, традиционным конструкциям сальниковых уплотнений присущи органические недостатки: сравнительно большие утечки уплотняемой жидкости и ограниченный ресурс.

Утечки в виде тонкой, прерывистой струйки, при которых только и возможна работа обычного сальника, составляют примерно 4 л/ч, т.е. более 30 м3/год. Учитывая количество эксплуатируемых"насосов, можно представить, сколько перекачиваемых продуктов теряется через уплотнения. Существенно и то, что многие из этих продуктов экологически опасны, и требуются большие затраты на их утилизацию и обезвреживание. По имеющимся оценкам около 60% выбросов в атмосферу связано с протечками через уплотнения.

Ограниченный ресурс требует частых остановок насосов для замены набивки или защитных втулок. Простои насосного оборудования, затраты ручного труда на обслуживание и ремонт уплотнений, расход набивочных материалов (стоимость килограмма качественной безасбестовой набивки составляет 150-200 у.е.) приводят к дополнительным экономическим потерям.

С учетом того, что количество сальниковых герметизаторов исчисля-

стся миллионами, проблемы повышения их надежности, герметичности и экономичности имеют важное значение для ресурсо- и энергосбережения, а также для охраны окружающей среды.

В последние годы проблемы экологической безопасности насосного оборудования приобрели общепланетарные масштабы. В 1996 г. Международная организация стандартизации (ISO) приняла основополагающие стандарты серии 14000 "Управление качеством окружающей среды". В развитие их разработаны стандарты API 610 "Центробежные насосы для нефтяной, химической и газовой промышленности" и API 682 "Уплотнительные системы-вала для центробежных и роторных насосов", принятые с июля 1996 г. в качестве унифицированных международных стандартов. Основным требованием этих стандартов является трехлетняя безремонтная эксплуатация уплотнений, для обеспечения которой необходимы широкие исследования по разработке новых и совершенствованию существующих методов и систем герметизации различных жидкостей в различных условиях.

Применительно к сальниковым уплотнениям, в которых одним из элементов пары трения является вязкоупругий набивочный материал со сложными физико-механическими и химическими свойствами, задача повышения технического уровня требует, прежде всего, детального исследования процесса герметизации. Лишь на основе понимания этого процесса можно преодолеть устоявшиеся вековые стереотипы и создать новое поколение набивочных уплотнений, удовлетворяющих современным требованиям.

Таким образом, тема диссертации, посвященной исследованиям процесса герметизации и разработке научных основ расчета и проектирования нового поколения набивочных уплотнений, является актуальной.

Исследования проводились по Постановлениям СМ, по приказам Минхиммаша, а также по тематическим планам ВНИИГидромаша. В 90-х годах работы велись как поисковые и по заказам потребителей.

Цель исследований - создание научно обоснованной методологии расчета и проектирования нового поколения набивочных уплотнений роторов, базирующейся на результатах всестороннего изучения механизмов герметизации; практическая реализация этой методологии при разработке гаммы уплотнений для основных групп насосов общепромышленного назначения.

Основные задачи исследований.

1. Разработка физической и математической моделей герметизаторов с вязко-упругой набивкой на основе экспериментальных исследований механизма герметизации.

2. Решение задачи гидроупругости сальниковой набивки, численно-аналитический расчет ее напряженно-деформированного состояния и распределения давления по поверхности контакта набивки с валом.

3. Расчет герметичности и интенсивности изнашивания пары трения

набивка-вал; прогнозирование ресурса; разработка новых износостойких набивочных материалов.

4. Выбор оптимальных размеров сечения и числа уплотнительных колец; анализ влияния несоосности на распределение контактного давления; оценка радиальной и угловой жесткости пакета набивки;

5. Экспериментальные исследования, разработка теории и конструкций принципиально новых торцовых сальниковых герметизаторов.

6. Разработка, испытания; организация серийного производства и промышленное внедрение ряда конструкций нового поколения радиальных и торцовых набивочных герметизаторов.

Научная новизна. Впервые с достаточной для практики полнотой теоретически и экспериментально исследованы механизмы герметизации и изнашивания в сальниковых уплотнениях. Вопреки установившимся взглядам показано, что работа сальниковых (набивочных) герметизаторов, как и других уплотнений подвижных соединений, в частности вращающихся валов, сопровождается сложными гидромеханическими процессами. Для достижения требуемых показателей надежности и герметичности в конструкциях уплотнений нужно учитывать особенности этих процессов, т.е. переходить на новый, более высокий уровень проектирования, изготовления и обслуживания сальников.

На основе результатов исследований разработана научно обоснованная методология расчета и проектирования новых конструкций герметизаторов, в том числе уникальных по эффективности торцовых сальниковых герметизаторов, обладающих на порядок более высокими, по сравнению с известными конструкциями, технико-экономическими показателями. Расширена область применения и повышена конкурентоспособность набивочных герметизаторов.

Практическая ценность полученных результатов.

1. В своей совокупности выполненные исследования позволили открыть новые, до сих пор скрытые возможности наиболее распространенных герметизаторов роторов насосов - сальниковых уплотнений.

2. Предложенная методология проектирования позволяет реализовать потенциал сальниковых уплотнений, что подтверждается разработкой и опытом эксплуатации новых, защищенных патентами и авторскими свидетельствами конструкций герметизаторов для насосов химических производств, крупных ирригационных насосов, насосов для перекачки сточных вод, для самовсасывающих насосов и насосов общепромышленного назначения.

3. Большинство результатов теоретических и проектных разработок обобщены и узаконены соответствующими Стандартами и Руководящими техническими материалами, что способствует их широкому промышленному

!

внедрению.

4. Самостоятельную практическую ценность представляют оригинальные, патентно защищенные конструкции испытательных стендов и средств измерений, а также методики экспериментальных исследований и ускоренных ресурсных испытаний радиальных и торцовых сальниковых герметизаторов.

• Реализация результатов работы. На основе результатов выполненных исследований стандартизованы типоразмерные ряды уплотнений: '

• - Стандарт предприятия СТП 06.5105-76 "Насосы крупные' динамические для воды. Уплотнения сальниковые";

- РТМ 26-06-19-74 "Насосы центробежные. Уплотнения сальниковые".

Завод Уралгидромаш, Катайский и Рыбницкий насосные заводы серийно выпускают насосы с разработанными автором радиальными и торцовыми сальниковыми уплотнениями.

Серийное производство впервые созданных торцовых сальников для насосов типа СМ, перекачивающих сточные воды, с 1991'т. ведется на фирме "Изогерм" (Москва).

Сальниковые набивки УС и УСФ на основе углеродного волокна включены в ГОСТ 5152-77 "Набивки сальниковые". Их серийный выпуск освоен на Егорьевском заводе АТИ. Набивки с диагональным плетением серийно выпускаются Егорьевским заводом АТИ и Клинским комбинатом искусственных волокон.

Ряд химических, целлюлозобумажных и горнообогатительных комбинатов, а также крупнейшие ирригационные системы используют разработанные конструкции при модернизации насосного оборудования.

Достоверность полученных теоретических закономерностей процессов герметизации, трения и изнашивания гарантируется тем, что они основаны на классических законах механики сплошных сред, трибомеханики, теории надежности, а также на экспериментальных исследованиях с использованием современных высокоточных средств измерений. Предлагаемые в работе выводы и практические рекомендации подтверждаются как экспериментом, так и опытом промышленной эксплуатации серийно производимых новых конструкций герметизаторов, созданных на основе результатов выполненных исследований.

Основные положения, выносимые на защиту.

<1 1. Физическая и математическая модели механизма герметизации набивочных уплотнений.

^ 2. Методы и результаты расчета контактных давлений, герметичности и ресурса.

\/ 3. Закономерности изнашивания контактной пары.

^ А. Научные основы расчета и проектирования радиальных набивочных герметизаторов.

5. Экспериментальное оборудование и методы ускоренных ресурсных испытаний новых конструкций герметизаторов.

6. Теория и конструкции одинарных и двойных торцовых сальников

7. Результаты промышленного внедрения новых конструкций радиальных и торцовых сальниковых герметизаторов и новых типов разработанных и защищенных авторскими свидетельствами набивочйых материалов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили поддержку на следующих; научных совещаниях и конференциях:

- Научный Совет по проблемам насосного и компрессорного машиностроения ГКНТ СССР (1982 и 1984 годы);

- 4-я Вс. конф. по компрессорному машиностроению, Сумы, 1974;

- Всесоюзная н.-т. конф. по гидромашиностроению, Сумы, 1978;

- Международные н.-т. конф. по уплотнителыюй технике, Сумы -1979, 1988, 1996, 1999;

- Международные съезды по уплотнениям, Дрезден - 1974, 1978;

- Международная конф. но насосостроению, Будапешт, 1995;

- Международные коллоквиумы "Исследование и применение уплотнений", Штайнфурт (ФРГ) - 1997,1999;

- Международная конф. "Уплотнения и техника герметизации машин и механизмов", Вроцлав (Польша), 1998;

- Международный симпозиум по трибологии, Краков, 1998;

- 2-я межд. конф. по уплотнительной технике, Дрезден, 1999;

- 4-й межд. симпозиум инженеров-механиков, Львов, 1999;

- Научно-технические Советы НПО "Гидромаш" - 1976, 1981, 1985, 1996, 2000.

Разработанные автором новые конструкции уплотнений демонстрировались на ВДНХ и удостоены серебряной и бронзовой медалей, а также на Всемирной выставке "Эврика-93" в Брюсселе, где удостоены серебряной медали.

Публикации по теме диссертации. Результаты исследований опубликованы в 33-х печатных работах, из них 12 - в зарубежных изданиях. Получено 19 авторских свидетельств и 3 зарубежных патента, разработаны 4 отраслевые нормали, выпущено 10 научно-технических отчетов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 163 наименований и приложений на 115 страницах. Объем работы (без приложений) 271 страница, в том числе 11 таблиц и 123 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, особенно для решения проблем ресурсо- и энергосбережения, а также для экологической безопасности насосного оборудования. Сформулированы цель и задачи исследований, дана общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе на основе материалов обследований основных групп лопастных насосов определены соответствующие количественные показатели надежности и герметичности сальниковых герметизаторов. (СГ) и показано, что они не соответствуют требованиям эксплуатации. Систематизированы факторы, определяющие ресурс и герметичность СГ. Анализ показал, что при заданных параметрах насоса и уплотняемой жидкости конструкция СГ и характеристики набивки определяют процесс герметизации, т.е. величину контактного давления, условия смазки и тепловой баланс. В свою очередь эти величины определяют трение и износ, а, следовательно,'ресурс СГ.

Взаимодействие вязкоупругой набивки и твердого контртела носит по классификации И.В. Крагельского характер упругого оттеснения (при отсутствии абразивных частиц). Интенсивность изнашивания в этом случае зависит от контактного давления, коэффициента трения, характеристик поверхности и материала.

Вязко-упругая сальниковая набивка является наиболее сложным по своим характеристикам материалом из применяемых в конструкциях уплотнений. Особенностью сальниковой набивки является зависимость ее физико-механических характеристик от абсолютных размеров сечения и величины прилагаемой нагрузки.

Исследованиями Р.Аустина, М.Фишера, Б.Нау, A.C. Тимошука, Ю.Л. Смертяка установлена значительная релаксация напряжений, интенсивность которой уменьшается, со временем. Отмечены также значительные пластические деформации под действием первоначальной нагрузки. Сальниковая набивка является анизотропным материалом (упругие свойства различны в поперечном и продольном направлении шнура), коэффициенты Пуассона, как показали работы Д.Денни, Д.Тернбелла, Е.Росса, изменяются при изменении нагрузки. В то же время, учитывая технологию монтажа набивки, а именно ее предварительное опрессовывание, влияние пластичности в значительной степени устраняется и набивка может рассматриваться как вязкоуп-ругое тело, описываемое уравнением Максвелла.

В стандартной конструкции СГ контактное давление, создаваемое при монтаже, уменьшается вдоль пакета по экспоненциальному закону из-за потерь на трение по валу и гнезду. Действие давления герметизируемой жидкости существенно изменяет распределение давления, однако общепризнанной удовлетворительной теории или физической модели механизма герметизации до настоящего времени не имелось.

Обширные экспериментальные и теоретические исследования СГ провели Денни и Тернбелл. Они ввели представление о двух режимах работы СГ: при низком давлении герметизируемой жидкости, когда уплотняемое давление р, ниже максимального контактного давления рс, созданного прК монтаже, и наиболее важного случая, когда р/ > рс. Для последнего режима ими предложена теория, базирующаяся на модели течения через щелевое уплотнение с деформируемой внешней стенкой. Экспериментально установленная неравномерность давления р, жидкости по длине уплотнения, увеличивающаяся с ростом давления леред СГ, объясняется изменением зазора, который определяется местным давлением жидкости. Недостатком данной теории является невозможность определения на ее основе величины контактного давления и объяснения значительного неравномерного износа вала.

