автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Усовершенствование торцевых уплотнений на основе анализа тепловых и гидродинамических процессов

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ

> ¿з ІА

СМАЛЬКО Михайло Анатолійович

УДК 536.2

УДОСКОНАЛЕННЯ ТОРЦЕВИХ УЩІЛЬНЕНЬ НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ТЕПЛОВИХ ТА ГІДРОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

05.14. ІГ Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Автореферат на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ-2000

Дисертація є рукопис

Робота виконана на кафедрі теплоенергетики та машинознавства Рівненського державного технічного університету Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Завгородній Петро Федорович

---------------- Рівненський державний технічніш університет,

зав. каф. теплоенергетики та машинознавства

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Нікітенко Микола Іванович Інститут технічної теплофізики НАН України, провідний науковий співробітник

кандидат технічних наук Орлик Володимир Миколайович Інститут газу НАН України, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут”

Захист відбудеться ¿■уррє/їґ'ґлЯООО р. о /-4 годині на засіданні

спеціалізованої ради Д 26.224.01 в Інституті технічної теплофізики НАН України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Желябова, 2а.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту технічної теплофізики НАН України за адресою: м. Київ, вул. Желябова, 2а.

Автореферат розісланий “¿V” а/с с ІЇтнл 2000 р.

Вчений секретар „

спеціалізованої вченої Ради / У /' Кривошей Ф.О.

/ /у ^ і - 'І

Актуальність теми. За останні роки торцеві ущільнення знаходять ширше застосування в техніці. Головним напрямком їх використання є герметизація вузлів машин, які працюють з рідинами під високим тиском, рідинами, які містять тверді частки, рідинами, які являють собою агресивне середовище стосовно до оточуючих матеріалів, у кріогенних системах та вакуумі. Такі важкі умови експлуатації призводять до значного зносу деталей та частих відмов роботи вузлів.

Проектування конструкцій ущільнень та технологій їх виготовлення ставить ряд завдань, які пов’язані з необхідністю чіткого розуміння фізичних процесів, що відбуваються у зоні контакту робочих кілець ущільнення. Оскільки теплові та гідродинамічні процеси мають визначальний вплив на режими тертя в зоні контакту кілець і протікання рідини з ущільненої області, тому важливим напрямком досліджень є визначення їх впливу на роботу ущільнення в цілому.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження є частиною робіт, виконаних відповідно до державних науково - технічних програм ДКНТП та договору № 5-43 про створення науково - технічної продукції між Рівненським управлінням нафтопроводів “Дружба” та Українським інститутом інженерів водного господарства.

Метою роботи є удосконалення конструкцій торцевих ущільнень і технологій їх виготовленім на основі аналізу теплових та гідродинамічних процесів, які відбуваються в зоні контакту їх робочих кілець.

Відповідно до мети роботи визначені наступні задачі дослідження:

1. Дослідження одномірного ізотермічного руху рідини в зоні контакту робочих кілець ущільнень при моделюванні шорсткості їх поверхонь з допомогою періодичних функцій.

2. Дослідження напружено - деформованого стану кілець спричиненого нерівномірним їх нагрівом і дією стискаючої та відцентрової сил.

3. Застосування математичної моделі в її численній реалізації для дослідження впливу форм мікронерівностей поверхонь тертя на ізотермічний рух рідини в контакті робочих кілець ущільнення.

4. Розробка конструкцій ущільнень, стенду і змінного обладнання до ііьо-

го для дослідженюпга приробки робочих кілець перед -експлуатацією.----------

5. Розробка методики експериментальних досліджень, виготовлення моделей запропонованих конструкцій та їх дослідження.

Наукова новизна роботи

1. Встановлено основні закономірності розподілу тиску рідини в зоні контакт}7 робочих кілець ущільнення без урахування та з урахуванням шорсткості поверхонь тертя кілець.

2. Досліджено напружено - деформований стан кілець, який викликаний нерівномірним їх нагрівом та дією стискаючої і відцентрової сил.

3. Змодельовано вплив форм мікронерівностей поверхонь тертя на ізотермічний рух рідини в контакті робочих кілець ущільнення.

4. Розроблено теоретичні передумови для створення нових конструкцій ущільнень та стенду' для приробки їх кілець.

Практична цінність

1. На основі теоретичних та експериментальних досліджень розроблені нові конструкції торцевих ущільнень: із зниженими термонапруженнями в кільцях та примусовою циркуляцією рідини в зоні контакту; з кільцями, що мають підвищений відвід тепла та поверхні тертя, які самоприробляються в процесі роботи; з кріпленням робочих кілець пружинними штифтами.

2. Виготовлено моделі запропонованих конструкцій та проведено їх порівняльні випробування із промисловими зразками.

3. Розроблено і виготовлено конструкції стенду та змінного обладнання до нього, які можна використати як для досліджень, так і приробки дослідних та промислових зразків робочих кілець ущільнення.

4. Розроблена методика розрахунку полів швидкостей та тисків рідини ;ля двомірної моделі в елементах мікронерівностей, яка реалізована в інтег-юваному середовищі Turbo Pascal 7.0 з представленням результатів розра-;унків у вигляді просторових графічних зображень.

5. Результати теоретичних та експериментальних досліджень застосову-оться d роботі Державного підприємства нафтопроводів “Дружба”.

Особистий внесок здобувача. Автор є основним виконавцем теоретичних та експериментальних досліджень, аналізу та оформлення результатів у вигляді публікацій, доповідей і заявок на винаходи, узагальнення як окремих етапів дослідження, так і матеріалів дисертаційної роботи в цілому.

Апробація робот». Результати роботи, що представлені в дисертації, доповідалися на: Республіканській науково-технічній конференції ’’Механизация производственных процессов в водохозяйственном строительстве1 ‘ (Рівне, УІІВГ - 1990 р.); науково-технічній конференції ’’Достижение научнотехнического прогресса в практике мелиоративного строительства“ (Рівне, УІІВГ - 1990р.); науково-технічній конференції ’’Новые технические решения при производстве мелиоративных работ“ (Рівне, УІІВГ - 1992 р.); науково-технічній конференції ”1922-1992“ (Рівне, УІІВГ - 1992 p.); науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу та студентів інституту, присвяченій 50-річчю Перемоги у Великій Вітчизняній війні (Рівне, УІІВГ - 1995 p.); Всеукраїнській науковій конференції ’’Застосування обчислювальної техніки, математичного моделювання та математичних методів у дослідженнях“ (Львів, ЛДУ - 1996 p.); другій науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу академії (Рівне, УДАВГ - 1996 p.); третій науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів академії (Рівне, УДАВГ-1997 р).

Публікації. Результати дисертаційних досліджень опубліковано в шести наукових статтях, дев’яти тезах наукових конференцій; за технічними -

рішеннями, представленими в роботі, отримано два авторських свідоцтва, два патенти України та шість патентів Російської Федерації.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел та

1іодатків70б,єм_роботихкладає'164-сторінок-машинодруку,-які-вміщуіать_54____

рисунка, 5 таблиць, бібліографічний список з 132 першоджерел і 13 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі представлено обгрунтування актуальності роботи, сформульована мета, визначено наукову новизну і практичне значення роботи, наведена коротка характеристика отриманих результатів, які виносяться на захист.

У першому розділі міститься огляд сучасного стану проблеми дослідження та застосування торцевих ущільнень у техніці.

На основі аналізу літературних джерел встановлено, що значний вплив на роботу торцевих ущільнень мають теплові та гідродинамічні процеси у зоні контакту робочих кілець ущільнення, оскільки ці процеси визначають режим роботи ущільнення і роботоспроможність вузла в цілому. Дослідження впливу цих факторів значно ускладнено малими розмірами зазорів (3-10 мкм) у зоні контакту робочих кілець і їх вплив на роботу ущільнення в більшості випадків оцінюється експериментально без достатнього теоретичного аналізу.