Томсон развил теорию, осн.ованную на представлении о пакете набивки, как о сумме кольцевых поршней и ввел гипотезу о пропорциональности градиента давления жидкости и контактного давления. Согласно его теории контакт с валом имеется по всей длине пакета набивки, однако напряжения в нем перераспределяются под действием давления герметизируемой жидкости, и максимальное контактное давление создается у крышки СГ. Количественные зависимости потерь на трение от длины пакета набивки и давления жидкости, выполненные на основе этой теории, значительно расходятся с экспериментальными данными других исследователей, а зона максимального износа вала не совпадает с зоной максимальных контактных давлений, определенных Томсоном.

Отсутствие удовлетворительной теоретической базы побудило В.А. Александровича, Ю.Л. Смертяка, С. Аллена и др. развить экспериментальный метод оценки процесса герметизации по температурным полям в контакте. Их исследования показали, что в паре трения существует значительное тепловыделение, однако его оценка по средним величинам контактного давления и коэффициента трения без учета изменения этих величин по длине контакта не может использоваться при сравнении эффективности различных конструкций.

Стендовое оборудование и методики исследований отдельных характеристик процесса герметизации достаточно хорошо разработаны, но комплексное одновременное определение этих величин не производилось. Определение количественных показателей надежности СГ производится путем ресурсных испытаний в составе насоса или на стендах и требует неоправданно больших затрат времени. Методика ускоренных испытаний СГ не разработана.

Анализ современных сальниковых набивок, выпускаемых ведущими фирмами, показал, что в качестве основы набивки широко используются углеродное волокно и волокно из нитей тефлона (РТРЕ). По требованию ВОЗ запрещаются набивки на основе асбеста, как канцерогенного материала.

Отечественные набивки на основе углеродного и тефлонового волокна не разработаны. Плетение отечественных набивок выполняется на станках, обеспечивающих сквозное и оплеточное плетение, в то время как зарубежные фирмы выпускают набивки с диагональным- (диаплекс, мультифлекс) плетением.

Таким образом, создание нового поколения СГ возможно только на базе научно обоснованных методов расчета и проектирования, основой которых должна являться удовлетворительная физическая модель механизма герметизации.'Необходимо также исследование вопросов контактирования и изнашивания вала с набивкой, а также создание современных набивок:

Вторая глава посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям механизмов герметизации и изнашивания в радиальных сальниковых герметизаторах (РСГ). Механизм герметизации исследовался на специальных приборах, которые позволяли одновременно измерять распределение давления жидкости, контактного давления, распределение температуры, потери на трение и усилие на крышке СГ в диапазоне давления герметизируемой жидкости до 2 МПа.

Температура измерялась термопарами, а контактное давление - индуктивными датчиками ДД-20, установленными внутри полого вращающегося вала. Сигналы из них снимались через 20-точечный ртутный токосъемник.

Исследования механизма герметизации в СГ стандартной конструкции показали, что по мере роста давления жидкости все большая его часть дросселируется на внешнем кольце набивки. Длина пакета набивки мало влияет на долю давления жидкости, воспринимаемого внешним кольцом. Попытки выпрямить эпюру давления жидкости путем увеличения усилия затяжки ведут к перегреву узла.

Измерениями контактного давления установлено, что на внешнем участке оно может превышать давление герметизируемой жидкости. Увеличение длины пакета набивки повышает контактное давление. Напряжения, созданные в набивке при монтаже влияют на процесс герметизации только при небольших давлениях жидкости. При повышении давления жидкости крышка СГ играет роль упора и осевое давление набивки на крышку практически пропорционально давлению жидкости.

Температура вдоль пакета набивки нарастает по направлению протечек и достигает максимального значения под внешним кольцом уплотнителя. По мере роста давления жидкости градиент температуры увеличивается, причем под первым кольцом температура уменьшается, а под внешним растет. Увеличение длины уплотнителя также ведет к росту максимального значения температуры.

Анализ полученных экспериментальных данных позволил предложить физическую модель механизма герметизации РСГ. Уплотнение можно представить в виде двух последовательно расположенных гидравлических сопро-

тивлений: Кольцевого конфузорного зазора и участка непосредственного контакта набивки с валом. Давление жидкости в зазоре вызывает значительные деформации сжатия набивки. В результате, на участке непосредственного контакта создается дополнительное контактное давление, которое и ■ обеспечивает эффект герметизации.

Механизм утечки через участок контакта близок к фильтрационному течению. Роль пористого тела играет система лабиринтных микроканалов, образуемых неплотностями контакта^ структурой поверхности плетеной набивки, динамической составляющей, обусловленной вращением вала, его биениями, радиальными и угловыми вибрациями.

Математическая постановка задачи в общем виде требует совместного решения системы уравнений, описывающих течение жидкости через указанные выше сопротивления и уравнений, описывающих напряженно-деформированное состояние вязкоупругой набивки. В данной работе задача сведена к расчету напряжений и деформаций в набивке под действием экспериментально измеренного распределения давления жидкости по длине уплотнения. Набивка рассматривается как материал, работающий в пределах упругости, что допустимо вследствие его малых деформаций после монтажа уплотнения. Анизотропия упругих свойств набивки также не учитывается.

В результате аналитического исследования установлено, что величина зазора И в щели изменяется по длине уплотнения и зависит от давления перед уплотнением, сечения, модуля упругости и коэффициента Пуассона набивки

/

Изменение давления жидкости по длине уплотнения описывается двумя уравнениями, объединенными условием неразрывности потока на двух последовательно расположенных участках: на участке щели

Р. = Р1 на участке контакта

I,

(1-к)+к

На границе участков р, = кр1.

Более детальное исследование модели было проведено численными методами. Задача была сведена к расчету напряжений и деформаций в толстостенном цилиндре, нагруженном переменным по оси внутренним давлением и ограниченном абсолютно жесткими цилиндрическими и торцовыми поверхностями. Нагрузка создается предварительным сжатием набивки при

ч

монтаже и давлением уплотняемой жидкости. Учитываются также силы трения, возникающие в' контакте набивки с поверхностями вала, гнезда и торца крышки.

Принят метод численного решения с использованием блока программ ИМАШ РАН, базирующийся на методе конечных элементов (МКЭ). Расчет проводился в два этапа. Первоначально определялись деформации уплотнителя при отсутствии ограничений на радиальные перемещения точек его внутренней поверхности. На втором этапе последовательными приближениями подбирались величины радиальных напряжений (контактных давле* ний), устраняющие отрицательные перемещения набивки на границе раздела. Практические расчеты показали, что. погрешность 10-15% достигается на 4-5 шаге итерирования.

На рис.1 показаны результаты расчета для уплотнения вала диаметром 60 мм с пакетом набивки в виде 4 колец 16x16 мм из материала с модулем упругости 20 МПа и коэффициентом Пуассона 0,43. Распределение контактного давления имеет четко выраженный максимум, удовлетворительно совпадающий с зоной максимального износа вала. Также ясно выделены границы контакта набивки с валом. Расчетами установлено, что наибольшее влияние на величину максимума контактного давления, оказывает коэффициент Пуассона; влияние модуля упругости значительно слабее.

Рис. 1. Изменение контактного давления по длине герметизатора

На базе разработанной физической модели и результатов расчета был исследован механизм утечки. В уравнение Дарси был введен параметр г\ = А0/ Аа, характеризующий проницаемость контакта (Ао - фактическая площадь контакта при давлении ро, Аа - номинальная площадь контакта). С использованием степенной зависимости между зазором и давлением, предложены формулы для расчета соотношения утечек в случае рс > р, и в случае

Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными Денни и Тернбелла и нашими исследованиями показывает их близкое совпадение.

Таким образом доказано, что разработанная модель механизма герметизации позволяет описать особенности рабочего процесса в РСГ и получить количественные данные по наиболее важным параметрам: контактному давлению, истинной площади контакта, герметичности уплотнения. Отмечается хорошее совпадение экспериментальных и расчетных данных.

Исследование механизма изнашивания СГ проводилось на специально спроектированном стенде, позволявшем одновременно и независимо испытывать до 10 пар трения вал - сальниковая набивка.

Установлено, что износ пар трения, испытывавшихся в идентичных условиях, распределяется по нормальному закону. В исследованном диапазоне величина износа определяется только длиной пути трения и не зависит от скорости скольжения. Коэффициент трения может быть принят постоянным. Подтверждено, что механизм изнашивания вала относится к упругому оттеснению материала. Соотношение интенсивности изнашивания при различных контактных давлениях удовлетворительно описывается модифицированной нами формулой И.В. Крагельского.

Экспериментально показано, что процесс изнашивания вала является эргодической стационарной функцией, а это весьма существенно при разработке методик нормальных и ускоренных ресурсных испытаний СГ.

Получены также экспериментальные данные по эффективности различных методов упрочнения поверхности валов (защитных втулок).

Глава 3 посвящена разработке и исследованию конструкций модифицированных РСГ. Приведена классификация уплотнений по конструктивным признакам, влияющим на процесс герметизации.

В качестве классификационных признаков введены: расположение герметизируемой поверхности (вал, расточка корпуса, торец), метод герметизации (периодическое деформирование набивки, постоянное давление на набивку), направление деформирования (радиальное, аксиальное со стороны жидкости или атмосферы), конструкция корпуса, форма расточки, способ размещения колец набивки, система охлаждения. Сочетание указанных признаков позволяет разработать любую возможную модификацию уплотнения.

Для создания сальниковых уплотнений нового поколения и для про-

верки универсальности разработанной модели механизма герметизации выбрано два основных направления совершенствования существующих и создания новых конструкций: 1) улучшение условий смазки и охлаждения: поверхности трения; 2) целенаправленное изменение эпюры контактного давления и выбор оптимальных способов нагружения набивки.

Первое направление реализовано в конструкции РСГ с шевронным расположением колец набивки (рис.2). В этой конструкции поверхность вала при вращении периодически выходит из контакта с набивкой, что обеспечивает более эффективное охлаждение и смазку. Особенностью конструкции является выполнение торцовых опорных поверхностей, контактирующих с набивкой, перпендикулярными к валу в любом диаметральном сечении.

Второе направление представлено двумя конструкциями РСГ с постоянным давлением на набивку. Уплотнение с постоянным радиальным давлением должно компенсировать износ и биения вала и исключить влияние релаксации напряжений и ползучести на процесс герметизации.

Конструкция, в которой нагрузка на набивку создается уплотняемым давлением через ступенчатый кольцевой поршень, обеспечивает оптимальное распределение контактного давления, совпадающее по градиенту с изменением давления жидкости в зазоре.

В РСГ с аксиально подвижным корпусом (рис.3) предварительные напряжения создаются за счет аксиального перемещения корпуса относительно упора, расположенного со стороны герметизируемой жидкости. Это позволяет получить более благоприятное распределение контактных давлений. Наиболее важным отличием конструкции является то, что при монтаже контактное давление на торце набивки со стороны жидкости выше контактного давления. В результате давление жидкости, первоначально воздействуя на внутреннюю поверхность набивки, «захлопывает» контакт в торце, и давление жидкости на него не действует.

ш

777?;

о

Рис. 3. Уплотнение с аксиально подвижным корпусом.

Установлено, что условием работоспособности всех исследованных РСГ является наличие начального участка, на котором выполняется условие Р: > Рс 1 т.е. разработанная модель механизма герметизации является универсальной. В случае, когда контактные давления больше давления герметизируемой жидкости, уплотнение по температурному режиму сохраняет работоспособность до р, = 0,4-0,6 МПа. Полученные результаты- подтверждают данные В.А. Александровича по РСГ со ступенчатым поршнем. Зависимость распределения давления жидкости от его величины на входе в зазор также носит универсальный характер. Равномерность падения давления жидкости по длине уплотнения может быть обеспечена только при условии Рс >Р, , при котором происходит интенсивный перегрев узла.

Во всех исследованных конструкциях максимальная температура контакта отмечается под внешним кольцом набивки. Зависимость величины потерь на трение и максимальной температуры от давления уплотняемой жидкости показывает, что формы кривых для каждого узла достаточно близки.

При сравнении различных конструкций необходим выбор критерия оценки, поскольку при меньших потерях на трение может быть большая максимальная температура контакта. В качестве такого критерия принята минимальная температура, что объясняется хорошим совпадением зоны максимального износа, определяющего ресурс узла, зоны максимальной температуры и зоны максимального контактного давления.

По этому критерию уплотнения с «шевронным» расположением колец и уплотнение с аксиально подвижным корпусом превосходят стандартную конструкцию РСГ. Применение уплотнения с «шевронным» расположением колец из-за чувствительности его к наличию абразива целесообразно при герметизации чистых жидкостей.

Проведенный анализ влияния несоосности и биений вала на герметичность показал, что их компенсация требует контактных давлений, значительно превышающих необходимые для герметизации соосно расположенного вала. В связи с этим в крупных насосах целесообразно применять уп-

лотнения с аксиально подвижным корпусом, который имеет некоторую радиальную и угловую подвижность.

На основе разработанной модели проведен анализ напряженно-деформированного состояния набивки в уплотнения^ с аксиально подвижным корпусом. Установлено, что распределение контактного давления и изменение фактической длины контакта в них аналогично по характеру стандартной конструкции РСГ, однако при идентичных характеристиках и размерах , значения контактных давлений и длина контакта меньше. Выполнен расчет необходимых размеров пакета набивки для валов диаметром 250-1000 мм. Увеличение сечения набивки оказывает на рост контактного давления значительно большее влияние, нежели увеличение его длины.

В главе 4 описаны результаты ресурсных стендовых испытаний СГ и набивок. Работа проводилась на 6 двухпозиционных стендах, один из которых позволял проводить испытания уплотнений вала диаметром до 450 мм. Стенды были снабжены автоматикой, обеспечивавшей круглосуточную эксплуатацию. Проводились как обычные ресурсные испытания, так и ускоренные ресурсные испытания по разработанной автором и согласованной с заказчиком методике. Общим положением при испытаниях являлось проведение сравнительных испытаний стандартной и вновь разработанных конструкций СГ и набивок.

Методы ускоренных испытаний, определения предельного состояния и пересчета показателей надежности базируются на исследовании физических процессов в узле. В основу разработанной методики были положены следующие положения:

- предельно допустимый износ вала для данных размеров узла и набивки является чисто геометрической величиной;

- соотношение интенсивностей изнашивания в зависимости от контактного давления описывается формулой

f л,+уу -Л"1

J„

К Рп

I

\/ь J

. У, Л,Рс,Р сп, /> 1п~ фактические и номинальные значения интенсивности изнашивания, контактного давления и коэффициентов трения соответственно;

- на режимах р1 >рс и р! <рс коэффициенты трения различны, но для каждого из этих режимов могут быть приняты постоянными.

Разработанная методика подтверждающих ресурсных испытаний состояла из двух этапов, на первом из которых проводились ресурсные испы-. тания не менее 4-х узлов длительностью не менее 20% требуемого ресурса Т, определялись математическое ожидание и среднеквадратичные отклонения

скоростей изнашивания. На втором этапе с использованием втулок из материала с низкой износостойкостью и с теми же набивками определялся предельно допустимый износ.

На основании полученных данных оценивалась вероятность обеспечения требуемого ресурса. Оценка ресурса узла при изменении давления герметизируемой среды производилась по зависимости

Сравнительные ресурсные испытания 3-х СГ стандартной конструкции и 5-ти узлов с «шевронным» расположением колец показали, что осреднен-ная утечка в уплотнении с «шевронным» расположением колец значительно ниже, износ втулок в этих узлах значительно равномернее, а интенсивность изнашивания в 3-5 раз ниже, чем в стандартной конструкции. Результаты этих испытаний также подтвердили справедливость предложенной методики ускоренных испытаний путем форсирования давления герметизируемой среды. Подтверждено, что уплотнения с «шевронным» расположением колец набивки обеспечивают назначенный ресурс 6000 часов. Разработан типораз-мерный ряд уплотнений, которые под маркой «СШ» включены в отраслевой РТМ 26-06-19-74 «Насосы центробежные. Уплотнения сальниковые». Для насосов общесудовых систем разработаны уплотнения типа СШ, а также торцовые уплотнения, которые после ресурсных испытаний рекомендованы к серийному производству.

Уплотнения с аксиально подвижным корпусом испытывались параллельно с стандартной конструкцией в течение 2900 часов на стенде с валом (втулками) диаметром 420 мм. Пакет герметизатора состоял из 3-х колец набивки ХБП 32x32, давление жидкости 0,16-0,4 МПа. Испытания показали, что уплотнение с аксиально подвижным корпусом имеет в 3-10 раз большую герметичность, износ вала в этих узлах равномерен, а его интенсивность в 2,7 раза ниже, чем в стандартной конструкции.

Таким образом, ресурсные стендовые испытания подтвердили .справедливость методики оценки конструкций по максимальной температуре в контакте и перспективность разработанных конструкций.

Путем ресурсных сравнительных стендовых испытаний на 4-х стендах определялось влияние марки углеродного волокна, режима его термообработки и содержания фторопласта на эксплуатационные свойства разрабатываемых набивок на основе отечественного углеродного волокна, а также их сравнение с набивками марок 25GF и 425 фирмы Crane Packing (Англия) и марки 112 фирмы Nippon Carbon (Япония). Лучшим признано углеродное волокно на основе ГВЦ. Оптимизированы также температура термообработки волокна (2400°С) и содержание суспензии фторопласта. Установлено, что для сохранения эластичности контактирующего с валом слоя углеродной набивки, содержание суспензии фторопласта не должно превышать 25%. Ин-

тенсивность изнашивания в СУ с отечественными набивками на основе волокна ГВЦ ниже, чем в зарубежных аналогах.

Проведены сравнительные испытания серийных отечественных набивок сквозного плетения марок АП, ХБП и ПП ГОСТ 5152-66 с опытными набивками этих же марок с диагональным (диаплексным) плетением. Подтверждена высокая эффективность перехода на диаплексное плетение, которое снижает износ вала на 33-55% и повышает герметичность СУ.

В пятой главе впервые изложена теория и практика разработки торцовых сальниковых герметизаторов (ТСГ), сочетающих в себе относительную простоту и дешевизну радиальных сальников с герметичностью и повышенным ресурсом механических торцовых уплотнений (рис.4). Герметизация полости А осуществляется парой трения с площадью Ад, образованной торцовой поверхностью кольца сальниковой набивки 4, запрессованной в аксиально подвижную, вращающуюся вместе с валом обойму 3, и неподвижной опорной поверхностью кольцевого выступа 5 на крышке б корпуса насоса /. Предварительное сжатие набивки при ее монтаже осуществляется упругим элементом 2.

Рис. 4. Схема торцового сальникового герметизатора

Перспективность торцовых сальников определяется их отличительными особенностями, в числе которых нужно назвать следующие :

1. Пару трения, как и в радиальных сальниках, образуют твердая металлическая поверхность (опорное кольцо 4) и мягкая вязкоупругая набивка 3. В торцовом сальнике опорное кольцо можнб делать неподвижным, что облегчает теплоотвод и выравнивание контактного давления.

2. По сравнению с радиальными торцовые сальники требуют на порядок меньшего расхода набивки, так как вместо пакета используется одно кольцо

меньшего сечения, а ресурс его увеличивается.

3. Поскольку одна из контактных поверхностей - вязкоупругая набивка, отпадают требования прецизионной обработки пар трения, обязательные для механических торцовых герметизаторов.

4. Ресурс радиальных сальников во многом определяется износом вала, который нельзя эффективно компенсировать поперечной деформацией набивки. В торцовом сальнике благодаря осевой подвижности одной из пар трения износ опорного кольца не влияет на герметичность узла, а величина износа практически не лимитируется.

5. Замена поврежденной набивки не требует разборки насоса

6. В торцовых сальниках кольцо набивки может одновременно выполнять функции вторичного уплотнения.

Практическая реализация перечисленных особенностей и преимуществ позволяет существенно расширить область применения сальниковых уплотнений при одновременном сохранении высокой надежности и герметичности.

При разработке и исследованиях ТСГ была использована физическая модель механизма герметизации РСГ в части фильтрационного характера течения жидкости через контакт, в зависимости фактической длины контакта с ответной поверхностью от напряженно-деформированного состояния набивки, оценка процесса герметизации по температуре в контакте, методика расчета контактных давлений с использованием МКЭ.

Экспериментальные исследования проведены на сравнительно простой установке (рис.5), позволяющей измерять распределение давления в зазоре, момент трения и протечки в зависимости от нагруженности и от величины уплотняемого давления.

Перед испытаниями набивка опрессовывалась в месте установки давлением до 6,6 МПа. Одновременно измерялись осевые деформации в зависимости от нагрузки. При давлениях, больших 2 МПа, зависимость между деформацией и нагрузкой становится почти линейной, т.е. модуль упругости опрессованной набивки можно считать постоянным

Измерения гидростатического давления по радиусу контактной поверхности показали, что гидростатическое давление р, регистрируется примерно на половине ширины контакта до радиуса г . На этой площадке набивка отжимается давлением жидкости от опорной поверхности, образуя клиновидный зазор. С увеличением коэффициента нагрузки и модуля упругости набивки ширина этой площадки уменьшается.

Расходные характеристики показывают, что стабильная работа торцовых сальников с капельной утечкой обеспечивается коэффициентами нагрузки, большими единицы. В этом одно из отличий торцовых сальников от механических торцовых герметизаторов. При малых коэффициентах нагрузки уплотняемая жидкость проникает под набивку и выдавливает ее из обоймы.

Основной результат экспериментов состоит в том, что со стороны уплотняемого давления набивка оттесняется от опорного диска, образуя кон-фузорный зазор. На остающемся участке непосредственного контакта набивки с опорной поверхностью диска возникает контактное давление, обеспечивающее выполнение условия равновесия. Этот участок выполняет основную роль в процессе герметизации. Протечки обусловлены, в основном, фильтрационным течением через мнкролабирпнты в паре трения. Таким образом, механизмы герметизации торцовых и радиальных сальников имеют много общего.

Работа уплотнения с вращающимся валом исследовалась на стенде динамических испытаний, испытательная головка которого (рис.6) содержит две коаксиально расположенные ступени 5 и б торцового сальника. Нагрузка на первую ступень создается регулируемым давлением ре от насоса. Тот же насос подает в камеру А запирающую воду под давлением рь. Испытания одинарной ступени проводились при снятой аксиально подвижной втулке 4.

Рис. 6. Прибор для исследований торцовых сальниковых герметизаторов.

_ Опорный диск исследуемой ступени выполнен заодно с полым валом 2, помещенным в шариковый подшипник 3. Ват имеет свободу окружных и осевых перемещений. Момент трения, возникающий на контактной уплотняющей поверхности, уравновешивается измеряемым с помощью весов внешним моментом. Осевую нагрузку, создаваемую давлением уплотняемой жидкости на нагрузочную площадь, можно уменьшать, прикладывая к валу осевую силу. Для этого сделано специальное разгрузочное устройство 1. Ко-

эффициент нагрузки можно изменять от 0,8 до 2,0.

Эксперименты с вращающимся валом подтвердили основные закономерности, полученные на установке без вращения. Для примера на рис.7 показаны расходная (су), моментная (Мг) и температурная (Л/) характеристики уплотнения для окружной скорости у=8,4 м/с и уплотняемого давления р, =1 МПа. Температурное состояние оценивается повышением температуры /с-контакта относительно температуры /«уплотняемой воды: А1 = (с- 1п-

Mr.Hu ' р/ = 0,8 МПа 'Лс"

?.л/ч" 8,4 м/с

кР

Рис. 7. Характеристики уплотнения в зависимости от коэффициента нагрузки

Испытания двойных торцовых сальников с коаксиальным расположением ступеней показали, что расход запирающей воды в уплотняемую камеру не выходит за пределы де < 0,4 л/ч, если коэффициент нагрузки первой ступени кР1 >1,15. При этих условиях сохраняется также нормальное тепловое состояние уплотнения: < 10° С.

Процессы в контактной паре определяются случайными, изменяющимися с течением времени характеристиками микроканалов между набивкой и опорным кольцом. Учитывая разнообразие набивок, уплотняемых жидкостей и условий эксплуатации, можно искать лишь приближенное решение задачи о распределении давления в контактной паре.

С учетом сделанных замечаний найдено приближенное решение статической задачи гидроупругости для набивки торцового сальника. Набивка

рассматривается как предварительно сжатое упругое тело. Внешнее нагру-жение набивки производится в два этапа: предварительное сжатие силой /■]„ упругих элементов во время установки уплотнения в насос и конечное на-гружение силой давления уплотняемой жидкости. Сила Рт создает предварительное контактное давление рс0 - 1'Ю'' Д? ■

Из условия совместности осевых деформаций упругих элементов и набивки определена та часть л/% силы давления уплотняемой жидкости 1\. = р:Ае, которая передается на набивку и .уравновешивается силой

гидростатического давления в зазоре и силой дополнительного контактного давления:

= ,Х = кг1{к,+к2\ , (1)

где X - коэффициент передачи, или коэффициент основной нагрузки,

показывающий, какая часть внешней силы Ре передается на набивку; к,,к2-коэффициенты жесткости упругих элементов и набивки соответственно.

Путем совместного решения уравнения осевой деформации набивки и уравнения напорного радиального течения получено распределение гидростатического давления й в зазоре

Ф,=Р,-Рс0 = {Р,-Рс0)

(2)

где Ь3 — /} — - ширина кольцевой полоски, на которой образуется зазор между набивкой и опорным кольцом. Из (2) и закона Гука для осевых деформаций следует изменение зазора по радиусу:

И{г) = Л

Рг

Е

'А

Интегрирование по зазору давления (2) дает гидростатическую силу /•',:

5 Г* РсО

^ =1,бю-1Ь,(р1~ Р,г.

, ЗЬ. 1+——

9 г.

(3)

(4)

4Р/ ~~ РсО У

Теперь из условия равновесия (1) можно найти дополнительную силу контактного давления Рс = у/,, ~ ¡'\ и дополнительное среднее контактное давление

5рс

Р,

7 _

а

кХ-0,8а

Рс Р,

(5)

где

а

4 Мм А=2яг,Ь„ Ь5=г,

к = А. !Ап

Суммарное контактное давление в набивке на площадке непосредственного контакта

■ Ре = рс»+8рс. (6)

Полученные результаты позволяют вычислить потери мощности на трение в контактной паре на участке непосредственного контакта

N. = ]+ -?+-{кх-0,8а)-0,2а , Ыс0 = 0,5фсВыЬ{г, + гДг + г2) (7) I ' Р*о ]

Оценки показывают, что мощность жидкостного трения на порядок меньше потерь на участке контакта.