Враховуючи сучасний стан досліджуємо'! проблеми, формулюються задачі, які розв’язуються в даній роботі з метою удосконалення конструкцій торцевих ущільнень на основі теоретичного аналізу теплових та гідродинамічних процесів, що відбуваються в зоні контакту їх кілець.

У другому розділі проводиться аналітичне дослідження ізотермічного руху рідини в зоні контакту робочих кілець ущільнень з метою визначення виливу характеру шорсткості робочих поверхонь кілець ущільнень на гідродинамічні процеси в зоні їх контакту.

Виходячи з припущення про стаціонарний режим тертя та ізотермічний характер руху ньютонівської рідини в зоні контакту кілець ущільнення рівняння Рейнольдса для прийнятої одномірної задачі за пишеться у вигляді

‘LL=12m и (')

сіх її3

де Л- зазор між робочими поверхнями кілець ущільнення.

Для отримання конкретних рішень рівняння (1) при заданих граничних умовах необхідним є задания в аналітичній формі рівнянь h¡(x, у) і h2(x, у) поверхонь тертя робочих кілець, які після технологічних процесів обробки мають нерівності, елементи яких носять абсолютно випадковий характер. Для моделювання різних умов роботи вибираємо дві моделі, прийнявши відносну величину зазору fi(x, у) = h¡(x, у)+ /ь (х, у) між поверхнями тертя кілець.

Перша модель (рис. 1, а) враховує той факт, що навіть при наявності великих плям розплющенім в контакті всі заглиблення між нерівностями у процесі роботи механізму залишаються з’єднаними в єдиний канал, при цьому змінюється тільки поперечний переріз каналу і величина зазору рівна

h ~ (2 + cos х + sin х )h0 - (л/2 + sin( — + х ))ho л/Т • (2)

4

Друга модель (рис.1, б) дає можливість змоделювати безпосередній контакт поверхонь зі значними плямами розплющенім, в середині яких утворюються замкнуті канали між нерівностями. Для цього випадку модель складається з ідеально плоскої поверхні та поверхні, яка моделюється періодичною функцією, тоді зазор у контакті рівний:

її = (2 + cos х )ho. (3)

Для обох моделей після підстановки відповідно виразів (2) і (3) у рівняння (1) при граничних умовах отримано рішення, які представлені в аналітичному вигляді та графіками розподілу тиску в зазорі за умов: швидкість 17=10,2 м/с; середній зазор h0 = 4 мкм; рідина в ущільненій області - вода. На рис.2 для прикладу представлено графік розподілу тиску для першої моделі.

На основі аналізу рішень для прийнятих моделей та порівняння їх з рішеннями для моделі з обома плоскими поверхнями видно, що гідродинамічні процеси між поверхнями тертя супроводжуються значними перепадами тисків, що веде до виникнення кавітаційних явищ та розривів в рухові рідини.

а)

б)

Р,МРа-

40

В

Рис.2. Розподіл тиску для першої моделі У третьому розділі на основі розрахованих аналітичним спосособом стаціонарних температурних полів проведено розрахунок напруженого стану рухомого та нерухомого кілець з урахуванням нерівномірного прогріву тіл кілець, дії на них відцентрової сили і сили, яка виникає в результаті дії нажимного механізма на загальному фоні стаціонарного характеру напруження, яке виникає в результаті дії моменту тертя між робочими поверхнями кілець. На основі проведених розрахунків побудовано епюри напружень в тілі кільця на різній відстані від поверхні тертя та визначено зони їх концентрацій.

Оскільки пускові та перехідні режими є короткочасними для більшості

леханізмів, у яких використовуються торцеві ущільнення даного типу насоси, компресори, турбіни і т.д.), тому температурні поля будуються на зснові рішення стаціонарного рівняння теплопровідності для моделі кільця у зигляді полого циліндра з відповідними допущеннями та граничними умовами. На основі аналізу взаємодії рухомого та нерухомого кілець з навколишнім середовищем та рідиною в ущільненій області на цих границях були задані граничні умов» третього роду. На гран пнях контакту робочих кілець з деталями механізму прийнято умови “ідеальний тепловий контакт” та задано граничні умови другого роду. Зазор в контакті робочих поверхонь кілець розглядається як область із внутрішніми джерелами тепла, і задаються граничні умови четвертого роду. На основі аналітичного рішення побудовані температурні поля для рухомого (рис.З) та нерухомого кілець.