Полученные результаты дают качественное представление о том, что происходит на поверхности трения набивки, и позволяют более обоснованно подходить к разработке надежных и экономичных уплотнений. Кроме того, формулы (1), и (4) используются для определения исходных данных в задаче численного анализа напряженно деформированного состояния набивки.

Целью численного расчета является определение закона распределения контактного давления по радиусу торцового стыка. Расчетная схема, в основном, та же, что и в аналитическом расчете. Дополнительно учтены силы трения на ограничивающих набивку стенках, а для уплотнений с выравниванием контактного давления особенности конструкции отражаются в граничных условиях.

Расчет контактного давления выполняется методом конечных элементов в следующем порядке:

• На кольцевой полоске шириной Ь3 (рис.8) прикладывается вычисленное по формуле (2) гидростатическое давление ф>.; участок Ь['' непосредственного контакта набивки с опорным кольцом 3 считается свободным. На первом шаге вычисляются деформации Иг, И{'] торцовой поверхности набивки. На участке Ь5 набивка сжимается (отрицательные деформации), а на

участке Ь',п набивка выдавливается из обоймы (положительные деформации).

• Поскольку положительные деформации ограничиваются жесткой торцовой поверхностью опорного кольца 3, то на втором шаге расчета определяется контактное давление орс , необходимое для устранения положительных деформаций . Можно представить, что кольцо 5 смещается влево на величину А'\ Интегрированием давления определяется первое приближение силы контактного давления

• Проверяется условие (1) осевого равновесия обоймы 2. Если

то кольцо 3 дополнительно смещается на величину и на третьем шаге расчета находится новое распределение контактного давления 5р\ ' и новое значение силы Рс'\

Рис. 8. К расчету контактного давления

• Проверяется условие (1) осевого равновесия обоймы 2. Если

К' < К, то кольцо 3 дополнительно смещается на величину $ и на третьем шаге расчета находится новое распределение контактного давления ¿Ре и новое значение силы .

Расчет ведется в автомагическом режиме по заданной силе 1ГС и заканчивается, когда невязка - ^ < 0,05Рс. рлсп) - 17с < 0,05Рс

Из результатов расчета видно, что величина зазора находится в пределах 2-5 мкм, а контактное давление нарастает по мере приближения к выходу и на внутреннем радиусе достигает максимального значения.

Численные расчеты различных комбинаций параметров показали, что при неизменной форме дна сальниковой обоймы неравномерность контактного давления несколько увеличивается с ростом коэффициента нагрузки, модуля упругости набивки, уплотняемого давления и давления предварительного сжатия набивки.

На основании изложенных выше результатов исследований сформулированы основные требования, которые нужно учитывать при создании новых конструкций торцовых сальниковых уплотнений.

Важнейшим параметром, определяющим конструкцию и ее эксплуатационные характеристики, является коэффициент нагрузки. Экспериментапь-

но установлено, что оптимальные значения коэффициента нагрузки составляют: для области низких уплотняемых давлений (Р/ ^ 0,5 МПа) - к =0,9 -

В двойных уплотнениях для предотвращения возможного выдавливания герметизатора «з обоймы коэффициент нагрузки внутренней ступени должен быть не менее 1,15. Для области низких давлений кольцо набивки можно использовать одновременно и в качестве вторичного уплотнения аксиально подвижного кольца по валу. Предпочтительны конструкции с вращающейся сальниковой обоймой. Важно выполнять также требования по монтажу: набивка должна устанавливаться с натягом, опрессовываться и прирабатываться в течение 2-3-х часов.

Ресурсные испытания, при которых суммарная наработка составила более 40 тысяч часов, подтвердили результаты исследований. Подтвержден высокий ресурс узла (3-6 тысяч часов до замены набивки, 15-25 тысяч часов до замены пяты), его герметичность (утечка 0,05-0,3 л/час) при использовании широкой гаммы отечественных набивок.

На основании проведенных исследований и испытаний разработаны две типовые конструкции одинарных (рис.9 и рис.10) и две конструкции двойных торцовых сальниковых герметизаторов.

Рис. 10. Патронная конструкция торцового сальникового герметизатора с вынесенной пружиной

1,1; для высоких давлений ( р,> 0,5 МПа) - к >1.

Рис. 9. Торцовый сальниковый герметизатор.

В главе 6 описываются результаты промышленного использования разработанных уплотнений и набивок. Проанализированы факторы, влияющие на технико-экономические характеристики уплотнения с учетом не только статей расходов, непосредственно связанных с затратами на узел для данного типа насоса, но и с учетом затрат по всему технологическому циклу в каждом конкретном производстве.

Для крупных ирригационных осевых и центробежных насосов разработаны конструкции с аксиально подвижным корпусом. Промышленные испытания на насосах Аму-Бухарского машинного канала и Каршинского магистрального канала, перекачивающих воду с содержанием взвесей до 7 г/л (валы диаметром 250-640 мм), подтвердили, что ресурс узлов до замены набивки составляет 3500-4500 часов при утечеках 3-5 л/час. На основании этих результатов Стандартом ВНИИгидромаша СТП 06.51-5-76 "Насосы крупные динамические. Уплотнения сальниковые", разработанный типоразмерный ряд этих уплотнений под маркой СПК введен в качестве обязательного для крупных динамических насосов. Крупные ирригационные системы провели модернизацию установленных насосов, а ПО «Урапгидромаш» перешло на выпуск крупных ирригационных насосов с уплотнениями типа СПК.

Для осевых насосов было разработано, успешно испытано и внедрено на насосах Аму-Бухарского и Каршинского каналов торцовое сальниковое уплотнение нижнего подшипника скольжения, обеспечившее надежную работу в-течение поливного сезона (4000 часов).

^ Для крупных насосов, перекачивающих абразивные гидросмеси, разработаны и испытаны радиальные сальники на основе модифицированной конструкции СПК с подачей промывочной воды и с раздельным поджимом двух частей набивки. Эта конструкция также включена в СТП 06.51-5-76 под маркой СППК. Разработаны торцовые сальники с подачей промывочной воды (насос 20Р11), и с непосредственной герметизации абразивных гидросмесей (насосы ШН250).

Организован серийный выпуск разработанных автором ТСГ с вынесенной наружу пружиной и с корпусными деталями из стеклопластика АГ-4С, предназначенных для насосов типа СМ, перекачивающих сточные жидкости. Испытания и многолетний опыт эксплуатации около 15000 изготовленных уплотнений показали, что они обеспечивают надежную герметизацию без подачи затворной воды, причем ресурс до замены набивки не менее 2000 часов, пяты - 15000 часов.

Для насосов общесудовых сисгем разработаны уплотнения типа СШ, а также торцовые уплотнения, которые после ресурсных испытаний рекомендованы Морским Регистром к серийному производству. Выпуск насосов с такими уплотнениями освоил Катайский насосный завод.

Особенностью уплотнений самовсасывающих насосов является работа «всухую» в период пуска в течение 10 мин. Для таких насосов разработаны торцовые сальники, в которых использовалась разработанная нами набивка

УС па основе углеродного волокна. Уплотнения прошли МВК в составе насоса К250-175-400 дождевальной машины "Кубань-М". Пятнадцатилетний опыт эксплуатации около 1000 таких установок с насосами, выпускаемыми Рыбницким насосным заводом, подтвердил надежную работу-уплотнений. Ресурс кольца набивки составляет не менее 2000 часов, причем число пусков неограничено.

Для многоступенчатых насосов типа ЦНС-Н, в которых из-за износа пяты осевые смещения ротора достигают 8 мм, разработана специальная конструкция радиальных уплотнений, исключившая перегрев узла и обеспечивавшая регулировку уплотнения без остановки насоса. Насосы предназначены для внутрипромыслового транспорта нефти. Уплотнения в составе насоса успешно прошли МВК и серийно выпускаются Ясногорским машзаво-домс 1987 г.

В насосах химических производств используются радиальные сальники с разработанными набивками на основе углеродного и фторопластового волокна. Широко применяются одинарные и двойные (с подачей затворной жидкости) торцовые сальниковые герметизаторы. В частности, насосы линий АК-72, производящих слабую азотную кислоту, выпускаются Катайским насосным заводом с двойными торцовыми сальниками, поскольку их ресурс выше ресурса механических торцовых уплотнений классической конструкции.

Торцовые сальниковые герметизаторы широко применяются в насосах типа ОХГ, устанавливаемых на вакуум-выпарных аппаратах производства фосфорной кислоты и нитрит-нитратных солей. В частности, модернизированы насосы ОХГ цеха нитрит-нитратных солей Березниковского АО "Азот" и цеха фосфорной кислоты Воскресенского ПО Минудобрения. Разработан ряд новых конструкций двойных торцовых сальников, обеспечивающих замену набивки без разборки насоса.

Разработанные на основе углеродного волокна набивки были испытаны в уплотнениях насосов, перекачивающих серную и фосфорную кислоту. Ресурс до замены составил 2000-6000 часов, т.е. в 20-30 раз выше ресурса набивок на основе асбеста, а также выше, чем у набивок 25GF фирмы Crane Packing. Набивка на основе углеродного волокна включена в ГОСТ 5152-77 "Набивки сальниковые" под маркой УС. Ее серийное производство освоил Егорьевский завод АТИ. Эти набивки нашли широкое применение в радиальных и торцовых уплотнениях широкой гаммы насосов. Набивки с диап-лекснь'.м плетением на основе растительных волокон и асбеста освоил Егорьевский завод АТИ. Набивки диаплексного плетения на основе нитей из сополимера фторопласта-полифена освоило Клинское ПО "Химволокно". Принято межминистерское решение об обеспечении выпуска отечественных набивок диаплексного плетения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании всесторонних экспериментальных исследований создана физическая модель сальникового герметизатора: уплотнение представлено сочетанием кольцевого дросселя с переменным зазором и участком контакта набивки с валом. Участок контакта образуется за счет сжатия набивки при монтаже и, главным образом, за счет ее деформаций давлением уплотняемой жидкости на участке зазора. Расход обусловлен фильтрационным течением через микроканалы на участке контакта.

2. Выполнен аналитический и численный анализ герметизатора, в частности:

- решена задача гидроупругости набивки и получены аналитические зависимости, описывающие распределение зазора и давления жидкости по длине пакета набивки;

- численными методами определено соотношение длин участков зазора и контакта, а также распределение контактного давления в зависимости от давления уплотняемой жидкости, размеров и физико-механических свойств набивки;

- установлены предельно допустимые значения уплотняемого давления для конкретных конструкций РСГ, даны рекомендации по выбору оптимальных размеров пакета набивки;

- получены формулы для вычисления протечек жидкости через радиальный сальниковый герметизатор.

3. Экспериментально исследованы показатели изнашивания защитных втулок в зависимости от контактного давления и скорости скольжения. Установлено, что изнашивание подчиняется закономерностям, характерным для упругого оттеснения материала, а изнашивание является эргодическим стационарным процессом.

4. Разработаны методики и комплекс оригинального стендового оборудования для исследований сальниковых герметизаторов, для определения рабочих характеристик и количественных показателей надежности различных конструкций, для нормальных и ускоренных ресурсных испытаний.

5. На основании предложенной классификации возможных конструктивных исполнений разработаны и исследованы новые конструкции с модифицированными механизмами герметизации. Экспериментально установлено, что важнейшим показателем работоспособности узла является максимальная температура в паре трения. С учетом этого для промышленного внедрения отобраны две перспективные конструкции радиальных сальниковых герметизаторов: с шевронным расположением колец набивки и с аксиально подвижным корпусом.

6. Созданы принципиально новые по своим функциональным возможностям торцовые сальниковые герметизаторы. всесторонними экспериментальными исследованиями, проведенными на оригинальных при-

борах и установках, показано, что физическая модель механизма герметизации, предложенная для радиальных сальников, достаточно полно отражает процессы в торцовой паре трения.

7.-Разработаны аналитические и численные методы расчета торцовых сальниковых герметизаторов, предложены способы выравнивания контактного давления по радиусу уплотняющего стыка, определены оптимальные значения коэффициента нагрузки для одинарных и двойных, с коаксиальным расположением ступеней, торцовых сальников.

8. На основе результатов исследований созданы типовые конструкции торцовых герметизаторов, прошедшие ресурсные испытания и серийно выпускаемые промышленностью. По технико-экономическим показателям (протечки, ресурс, потери мощности на трение, расход набивки, затраты на ремонт и обслуживание) торцовые сальники превосходят радиальные, а их стоимость и эксплуатационные затраты значительно ниже, чем механических торцовых уплотнений. Разница в стоимости механических и сальниковых торцовых уплотнений резко возрастает с увеличением диаметра уплотняемого вала. Поэтому для больших диаметров торцовые сальники особенно эффективны.