Отримані аналітичні рішення для розподілу температури були використані при рішенні системи рівнянь Ляме для знаходження напруженого стану в тілі кілець. При цьому граничні умови визначалися для радіальної складової напруження виходячи з тиску рідини в ущільненій області та тиску навколишнього середовища. На основі отриманих рішень рівнянь побудовано епюри проекцій напружень в тілі кільця на різній відстані від поверхні тертя.

Нарис. 4 наведено епюри проекцій напружень для рухомого кільця.

На основі отриманих результатів зроблено висновки про характер нерівномірності прогріву кілець та виникнення на основі цього складної картини напружень. З метою запобігання виникнення зон концентрації напружень на —поверхнях-тертя робочих-кілець ^запропоновано-розділити-поверхні-тертя-в— місцях концентрації напруження та створити умови для рівномірного прогріву тіла кільця прискоренням відводу тепла із зони тертя за допомогою примусового руху рідини між поверхнями тертя робочих кілець,

а) б)

Рис. 4. Складові проекцій <тг і сгй напружень У четвертому розділі проводиться чисельне моделювання впливу форми мікронерівностей робочих поверхонь кілець на протікання рідини з ущільненої області в зоні контакту поверхонь тертя робочих кілець ущільнень.

При дослідженні поверхні тертя промислових зразків кілець торцевих ущільнень на різних етапах експлуатації'), спостерігається виникнення характерних ознак зносу поверхонь тертя робочих кілець, що при тривалій роботі призведе до виникнення характерної картини зносу з утворенням певних зон

зносу, а потім до утворення сдішої суцільної зони зносу. Як видно з цих досліджень, знос має періодичний характер від зони високого тиску до зони низького, при цьому період зменшується у бік зменшення тиску. При таких дослідженнях спостерігалося збереження форм мікронеріїшостеіі в процесі експлуатації. На основі чого були вибрані найближчі до реальних моделі форм мікронерівностей: прямокутна, трапецеїдальна, трикутна та модель з декількома нерівностями (рис. 5).

При чисельному моделюванні процесів в мікронерівностях використовувалася математична модель руху рідини на основі зсувових течій для яких характерним є рух рідини з повздовжньою дифузією. Для проведення чисельного експерименту на таких моделях був вибраний метод контрольних об’ємів з сегрегірованням. Для реалізації методу використані процедура SIMPLE та її модифікації SIMPLER, які запропоновані Патанкером і Сполдінгом.

На основі алгоритму цих процедур були розроблені програми в інтегрованому середовищі Turbo Pascal 7.0, які дають можливість задавати змінну розрахункову область та представляти результати розрахунків у вигляді таблиць та просторових графічних зображень (рис.6).

На основі проведених розрахунків для прямокутної, трикутної, трапецеїдальної та декількох послідовних трикутних моделей при значеннях Re = 1,

5, 10, 15, 16 зроблено висновок, що при зростанні значення числа Рейнольдса залежно від зміни форм мікронерівностей відбувається зменшення відхилення тиску від середнього тиску в зоні поблизу мікронерівності та перерозподіл між проекціями швидкості, що призводить до виникнення кавітаційних явищ в мікронерівностях. Запобігати зниженню руйнівного ефекту цих явищ

а) б)

-------► ------------------------------►

Рис. 5. Моделі форм мікронерівностей

V = 1 ; и = О

V = О и = О

V = о

и = о

-1.040аООООООЕ-ОА

в)

г)

Рис.6. Рух рідини в декількох мікронерівностях трикутної форми при числі Рейнольдса Яе - 10.

южна досягти заданням відповідної регулярної шорсткості з формами мікро іерівностей близькими до прямокутної, що можна отримати підбором ттеріалу кілець або вибором процесу обробки поверхні.

У п’ятому розділі наводяться запропоновані на основі теоретичних дослі-іжень конструкції торцевих ущільнень, рекомендації по вибору матеріалів кі-(ець та удосконалення технології їх виготовлення і підготовки щодо експлуатації, а також запропонована конструкція стенду та змінного робочого об-іаднання для підготовки кілець до експлуатації та їх досліджень.

Під час теоретичних досліджень розроблено передумови на основі іких запропоновано ряд конструкцій торцевих ущільнень:

-конструкція (рис.7, а.) з насосним ефектом, яка запропонована з метою товернення протікаючої рідини з ущільненої області назад до неї, створення тримусового руху рідини між робочими поверхнями кілець ущільнення для іідведенпя тепла, підтримання рідинного режиму тертя між кільцями та для ¡риву кавітаційних явищ в мікро нерівностях на робочих поверхнях кілець;

-конструкція із запорним клапаном (рис.7,б), яка запропонована з метою ¡апобігання збільшення протікання при зупинці та роботі механізму при чалих частотах обертання з рідинами, які мають низьку в’язкість та містять шачну концентрацію середніх та крупних звішених часток;

-конструкція з тілами кілець, що мають підвищений відвід тепла з зони гертя, та робочі поверхні (рис.7,в), які самоприробляються в процесі роботи запобігаючи характерному зносові і утворенню ламаної площини контакту між поверхнями тертя, що приводить до зменшення протікання;

-конструкція з кріпленням робочих кілець пружинними штифтами (рис.7, д), які пом’якшують ударні навантаження, запобігають розривам при схвачу-ванні між поверхнями в умовах перехідних режимів.

На основі проведеного аналізу матеріалів в якості робочого матеріалу для запропонованих конструкцій тертя вибрано пару - силіцирований графіт - си-ліцирований графіт марки СГ-П як матеріал, який найбільше відповідає умо-

вам експлуатації, а доя проведення експериментальних досліджень вибрано сталь марки 35ХГСА як матеріал, який є подібним за антифрикційними характеристиками до робочого та мас вищу технологічність, що є важливим при виготовленні різшпГваріантів запропонованих конструкции

а)

б)

/7 3 7 11

в)

г)

Рис. 7. Запропоновані конструкції Для запобігання відмов у роботі ущільнень в початковий період їх експлуатації розроблено рекомендації щодо підготовки пар кілець до установка їх в ущільнення та запропоновано конструкцію стенду і обладнання для проведення технологічних операцій по їх взаємній приробці в парі.

В шостому розділі приводиться методика, результати експериментальнії? досліджень та їх аналіз.

Експериментальні дослідження проводилися в три етапи. Кожний етаї передбачав серію проведення вимірювань при різних режимах роботи ущіль

нень. Для отримання задовільних результатів кількісно серії вимірювань визначалися на кожному етапі окремо, для чого перед кожним етапом проводилися пробні серії вимірювань та визначалась мінімальна кількість вимірювань для отримання заданої точності. При проведенні експериментальних досліджень використовувалися моделі запропонованих конструкцій та промислових зразків в натуральних розмірах виготовлені з сталі марки 35ХГСА. Промислові зразки, виготовлені з силідировапного графіту використовувались як еталонні зразки для підготовки обладнання та вимірювального комплексу, а також для отримання вихідних даних для розрахунків.

Перший етап дослідження проводився з метою отримання характеристик роботи моделей запропонованих конструкцій в різних умовах (рис.8).

Другий етап - з метою порівняння роботи моделей запропонованої конструкції ущільнень (зразок 1) і промислових зразків (зразок 2). Дослідження проводилося за аналогічною методикою, але з використанням здвоєної робочої головки, конструкція якої була запропонована з метою створення однакових умов при порівнянні дослідної та еталонної пар (рис.9).