9. Основные результаты диссертационной работы воплощены в созданных • автором стандартизованных рядах конструкций шевронных (тип СШ) и с аксиально подвижным корпусом (типы СПК. СППК) радиальных и торцовых (тип ТСУ) сальниковых герметизаторов. Конструкции защищены авторскими свидетельствами и зарубежными патентами, многолетний опыт эксплуатации подтвердил их высокую надежность и эффективность: годовой экономический эффект от использования новых герметизаторов составляет более 3 млн у.е.

10. Разработана и внедрена в серийное производство набивка на основе углеродного волокна, защищенная авторским свидетельством и включенная в ГОСТ "Набивки сальниковые". По эксплуатационным характеристикам набивка превосходит зарубежные аналоги.

11. Совокупность проведенных исследований и широкое промышленное внедрение их результатов разрушают существующее мнение о сальниках, как об отживающих свой век уплотнениях. Показано, что учет сложных процессов, сопровождающих работу этих наиболее распространенных уплотнений вращающихся валов; позволил создать новое поколение сальниковых герметизаторов, удовлетворяющих требованиям экологической безопасности, ресурсо- и энергосбережения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Научно-технические обзоры

1. Гафт Я.З., Дронов В.П. Набивные сальниковые уплотнения. // Обзорная информация. Сер ХМ-4. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1972. -32 с.

2. Гафт Я.3., Аношко В.А. Сальниковые уплотнения динамических насосов. //Обзорная информация. Сер ХМ-4. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980. -50 с.

Статьи и доклады

1. Багманов А.А., Мещеряков С.К., Гафт Я.З. Модификация насосов типа ЦНС для перекачки нефти. // Нефтяное хозяйство, 1988, №7, с. 54-58.

2. Гафт Я.З. Стандартизация уплотнений центробежных насосов. // Экспресс-информация, 1976, № 23, с. 10-11.

3. Гафт Я.З. Методика ускоренных испытаний набивных сштьниковых уплотнений. // Экспресс-Стандарт, 1972, № 50, с. 11-13.

4. Гафт Я.З. Повышение долговечности сальниковых уплотнений центробежных насосов. / Тезисы докладов Всес. конф. по гидромашиностроению. Сумы, 1978, с. 156-160.

5. Гафт Я.З. Классификация конструкций сальниковых уплотнений. / Тезисы докладов к II Всес. научн.-техн. совещанию по уплотнительной технике. Сумы, 1979, с. 4-5.

6. Гафт Я.З. Повышение надежности уплотнений и подшипников крупных насосов, перекачивающих жидкости со взвесью. // Тр. ВНИИГи-дромаш, 1981, с. 46-50.

7. Гафт Я.З., Деснер О.Г., Эрдрайх B.C., Задановский Л.Г. Повышение надежности осевого химического насоса. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1981, № 3, с. 9-10.

8. Голубев А.И., Гафт Я.З. Исследование модифицированной конструкции сальникового уплотнения вала. //Вестник машиностроения, 1978, №9, с.36-38.

9. Гафт Я.З. Расчет контактных напряжений в сальниковом уплотнении. / Тезисы докладов к II Всес. научн.-техн. совещанию по уплотнительной технике. Сумы, 1979, с. 5-6.

10. Голубев А.И., Гафт Я.З. Разработка отечественной набивки на основе углеродного волокна. / Тезисы IV Всес. конф. по компрессорному машиностроению. Сумы, 1974, с. 77.

11. Голубев А.И., Стерлядкина Е.К., Гафт Я.З. Применение углеродного волокна в уплотнительной технике. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1974, № 10, с. 36-38.

12. Гафт Я.З. Разработка конструкции и исследование механизма герметизации сальниковых уплотнений крупных лопастных насосов: Авто-

реф. дис. канд. техн. наук. -М, 1995. -21 с.

13. Гафт Я.З., Голубев А.И. Исследование торцовых сальниковых уплотнений для валов насосов. / Тр. VIII Межд. науч.-техн. конф. «Насосы-96», т. 2. -Сумы: ИПП "Мрия-1", 1996, с.73-79.

14. Гафт Я.З. Расчет утечек через сальниковое уплотнение. / Тр. IX Межд. науч.-техн. конф. «ГЕР'ВИКОН-99», т. 1. -Сумы: Ризоцентр СумГУ, 1999, с. 170-174.

15. Гафт Я.З., Загорулько A.B. Исследование механизма герметизации и определение контактных давлений в торцовых сальниковых уплотнениях. / Тр. IX Межд. науч.-техн. конф. «ГЕРВИКОН-99», т. 1. -Сумы: Ризоцентр СумГУ, 1999, с. 175-183.

16. Гафт Я.З., Тарасевич Ю.Я. Статический расчет саморегулируемых торцовых сальников. / Тр. IX Межд. науч.-гехн. конф. «ГЕРВИКОН-99»,^ 1. -Сумы: Ризоцентр СумГУ, 1999, с. 311-317.

17. Гафт Я.З. Технико-экономический анализ применения различных типов уплотнений. / Тезисы докладов V Всес. научн.-техн. совещания по уплотнительной технике. Сумы, 1988, с. 62-63.

18. Гафт Я.З. Разработка и внедрение торцовых сальниковых уплотнений. / Сб. научн. тр. ВНИИГидромаша: «Проблемы насосостроения и их решение. -М.: ВНИИГидромаш, 1989, с. 58-64.

19. Гафт Я.З., Яременко О.В. Набивные сальниковые уплотнения вращающихся вапов. / Труды ВНИИГидромаша. -М.: Энергия, 1978, с. 85-93.

20. Гафт Я. Сальниковые уплотнения с самоцентрованием набивки. //Машинознавство, Львов, 1999, №7, с. 45-47.

21. Gait J.Z., Krivonogov V.G., Petushkov V.A. Investigation into the mechanism of sealing in shafts stuffing boxes. // Wear, 1989, v. 132, pp. 39-48.

22. Gaft J.Z., Golubev A.I. Investigation of face seal gland for pump shaft. / Proceeding of the tenth conference on fluid machinery. - Budapest, 1995, GTE, pp. 91-97.

23. Gaft J.Z., Marzinkovski W.A. Die Untersuchung newer. Konstruktionen von radialen und axialen Packungsdichtungen. / X Internationales DichtungsKolloqium Unter-suchung und Anvendung von Dichtelementen -Vortrage. - Steinfurt, Germany, 1997, SS. 182-205.

24. Gaft J.Z. Experimental investigations of shaft/packing friction pair wearing characteristics. // Problems Exploatacji, Kiakov, 1998, N 3, pp. 113-119.

25. Gaft J.S., Marzinkovski W. Auswertung der Radial- und Winkelsteifheit der Stopfbuchsdichtungen / Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen. XI Dichtungskollokuium. - Vulkan-Verlag, Essen, Germany, 1999, SS. 212-220.

26. Gaft J. Experimental investigation of Shaft-Gland Packing Friction Pair Wearing Characteristics. / II International Sealing Conference. - Dresden, 1999, pp. 33-40.

27. Jaremenko O.V., Gaft Ja.S. Untersuchung der Wirkungsweisse von

Stopfbuchsenpackungen fur rotierende Wellen. / 5 Internationale Dichtungstagung. Vortrage. - Dresden, 1974, SS. 181-193.

28. Marzinkovski V.A., Zagorulko A.V., Gaft J.Z., Kovalenko C.A. Cartridge Packing of Face Seal with Contact Pressure Equalization. / Vlll-th International Conference "Seals and Sealing Technology in Machines and Devices". - Wroclaw - Polanica Zdröj, 1998, pp. 136-141.

29. Marzinkovski V., Gaft J., Gawlinsky M. Contemporary Tendencies of Gland Packing Improvement. / VIII-th International Conference "Seals and Sealing Technology in Machines and Devices". - Wroclaw - Polanica Zdröj, 1998, pp. 151-165.

30. Zacharev G.A., Golubev A.I., Kondakov L.A., Dodonov N.T., Gaft J. Z. Abdichtendrehende Bauteile. / Ubersichtsvortrage der Sektion 6 Internationale Dichtugstagung. Vortrage. - Dresden, 1978, SS. 102-145.

31. Zagorulko A., Gaft J. Stimseitege Pakungsdichtungen der Zentrifugalpumpen und der Apparate Chemicher Produktionen. / Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen. XI Dichtungskolloquium. - Vulkan-Verlag, Essen, Germany, 1999, SS. 235-249.

Авторские свидетельства

1. А. с. №312098 СССР. Сальниковое уплотнение вращающегося вала. / Гафт Я.З., Козлов С.Н., Артемов В.И. // Бюлл. изобр., 1971, №25.

2. А. с. №333346 СССР. Сальниковое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1972, №28.

3. А. с. №352064 СССР. Сальниковое уплотнение. / Бритвин JI.H., Гафт Я.З., Иванов В.В. // Бюлл. изобр., 1972, №28.

4. А. с. №386301 СССР. Стенд для испытаний набивных сальниковых уплотнений. / Каденельсон Я.Х., Гафт Я.З., Яременко О.В. // Бюлл. изобр., 1973, №26

5. А. с. №388125 СССР. Сальниковое уплотнение. / Л.Н., Гафт Я.З., Золотарь А.И. // Бюлл. изобр., 1973, №28.

6. А. с. №457829 СССР. Сальниковое уплотнение. / Гафт Я.З., Михайлов Л.М. // Бюлл. изобр., 1975, №3.

7. А. с. №509743 СССР. Уплотнение сальникового типа. / Гафт Я.З., Голубев А.И., Щеглов Г.М. // Бюлл. изобр., 1976, №13.

8. А. с. №675243 СССР. Сальниковое уплотнение. / Гафт Я.З. Н Бюлл. изобр., 1979, №27.

9. А. с. №727930 СССР. Сальниковое уплотнение вала. / Кузнецов В .Л., Джамалов В.Ш., Меметов Р.И., Гафт Я.З.О.В. // Бюлл. изобр., 1980, №14

10. А. с. №811026 СССР. Торцовое уплотнение. ! Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1981, №9.

11. А. с. №847727 СССР. Композиция для получения композиционного материала / Стерлядкина Е.К., Итнн Б.Ю., Каверов А.Т., Гафт Я.З. Го-

лубев А.И.7/ Бюлл. изобр., 1981, №12.

12. А. с. №873732 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1982, №3.

13. А."с. №918607 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл." изобр., 1982, №13.

14. А. с. №922381 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З., Голубев А.И., Кузнецов В.Л. // Бюлл. изобр., 1982, №15.

15. А. с. №1032857 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1983, №12.

16. А. с. №1237852 СССР." Двойное торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1986, №22.

17. А. с. №1242672 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1986, №25.

18. А. с. №1255756 СССР. Насосный агрегат. / Гафт Я.З., Гордеева Р.В., Задановский Л.Г., Пацей В.А., Ценципер МЛ. // Бюлл. изобр., 1986, №33.

19. А. с. №1302062 СССР. Сальниковое уплотнение вала. / Мещеряков С.К., Гафт Я.З., Багманов А.А. // Бюлл. изобр., 1987, №13.

Патенты иностранных государств.

1. Patent №2519400 France. Garniture mecanique. / Gaft J.Z.

2. Patent №3239834 Deutschland. Gleitringdichtung. / Gaft J.Z.

3. Patent №3249851 Deutschland. Gleitringdichtung. / Gaft J.Z.

Нормативно-техническая документация

1. PTM 26-06-19-74. Насосы центробежные. Уплотнения сальниковые. / Гафт Я.З., Аринштейн В.Н. -М.: ВНИИГидромаш, 1975.

2. РТМ 26-06-25-75. Насосы центробежные. Инструкция по установке и эксплуатации сальниковых уплотнений. /Гафт Я.З. -М.: ВНИИГидромаш, 1975.

3. РТМ 26-06-59-84. Насосы грунтовые. Инструкция по эксплуатации сальниковых уплотнений. / Гафт Я.З. -М.: ВНИИГидромаш, 1984.

4. СТП 06.51-5-76. Насосы крупные динамические для воды. Уплотне-

Основные обозначения.

Введение.

Глава 1. Анализ путей повышения долговечности сальниковых уплотнений.

1.1. Показатели надежности и закономерности изнашивания сальниковых уплотнений.

1.2. Анализ факторов, определяющих долговечность сальниковых уплотнений.

1.3. Анализ результатов исследований процесса герметизации в- узле.

1.4. Анализ методов экспериментального исследования и определения работоспособности сальниковых уплотнений.

1.5. Анализ материалов вала (защитных втулок) и сальниковых набивок.

1.6. Состояние вопроса и задачи исследований.

Глава 2. Исследование механизмов герметизации и изнашивания радиальных сальниковых уплотнений.

2.1. Исследование механизма герметизации.

2.1.1. Методика и оборудование для экспериментального исследования.

2.1.2.Исследование характеристик процесса герметизации.

2.1.3. Физическая модель механизма герметизации.

2.1.4. Математическая постановка задачи.

2.1.5. Распределение гидростатического давления в зазоре.

2.1.6. Анализ результатов расчета контактных давлений.

2.1.7. Анализ герметичности сальниковых уплотнений.

2.2. Исследование изнашивания пары трения сальникового уплотнения.

2.2.1. Методика и стенд для исследования.

2.2.2. Исследование процесса изнашивания пары вал - сальниковая набивка.

2.2.3. Аналитическое и экспериментальное исследование механизма изнашивания.

2.2.4. Исследование сравнительной износостойкости упрочненных защитных втулок.

Глава 3. Разработка и исследование конструкций модифицированных радиальных сальниковых уплотнений.

3.1. Классификация конструкций сальниковых уплотнений.

3.2. Выбор направлений модификации и разработка модельных конструкций узла.

3.3. Сравнительное исследование процесса герметизации, определение критерия оценки и выбор базовых конструкций.

3.4. Оптимизация размеров пакета набивки и анализ влияния несоосности.

3.5. Разработка современных сальниковых набивок.

Глава 4. Стендовые ресурсные испытания уплотнений и набивок.

4.1. Стенды для ресурсных испытаний.

4.2. Методика ускоренных испытаний.

4.3. Стендовые испытания разработанных уплотнений и набивок.

4.3.1. Испытания базовых конструкций уплотнений.

4.3.2. Стендовые испытания набивок.

Глава 5. Разработка и исследование торцовых сальниковых уплотнений.

5.1. Особенности торцовых сальниковых уплотнений.

5.2. Исследование механизма герметизации.

5.2.1. Экспериментальное исследование момента трения, утечек и гидростатического давления в контактной паре.

5.2.2. Теоретический анализ распределения давления в контактной паре.

5.2.3. Расчет напряженно-деформированного состояния набивки методом конечных элементов.

5.3. Особенности проектирования торцовых сальниковых уплотнений.

5.4. Стендовые ресурсные испытания.

5.5. Разработка типовых конструкций торцовых сальниковых уплотнений.

Одной из сложных задач современного машиностроения является обеспечение надежной герметизации роторов насосов, компрессоров, химаппаратов, турбин и других механизмов.

Проблема герметизации валов имеет ярко выраженный межотраслевой характер, поскольку она требует комплексного решения задач материаловедения, триботехники, гидродинамики, теплопередачи, теории упругости, теории оптимизации гидромеханических систем и т.д.

Для насосостроения решение этой проблемы особенно актуально, т.к. опыт эксплуатации насосных агрегатов показал, что долговечность и герметичность уплотнения вала существенно влияет на надежность всего агрегата, поскольку до 70% отказов происходит из-за выхода из строя уплотнений. Повышение единичной мощности насосных агрегатов и создаваемых ими напоров, тенденция к автоматизации технологических процессов, введение системы ППР вызвали рост требований к узлам уплотнения, поскольку их надежность и герметичность являются одним из факторов, определяющих безопасность, энерго и ресурсосбережения.

Высокие требования применительно к уплотнениям валов насосов осложняются необходимостью иметь по возможности универсальные решения для герметизации громадного разнообразия перекачиваемых сред, в том числе агрессивных, горячих, абразивных, особо чистых, пищевых, взрывоопасных, токсичных и т.д.

В настоящее время все отчетливее осознается необходимость сохранения и защиты окружающей среды. В 1996г Международная Организация Стандартизации (ISO) приняла основополагающие стандарты серии 14000 «Управление качеством окружающей среды». Для оценки соответствия различных машин, оборудования, материалов этим стандартам предусмотрена экологическая сертификация, распространяющаяся как на экологически опасные производства и технологические процессы, так и на продукцию, вырабатываемую с использованием энергосберегающих и безотходных технологий. В настоящее время готовится комплекс Международных Стандартов в развитие Стандартов ISO серии 14000. Так разработаны Стандарт API610 «Центробежные насосы для нефтяной, химической с тяжелыми условиями работы и газовой промышленности» и API682 «Уплотнительные системы вала для центробежных и роторных насосов», принятые с 1 июля 1996г в качестве унифицированных международных стандартов.

Одно из основных требований этих стандартов сводится к тому, что надежность всех элементов должна обеспечивать не менее чем трехлетнюю безремонтную эксплуатацию насосного оборудования. Для выполнения этих требований необходимы усилия по созданию новых и совершенствованию существующих типов и конструкций уплотнений.

В качестве уплотнения вала в современных насосах применяются, в основном, контактные уплотнения двух типов: торцовые и сальниковые.

Современные торцовые уплотнения с парами трения из сверхтвердых материалов имеют высокий ресурс и герметичность, не требуют регулировки в процессе эксплуатации. К недостаткам этого типа уплотнения следует отнести высокую стоимость и сложность конструкции, возможность внезапных отказов, необходимость полной разборки насоса для замены уплотнения. Кроме того, применение торцовых уплотнений в ряде случаев ограничено высокими температурами, наличием абразива, а также агрессивностью среды. Необходимо также отметить чувствительность этого типа уплотнений к биениями несоосности вала, необходимость высококвалифицированного монтажа и ремонта, внезапность отказов.

Сальниковый герметизатор, в котором применяется быстросменный пакет колец вязко-упругой сальниковой набивки, является старейшим и наиболее распространенным типом уплотнения, применяемым в насосах. Обследование, проведенное Европейской ассоциацией производителей уплотнений (European Sealing Association), показали, что в 1997 г. в странах Западной Европы от 55 до 85% насосов было укомплектовано сальниковыми герметизаторами. В России этот показатель еще более высокий.

Широкое распространение сальниковых герметизаторов объясняется не только их традиционностью, но и рядом существенных преимуществ: простотой и дешевизной конструкции узла, отсутствием внезапных отказов, простотой замены набивки, не требующей разборки насоса, а также универсальностью конструкции, применение которой возможно в широком диапазоне диаметров валов, температур, давлений и герметизируемых жидкостей. В то же время низкий ресурс и достаточно высокий уровень утечек в стандартной конструкции сальникового уплотнения не удовлетворяют требования промышленности,

В связи с этим, конечной целью данной работы является создание на основе экспериментальных и аналитических исследований нового поколения высокоэффективных, надежных и герметичных конструкций сальниковых уплотнений валов насосов. При этом впервые в совокупности решался комплекс задач, позволяющих на основе экспериментальных исследований, разработать физическую и математическую модели механизма герметизации, разработать научную основу расчета и проектирования, определения и расчета показателей их надежности и герметичности, разработать, испытать и внедрить в серийное производство ряды принципиально новых конструкций уплотнений вала и современных сальниковых набивок.

В первой главе рассмотрены статистические данные по отказам уплотнений насосов, закономерностям изнашивания в зависимости от условий работы и проведен анализ факторов, определяющих показатели надежности сальниковых уплотнений насосов.

Показано, что ресурс узла определяется условиями трения и смазки, а также физико-механическими характеристиками вязко-упругой набивки и вала (защитной втулки). Условия трения и смазки в свою очередь зависят от заданных внешних параметров нагруже-ния, конструкции уплотнения и характеристик набивки, определяющих процесс герметизации. Проанализированы исследования процесса герметизации и методы определения работоспособности сальниковых уплотнений. Установлено, что необходима новая теоретическая база, которая могла бы служить основой современного подхода к проектированию и испытаниям узла. Создание такой базы возможно только на основе экспериментального исследования на оборудовании, обеспечивающем получение комплексных данных, характеризующих процесс герметизации, "а также механизм изнашивания пары трения.

Рассмотрено современное состояние производства сальниковых набивок. Показано, что в связи с запретом применения асбеста, являвшегося ранее основным материалом при производстве сальни-. вых набивок, необходима разработка набивок на основе искусственных волокон, а также переход на современные способы плетения.

Во второй главе приведены результаты экспериментального и теоретического исследования механизма герметизации. Описано разработанное специальное стендовое оборудование, позволявшее одновременно измерять по длине контакта давление жидкости, контактное давление, температуру в контакте, а также потери на трение. Установлены общие закономерности процесса герметизации, из которых наиболее существенными являются: общий характер зависимости распределения давления жидкости по длине уплотнения от абсолютной величины давления герметизируемой жидкости, а также на-наличие зоны с максимальным значением контактного давления и температуры под внешним кольцом набивки.

На основе экспериментов предложена новая физическая momo дель механизма герметизации, представляющая собой комбинацию течения через дроссельную щель переменного сечения и последующей фильтрации на участке контакта набивки с валом. При этом давление жидкости на участке щели создает в набивке напряжения, обеспечивающие контактные давления на внешнем участке. Набивка рассматривается как толстостенный цилиндр, ограниченный абсолютно жесткими поверхностями и нагруженный внутренним переменным по длине давлением жидкости. С использованием ряда допущений, методами конечных и граничных элементов (МКЭ и МГЭ) были получены расчетные данные по длине истинного контакта набивки с валом, контактного давления и зависимости этих величин от давления жидкости и характеристик набивки. Был проведен анализ зависимости герметичности уплотнения, базирующийся на разработанной физической модели процесса герметизации.

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования механизма и закономерностей изнашивания пары трения сальникового уплотнения. Основное внимание уделено исследованию закономерностей изнашивания вала. Экспериментально доказано, что механизм изнашивания вала в контакте с сальниковой набивкой хорошо описывается зависимостями, характерными для упругого оттеснения материала. Установлено, что процесс изнашивания вала обладает свойствами эргодической стационарной функции. Разработано оборудование для определения сравнительной износостойкости различных материалов и покрытий вала.

В третьей главе рассмотрены результаты разработки и экспериментального исследования вариантов модификации конструкции радиальных сальниковых уплотнений. Выбор направлений модификации проведен на основании выполненной классификации конструктивных элементов сальниковых уплотнений, влияющих на процесс герметизации. Для сравнительного исследования выбраны конструкции, из которых четыре были впервые разработаны.

Разработанные конструкции позволяли исследовать влияние на процесс герметизации метода герметизации - постоянного давления и периодического сжатия набивки, влияние нажимного механизма -радиального, аксиального со стороны атмосферы и со стороны жидкости, способа размещения колец набивки - прямое, с клиновыми проставками, «шевронное».

Результаты экспериментального исследования показали, что зависимости и закономерности процесса герметизации, установленные для стандартной конструкции узла сохраняются для всех работоспособных его модификаций. Установлен экспериментальный критерий оценки конструкции - температура под внешним кольцом пакета набивки. Выбраны перспективные базовые конструкции уплотнений - с «шевронным» расположением колец набивки и аксиально под-подвижным корпусом.

Проведен аналитический расчет контактных давлений и оптимизация размеров набивки, а также и анализ влияния несоосности и радиального биения вала на контактное давление и предложены спо-способы их компенсации.

Приведены результаты исследований, необходимых для разработки набивки на основе углеродного волокна - материала, \г. обладающего высокими антифрикционными характеристиками, высокой теплостойкостью и теплопроводностью.

Разработка таких набивок особенно актуальна в связи с запретом ВОЗ на применение асбеста, как канцерогенного материала.

В главе четыре приведены результаты ресурсных стендовых испытаний разработанных конструкций радиальных сальниковых уплотнений и сальниковых набивок. Описаны разработанное оборудование и методики ресурсных испытаний в номинальном режиме, методики «ускоренных» испытаний, а также расчетные методы определения показателей надежности сальниковых уплотнений. Показаны результаты испытаний конструкций с «шевронным» расположением колец и с аксиально подвижным корпусом, а также результаты испытаний набивок на основе углеродного волокна и с различными типа-тми плетения.

Пятая глава посвящена разработке и исследованию торцовых сальниковых уплотнений - уплотнений нового поколения, сочетающих автоматизм действия и герметичность механических уплотнений с использованием в качестве элемента пары трения быстросменной сальниковой набивки. Комплекс исследований позволил разработать теоретическую базу проектирования таких уплотнений и создать обладающие высоким ресурсом и герметичностью конструкции.

В шестой главе даны результаты внедрения разработанных уплотнений и сальниковых набивок в промышленности для различных групп насосного оборудования: крупных ирригационных насосов, насосов для химической и нефтяной промышленности, насосов, перекачивающих жидкости со взвесями, а также ряда специальных насосов.

Предложены критерии оценки уплотнений по технико-экономическим показателям и проведен технико-экономический анализ результатов внедрения.

1. Анализ путей повышения долговечности сальниковых уплотнений

9. Основные результаты диссертационной работы воплощены в созданных автором стандартизованных рядах конструкций шевронных (тип С1Н) и с аксиально подвижным корпусом (типы СПК, СППК) радиальных и торцовых (тип ТСУ) сальниковых герметизаторов. Конструкции защищены авторскими свидетельствами и зарубежными патентами, многолетний опыт эксплуатации подтвердил их высокую надежность и эффективность. Годовой экономический эффект от использования новых герметизаторов составляет более 3 млн. у.е.

10. Разработана и внедрена в серийное производство набивка на основе углеродного волокна, защищенная авторским свидетельством и включенная в ГОСТ «Набивки сальниковые». По эксплуатационным характеристикам набивка превосходит зарубежные аналоги.

11. Совокупность проведенных исследовний и широкое промышленное внедрение их результатов разрушают существующее мнение о сальниках, как об отживающих свой век уплотнениях. Показано, что учет сложных процессов, сопровождающих работу этих наиболее распространенных уплотнений вращающихся валов, позволил создать новое поколение сальниковых набивок, удовлетворяющих требованиям экологической безопасности, ресурсо и энергосбережения.

1. А. с. №312098 СССР. Сальниковое уплотнение вращающегося вала. / Гафт Я.З., Козлов С.Н., Артемов В.И. //Бюлл. изобр., 1971, №25.

2. А. с. №333346 СССР. Сальниковое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1972, №28.

3. А. с. №352064 СССР. Сальниковое уплотнение. / Бр-ггвин JI.H., Гафт Я.З., Иванов В.В. // Бюлл. изобр., 1972, №28.

4. А. с. №386301 СССР. Стенд для испытаний набивных сальниковых уплотнений. /КаденельсонЯ.Х., Гафт Я.З., Яременко О.В. //Бюлл. изобр., 1973, №26

5. А. с. №388125 СССР. Сальниковое уплотнение. / JI.H., Гафт Я.З., Золотарь А.И. // Бюлл. изобр., 1973, №28.

6. А. с. №457829 СССР. Сальниковое уплотнение. / Гафт Я.З., Михайлов JIM. // Бюлл. изобр., 1975, №3.7. Ä. с. №509743 СССР. Уплотнение сальникового типа. / Гафт Я.З., Голубев А.И., Щеглов Г.М. //Бюлл. изобр., 1976, №13.

7. А. с. №675243 СССР. Сальниковое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1979, №27.

8. А. с. №727930 СССР. Сальниковое уплотнение вала. / Кузнецов B.JL, Джамалов В.Ш., Меметов Р.И., Гафт Я.З.О.В. // Бюлл. изобр., 1980, №14

9. А. с. №811026 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1981,9.

10. А. с. №847727 СССР. Композиция для получения композиционного материала / Стерлядкина Е.К., Итин Б.Ю., Каверов А.Т., Гафт Я.З. Голубев А.И. // Бюлл. изобр., 1981, №12.

11. А. с. №873732 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1982,3.

12. А. с. №918607 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. //Бюлл. изобр., 1982,13.

13. А. с. №922381 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З., Голубев А.И., Кузнецов В.Л. // Бюлл. изобр., 1£82, №15.

14. А. с. №1032857 СССР. Торцовое уплотнение. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1983, №12,

15. А. с. №1237852 СССР. Двойное торцовое уплотненю. / Гафт Я.З. // Бюлл. изобр., 1986, №22.

16. А. с. №1242672 СССР. Торцовое уплотнение. / Гаф" Я.З. // Бюлл. изобр., 1986, №25.

17. А. с. №1255756 СССР. Насосный агрегат. / Гафт Я.З., Гордеева Р.В., Задановский Л.Г., Пацей В.А., Ценципер М.Л. //Бюлл. изобр., 1986, №33.

18. А. с. №1302062 СССР. Сальниковое уплотнение ват. / Мещеряков С.К., ГафтЯ.З., Багманов A.A. //Бюлл. изобр., 1987, №13.

19. Александрович В.А. Методы расчета сальников и пути конструктивного повышения надежности радиальных сальниковых уплотнений. /,' Тр. ДОНГИ, Донецк, 1969, №47, с. 139-147.

20. Аллен С., Ридер В. Рабочие характеристики модифицированного сальникового уплотнения. // Проблемы трения и смазки, 1968, № 2, с. 116-128.

21. Бабкин В.Т. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем. -М.: Машиностроение, 1977. -120 с.

22. Безухов Н.М. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -М.: Высшая школа, 1968. -512 с.

23. Бенджамин М.К., Кастелли В. Теоретическое исследование радиальных подшипников с податливой поверхностью.//Проблемы трения и смазки, 1971, № 1, с. 183-193 .

24. Белицын Н.М. Синтетические нити. -М.: Легкая индустрия, 1970. -284 с.

25. Ворохов А.М., Ганшин А. С., Додонов Н.Т. Волокнистые и комбинированные сальниковые уплотнения. -М.: Машиностроение, 1966. -312 с.

26. Брот P.A. Эксплуатация уплотнительных устройств с мягкой набивкой. -М.: ВНИИОЭНГ, 1972. -46 с.

27. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. -М.: Мир, 1987. -524 с.

28. Бубнов Ю.И., Михалов И.Ф. Исследование сальниковых уплотнений с вращающейся набивкой. / Детали машин. Республиканский межведомственный научно-технический сборник, 1974, вып. № 19, с.63-66.

29. Вологодский Н.Б., Животовский H.A., Ямпольский С.Д. Износ трущихся поверхностей в сальниковом уплотнении. // Химическое машиностроение, 1972 № 4, с. 9-10.

30. Вологодский Н.Б., Животовский H.A., Ямпольский С.Д. Исследование бокового давления сальниковых уплотнений. / Сб. «Технология и организация производства», 1973, № 9, с. 65-67.

31. Гаркунов Д.Н. Триботехника. -М.: Машиностроение, 1989. -328 с.

32. Гафт Я.З., Аношко В.А. Сальниковые уплотнения динамических насосов. // Обзорная информация. Сер ХМ-4. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980. -50 с.

33. Гафт Я.З. Стандартизация уплотнений центробежных насосов. // Экспресс-информация, 1976, №23, с. 10-11.

34. Гафт Я.З. Методика ускоренных испытаний нгбивных сальниковых уплотнений. // Экспресс-Стандарт, 1972, № 50, с. 11-13.

35. Гафт Я.З. Повышение долговечности сальниковых уплотнений центробежных насосов. / Тезисы докладов Всес. конф. по гидромашиностроению. Сумы, 197.8, с. 156-160.

36. Гафт Я.З. Классификация конструкций сальниковых уплотнений. / Тезисы докладов к II Всес. научн.-техн. совещанию по уплотнительной технике. Сумы, 1979, с. 4-5.

37. Гафт Я.З. Повышение надежности уплотнений и подшипников крупных насосов, перекачивающих жидкости со взвесью. // Тр. ВНИИГидромаш, 1981, с. 46-50.

38. Гафт Я.З., Деснер О.Г., Эрдрайх. B.C., Задановс <ий Л.Г. Повышение надежности осевого химического насоса. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1981, №3, с. 9-10.

39. Гафт Я.З., Дронов В.П. Набивные сальниковые уплотнения. // Обзорная информация. Сер ХМ-4. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1972. -32 с.

40. Гафт Я.З. Расчет контактных напряжений в сальниковом уплотнении. / Тезисы докладов к II Всес. научн.-техн. совещанию по уплотнитзльной технике. Сумы, 1979, с. 5-6.

41. Гафт Я.З. Разработка конструкций и исследование механизма герметизации сальниковых уплотнений крупных лопастных насосов: Автореф дис. канд. техн. наук. -М., 1995.-21 с.

42. Гафт Я.З., Голубев А.И. Исследование торцовых сальниковых уплотнений для валов насосов. / Тр. VIII Межд. науч.-техн. конф. «Насосы-96», т. 2. -Сумы: ИПП "Мрия-1", 1996, с.73-79.

43. Гафт Я.З. Расчет утечек через сальниковое уплотнение:. / Тр. IX Межд. науч.-техн; конф. «ГЕРВИКОН-99», т. 1. -Сумы: Ризоцентр СумГУ, Ш9, с. 170-174.

44. Гафт Я.З., Загорулько A.B. Исследование механизма герметизации и определение контактных давлений в торцовых сальниковых уплотнениях. / Тр. IX

45. Межд. науч.-техн. конф. «ГЕРВИКОН-99», т. 1. -Сумы: Ризоцентр СумГУ, 1999, с. 175183.

46. Гафт Я.З., Тарасевич Ю.Я. Статический расчет саморегулируемых торцовых сальников. / Тр. IX Межд. науч.-техн. конф. «ГЕРВИКОН-99», т. 1. -Сумы: Ризоцентр СумГУ, 1999, с. 311-317.

47. Гафт Я.З. Технико-экономический анализ применения различных типов уплотнений. / Тезисы докладов V1 Всес. научн.-техн. совещания по уплотнительной технике. Сумы, 1988, с. 62-63.

48. Гафт Я З. Разработка и внедрение торцовых сальниковых уплотнений. / Сб. научн. тр. ВНИИГидромаша: «Проблемы насосостроения и их решение. -М: ВНИИГидромаш, 1989, с. 58-64.

49. Гафт Я.З., Яременко О.В. Набивные сальниковые уплотнения вращающихся валов. / Труды ВНИИГидромаша. -М.: Энергия, 1978, с. 85-93.

50. Гафт Я. Сальниковые уплотнения с самоцентрованием набивки. // Машинознавство, Львов, 1999, №7, с. 45-47.

51. Голубев А.И., Гафт Я.З. Исследование модифицированной конструкции сальникового уплотнения вала. // Вестник машиностроения, 1978, № 9, с. 36-38.

52. Голубев А.И., Гафт Я.З. Разработка отечественной набивки на основе углеродного волокна. / Тезисы IV Всес. конф. по компрессорному машиностроению. Сумы, 1974, с. 77.

53. Голубев А.И., Стерлядкина Е.К., Гафт Я.З. Применение углеродного волокна в уплотнительной технике. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1974, № 10, с. 36-38.

54. Горбенко С.А. Способ увеличения срока службы набивных сальников питательных насосов. // Энергетик, 1966, № 5.

55. Гордеев В.В. Исследование и разработка торцовых уплотнений насосов, перекачивающих жидкости с абразивными включениями: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М„ 1973. -28 с.

56. Демина Н.В., Моторина А.В., Немченко Э.А. Методы физико-механических испытаний химических волокон, нитей и пленок. -М.: Легкая индустрия, 1969. -339 с.

57. Денни Д.Ф. Смазка жидкостных уплотнений. / Сб. «Нсвые работы по трению и износу». -М., 1959, с. 53-64.

58. Домашнев А.Д. Экспериментальное исследование коэффициентов бокового давления для сухих сыпуче-волокнистых сальниковых набивок. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1970, № 2, с.27-31.

59. Елисеев Б.М. Теоретическое и экспериментальное определение перемещений резиновой обоймы одновинтового насоса. ./ Труды ВНИИГидромаша, 1972, № 43, с. 99108.

60. Зотеев B.C., Тихомирова В.А. О воспроизводстве результатов испытаний на изнашивание на лабораторных установках. // Заводская лаборатория, 1966, т.32, №3, с. 14-19.

61. Ирмейер Ю.Б., Ирген Д.С., Колабунова Е.П. О гарантированных оценках надежности систем при неполных сведениях о надежности элементов. // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1966, т. 6, № 4, с. 47-50.

62. Карпенко Г.В. Прочность стали в коррозионной среде. -К.: Машгиз, 1963.316 с.

63. Кащеев В.Н., Соломин А.И. Влияние температурных режимов узла трения на износ. // Известия высших учебных заведений, 1963, № 11, с. 41-43.

64. Кокичев В.Н. Уплотняющие устройства в современном машиностроении. -М. -JI.: Судпромгиз, 1962. 207 с.

65. Кондаков JI.A. Уплотнение гидравлических систем. -М.: Машиностроение, 1972.-240 с.

66. Коллинз Р. Течение жидкостей через пористые материалы. -М.: Мир, 1964.350с.

67. Кононенко А.П., Голубев Ю.Н. Уплотнительные устройства машин и машиностроительного оборудования. -М.: Машиностроение, 1984. -103 с.

68. Кордонский Х.Б. Форсированные испытания надежности машин и приборов. / Сб. «Надежность и долговечность машин и приборов». -Москва, 1964, с. 111-116.

69. Крагельский И.В., Добыгин М.Н., Конбалов B.C. Основы расчетов на трения и износ. -М.: Машиностроение, 1977. -528 с.

70. Крагельский И.В. Трение волокнистых веществ. -M.-JI.:, Гизлегпром, 1941.126 с.

71. Крауг С., Старфилд А., Методы граничных элементов в механике твердого тела. -М.: Мир, 1987. -240 с.

72. Кревсун Э.П. Торцовые герметизаторы вращающихся валов. -Минск: «Арти-Фекс», 1998.-148 с.

73. Кузнецов В.Л., Кузнецов И.В., Очилов P.A. Ремонт крупных осевых и центробежных насосов: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1996. -240 с.

74. Лившиц С.П. Уплотняющие устройства сальникового типа. / Труды ЦКТИ, кн. 6, 1947.

75. Ломакин A.A. Центробежные и осевые насосы. -М.: Машиностроение, 1966.364 с.

76. Майер Э. Торцовые уплотнения. -М.: Машиностроение, 1978. 288 с.

77. Макаров Г.В. Уплотнительные устройства. -М.-Л.: Машиностроение, 1965.200 с.

78. Марцинковский В.А. Теоретические основы и конструкции сальниковых уплотнений: Конспект лекций. -Сумы.: Ризоцентр СумГУ, 1998. -93 с.

79. Марцинковский В.А.,' Ворона П.Н. Насосы атомных электростанций М.: Энергоатомиздат, 1987. -256 с.

80. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. -М.: Машиностроение, 1965. -418 с.

81. Миркин Л.И. Физические основы прочности и пластичности. Введение в теорию дислокаций. -М.: Изд-во МГУ, 1968. -538 с.

82. Модификация насосов типа ЦНС для перекачки нефти. / Багманов A.A., Мещеряков С.К., Гафт Я.З. и др. // Нефтяное хозяйство, 1988, № 7, с. 54-58.

83. Мур Д. Трение и смазка эластомеров. -М.: Химия, 1977. -264 с.

84. Перрете А.И. Основы ускоренных испытаний в радиотехнике и в приборостроении. -М.: Знание, 1969. —114 с.

85. Покудин В.Г. Исследование радиальных уплотнений гребных валов морских судов: Автореф. дис. канд. техн. наук. -Л., 1977. -22 с.

86. Проников А. С. Надежность машин. -М.: Машиностроение, 1978. 591 с.

87. Решетов Д.Н., Иванов А. С., Фадеев В.З. Надежность машин. ~М.: Высшая школа, 1988.-238 с.

88. Романов В.В. Влияние коррозионной среды на циклическую прочность металлов. -М.: Машиностроение, 1969. -438 с.

89. PTM 26-06-19-74. Насосы центробежные. Уплотнении: сальниковые. / Гафт Я.З., Аринштейн В.Н. -М.: ВНИИГидромаш, 1975.

90. РТМ 26-06-25-75. Насосы центробежные. Инструкция по установке и эксплуатации сальниковых уплотнений. /Гафт ЯЗ. -М.: ВНИИГидромаш, 1975.

91. РТМ 26-06-59-84. Насосы грунтовые. Инструкция по эксплуатации сальниковых уплотнений. /ГафтЯ.З. -М.: ВНИИГидромаш, 1984.

92. Серенсен C.B. и др. Поля деформаций при малоцикловом нагружении. -М.: Наука, 1978.

93. Смертяк Ю.Л. Исследование сальниковых уплотнений при различных режимах работы. / Сб. «Повышение износостойкости и срока службы оборудования пищевой промышленности». -М.: ЦНИИТЭлегпищемаш, 1968, с. 62-68.

94. Смертяк Ю.Л. О влиянии утечки жидкости на износ вала в сальниковом уплотнении. / Сб. «Повышение износостойкости и срока службы оборудования пищевой промышленности». -М.: ЦНИИТЭлегпищемаш, 1968, с. 69-74.

95. Смертяк Ю.Л. и др. Исследование напряженного состояния сальниковых уплотнений центробежных насосов. / Сб. «Повышение износостойкости и срока службы оборудования пищевой промышленности». -М.: ЦНИИТЭлегпищемаш, 1968, с. 47-55.

96. Смертяк Ю.Л. и др. Исследование изменения свойств набивки при различных режимах работы сальникового уплотнения. / Сб. Повышение износостойкости и срока службы оборудования пищевой промышленности: -M.: ЦНИИТЭлегпищемаш, 1968, с.56-61.

97. Смирнов Н.В., Дунин-Барновский В.И. Курс теории вероятностей и математической статистики. -М.: Наука, 1969. -272 с.

98. Словарь-справочник по трению и смазке деталей машин / Зозуля В.Д., Шведков Е.Л., Ровинский Д.Я и др. -К.: Наукова думка, 1990. -264 с.

99. Справочник по триботехнике. Т. 1. Москва-Варшава: Машиностроение ВКЛ, 1989. -400 с.

100. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. -М.: Машгиз, 1948.

101. СТП 06.51-5-76. Насосы крупные динамические для воды. Уплотнения сальниковые. /ГафтЯ.З. -М.: ВНИИГидромаш, 1977.

102. Таганов Н.И., Тимощук А. С., Кириллов В.М. О боковом давлении набивки из фторопласта-4. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1965, № 4, с. 1214.

103. Танигута X., Кабада С. Испытания центробежных насосов на долговечность. //Кэнсэцу-Но Кикайко, 1972, № 269, с. 63-67. (Япония).

104. Тимощук А. С. Оценка герметизирующей способности сальниковых уплотнений. // Строительные и дорожные машины, 1968, № 6, с. 22-25.

105. Тимощук А. С. Влияние углов наклона ограничивающих уплотнитель поверхностей на работу сальников с мягкими коническими уплотнителями. / Тр. VIII Межд. науч.-техн. конф. «Насосы-96», т. 2. -Сумы: ИПП «Мрия-1», 1996, с.90-104.

106. Тимощук А. С. Сальниковые уплотняющие устройства. Особенности расчета и безопасной эксплуатации типовых элементов химического оборудования: Учебное пособие. -С-Пб., 1992, с.96-114.

107. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. /Под общ. ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова. -М.: Машиностроение, 1994. т448 с.

108. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. -М.: Машиностроение, 1984. -224 с.

109. Шевченко С.С. Разработка и исследование новых конструкций сальниковых уплотнений насосного оборудования АЭС: Афтореф. дис. канд. техн. наук. -Харьков, 1990. -20 с.

110. Шевченко С.С. Саморегулирующиеся сальниковые уплотнения насосов АЭС. // Электрические станции, 1989, №5, с. 36-39.2G7

111. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. -М.: Гостоптехиздат, 1960. -249 с.

112. Яременко О.В. Надежность крупных насосов типов ОПВ и В. // Экспресс-информация ЦИНТИхимнефтемаш. Сер ХМ-4. 1972, №7. -18 с.

113. Austin R.M., Fisher M.J. An investigation of methods of packing stuffing box seals for rotating shafts. / BHRA-Report RR741,1962.

114. Bazoti L. Пути модернизации сальниковых уплотнений. // Gep, 1973, v. 25, No 1, pp. 58-72. (Венгрия).

115. Berzins A. A comparative study of soft packing and mechanical seals in the Swedish cellulose industry consequences in cost and environmental control. / The 7th international Conference on Fluid Sealing, 1975, Paper F2.

116. Bohner K., Blenke H, Hinkel R. Lateral stress ratio, deformation and relaxation of stuffing soft packing. / The 7th international conference on Fluid Sealing, 1975, Paper E3.

117. Bohner K., Blenke H., Raiblr G. Maximum load and operational behavior of stuffing box packing for rotating shafts. / The 7th international conference on Fluid Sealing, 1975, Paper G4.

118. Brink RV. Working life of a seal (an elementary theory), // Lubrication ' Engineering, 1970, v. 26, pp. 375-380. .

119. Buchter H. Industrial Sealing Technology. / A.Wiley Interscience Publication, USA, 1979. -441 p.

120. Coopey W. New seal for superpressure shafts. // Chemical Engineering, 1965, v. 72, No 20, pp. 153-159.

121. Denny D.F., Turnbull D.E. Sealing characteristics stuffing box for rotating shafts. // Proc. Inst. Mech. Engs, 1960, v. 174, No 6, pp. 271-291.

122. Dichtungspraxis: Handbuch. / Wolfgang Tietze (Hrsg.). Essen: VulkanVerlag, Germany, 1998. -586 S.

123. Doolin I.H. What pump design does to seals? // Lubrication Engineering, 1966, v. 22, No 11, pp. 121-123.

124. Finch B. Interfiber stress and its transmission. // Textile Research J., 1951, v. 21, No 6, pp. 374-392.

125. Gabel W. Beitrag zur Sistematisierung der Dichtungstechnik. // Technik, 1968, Bd. 23, SS. 484-487.

126. Gaft J.Z., Krivonogov V.G., Petushkov V.A. Investigation into the mechanism of sealing in shafts stuffing boxes. // Wear, 1989, v. 132, pp. 39-48.

127. Gaft J.Z., Golubev A.I. Investigation of face seal gland for pump shaft. / Proceeding of the tenth conference on fluid machinery. Budapest, 1995, GTE, pp. 91-97.

128. Gaft J.Z., Marzinkovski W.A. Die Untersuchung newer. Konstruktionen von radialen und axialen Packungsdichtungen. / X Internationales DichtungsKolloqium Untersuchung und Anvendung von Dichtelementen Vortrage. - Steinfurt, Germany, 1997, SS. 182-205.

129. Gaft J.Z. Experimental investigations of shaft/packing friction pair wearing characteristics. // Problems Exploatacji, Krakov, 1998, N 3, pp. . 113-119.

130. Gaft J.S., Marzinkovski W. Auswertung der Radial- und Winkelsteifheit der Stopfbuchsdichtungen / Untersuchung und Abwendung von Dichtelementen. XI Dichtungskollokuium. Vulkan-Verlag, Essen, Germany, 1999, SS. 212-220.

131. Gaft J. Experimental investigation of Shaft-Gland Packing Friction Pair Wearing Characteristics. / П International Sealing Conference. Dresden, 1999, pp. 33-40.

132. Gosztowt L. Klassyfikacja uszcelnien technicznich. // Przeglad mechaniczny, 1970, v. 29, No 14, SS. 405-408.

133. Hoffmann T. Wann auch heite noch "Stopfbuchsen'. // Maschinenmarket, 1969, Bd. 75, Nr 40.2G&

134. Jaremenko O.V., Gaft Ja.S. Untersuchung der Wirkungsweisse von Stopfbuchsenpackungen fur rotierende Wellen. / 5 Internationale Dichtungstagung. Vortrage. -Dresden, 1974, SS. 181-193.

135. Karassik I J. The case for packed staffing box . or requiem in minor for the old skill. / Proc. Rotating machinery Conf. Vol. 2. Somerset, New-Jersey, 1993.

136. Kim I.K. Wellenpackung mit trapezoidem Quershnitt. / Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen. XI Dichtungskolloquium. Vulkan-Verlag, Essen, Germany,1999, SS. 221-233.

137. Kjeüen B. Dynamic properties of soft packing for rotating shafts. / Proc. 6th Int. Conf. Fluid Seal. Munich, 1973, Paper A2.

138. Kristy 0:M. How to get longer life out of pump packing and shaft sleeve. // Water and Sewage Works, 1967, v. 114, No 6, pp. 199-201.

139. Marzinkovski V., Gaft J., Gawlinsky M. Contemporary Tendencies of Gland Packing Improvement. / VIII-th International Conference "Seals and Sealing Technology in Machines and Devices". Wroclaw - Polanica Zdroj, 1998, pp. 151-165.

140. May E.M. Pressure drop across a packing. // Applied Hydraulics, May 1957, pp. 110-114.

141. McKenzie D.A. A comparison of the cost-effectiveness of soft packing materials and renewable face mechanical seals. // Pumps-Pompes-Pumpen, 1971, No 62, pp. 518-521.

142. Mathews A.L., Mckillor G.R. Compressed packing. // Machine Design, 1971, v. 43, No 22.

143. Muller H.K. Weichpakungsstopfbuchsen mit ausgeglichener Anpressung. // Konstruktion im Maschinen-Apparate und Geratebau, 1968, H. 6, Nr 6, SS. 224-226.

144. Muller H.K. Abdichtung bewegter Maschinenteile. Waiblingen: Medienverlag, 1990.-256 S.

145. Nau B.S. Modified packed gland design. / Proceeding of the 3d Conf. on Fluid Sealing,Cambridge, England, 1967, Paper A4.

146. Patent №2519400 France. Garniture mecanique. / Gaft J.Z.

147. Patent №3239834 Deutschland. Gleitringdichtung. / Gaft J.Z.

148. Patent №3249851 Deutschland. Gleitringdichtung. / Gaft J.Z.

149. Roos E., Klenk Т., Kochelman H. Kennwerte und Bufverfahren for Stopfbuchspakungen. //Dichtungstekhnik, H. 1, November 1998, SS. 7-14.

150. Ruzick I., Kulhani I. Теория гидравлических уплотнений вращающихся валов. // Strojirenstvi, 1967, t. 17, No 3, SS. 189-193.

151. Scallamach A. Friction and abrasion of rubber. // Wear, 1958, v. 1, pp. 384417.

152. Seifert E. Stopfbuchsen-Kammerung. // Maschinenbau, 1965, Bd. 14, Nr 10.

153. Szabo В. Исследование набивного сальникового уплотнения центробежного насоса при различных тепловых режимах. // Gep, 1968, V. 20, No 7, pp. 263-266. (Венгрия).

154. Teodoresiu St., Florentiu AI. Расчет сальниковых уплотнений. // Revistu de chimie, 1967, v. 18, No 2, pp. 82-87. (Румыния)

155. Thomson T. Packed gland for high pressure. An analysis of fundamental. // Combustion, No 29, Mai 1958, SS. 38-51.

156. В сершйшх додо&вшшк'яайвввв заыевяегса через500 часов i ffещш locfuraes 1002Ш м/чш*1. U)J'зидиу м' ВАК Россиейя.з.тт,-.«.»n^wMmw; ii.-.rA ,;4Г. :.Х ^ 1. УТВЕВДАЮотель начальника

157. Бухарской обл. УзССР Г,А»Тян1979г1. АКТ i 'внедрения уплотнения вала насосов BI7~I6/55, BI4-14/65, B20-I3/45 П очереди Амубухарского канала.

158. Испытания модернизированной конструкции показали, что она1. Начальник Управления АБМК

159. Зам »директора ВНИИГидромаш п й работе1. О.В.Захаров1979г.

160. Начальник насосной станциин1. Зав.группой ВНИИГидромаш

161. Начальник насосной станции Хамза-П

162. ЪлёШршс*^. Галяутдин ов и » 1979г.Iкг: ■1. I "О . ,., .1. Игл „„»и.-ч.* » в»««*»»' «а 4 » л.'л »инженер уэ ш и на1. Р#А»Очилов г»