Третій етап проводився з метою якісної оцінки картини зносу поверхонь тертя кілець моделей запропонованих конструкцій ущільнень і промислових зразків за стандартною методикою.

При порівнянні моделей запропонованої конструкції та промислових зразків в досліджувальному інтервалі вхідних параметрів встановлено пониження протікання, моменту тертя і перепаду температури поверхні тертя кільця та рідини в ущільненій області.

Після перших 2-3 годин роботи контрольних зразків для кілець моделей промислових зразків виникли початкові ознаки характерного зносу на загальному фоні приробки всієї поверхні, що неспостерігалось для моделей зразків запропонованих конструкцій. В подальшому для промислового зразка відбулося чітке виділення зон зносу (10-20 годин роботи) та стабілізація процесу до кінця досліджень. Для запропонованих конструкцій спостерігався тільки

фон загальної приробки.

а)

б)

2000

3000 п, об/хв

4000

о - -2000

3000 п, об/хв Р а 5,0 МПа

4000

■Р = 1,0 МПа, - Р = 3,0 МПа,

Рис. 8. Протікання 0 (а) та момент тертя М (б) залежно від числа обертання п при різних значеннях тиску рідини,Р.

2,5

7,5

10

Р, МПа.

— Зразок 1 при V = 5 м/с,

“ Зразок 1 при V = 1 0 м/с,

“ Зразок 1 лри V = 20 м/с,

®™Зразок 2 при V = 5 м/с,

3разок 2 при V = 10 м/с,

3разок 2 при V = 20 м/с.

Рис.9. Перепад температур сії залежно від лінійної швидкості V середньої

точки поверхні тертя кільгія при різних значеннях тиску ущільненої рідини

У висновках викладено результати роботи та напрямки їх використання.

Додатки містять графічні зображення розрахунків для моделей, описаних

в четвертому розділі роботи, та акти впровадження результатів роботи.

15

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу власних досліджень і літературних джерел було встановлено, що робота торцевих ущільнень значною мірою залежить від і!пливу теплових та гідравлічних явищ в зоні контакту поверхонь тертя робочих кілець, а також від характеру шорсткості поверхонь.

2. У результаті аналітичного дослідження ізотермічного руху рідини в зоні контакту робочих кілець ущільнень при моделюванні шорсткості поверхонь тертя періодичними функціями виявлено, що гідродинамічні процеси руху рідини в каналах між нерівностями супроводжуються значними перепадами тисків, які призводять до виникнення кавітаційних явищ з розривами в русі рідини, що спричиняє періодичні зони зносу поверхні тертя. Тому модель з ідеально плоскими поверхнями тертя, яка представляє лінійну залежність зміни тиску в контакті між поверхнями робочих кілець, є досить грубим наближенням.

3. На основі розрахунку температурних полів для кілець ущільнення було встановлено, що самі тіла кілець прогріті нерівномірно, і це призводить до виникнення термонапружень, які накладаються на складну картину напружень спричинених дією багатьох інших факторів (момент тертя між кільцями, перепад тиску між рідиною в ущільненій області та навколишнім середовищем, дія відцентрових сил для рухомого кільця та ін). Внаслідок чого збільшується концентрація напружень на поверхнях тертя кілець зі зміщенням в бік ущільненої області.

4. Розроблена математична модель та виконана її чисельна реалізація для руху ущільненої рідини при течії з повздовжньою дифузією в моделях мікронерівностей поверхні тертя правильної форми (трикутної, трапецеїдальної, прямокутної та їх комбінацій), які близькі до реальних.

5. Під час теоретичних досліджень впливу теплових і гідродинамічних явищ та форми мікронерівностей на фізичні процеси в зоні тертя робочих кілець отримано передумови, на основі яких розроблено:

- конструкції торцевих ущільнень із зниженими термонапруженнями в кільцях та примусовою циркуляцією рідини в зоні контакту; з кільцями, що мають підвищений відвід тепла та поверхні тертя, які самоприро-бляюхьсявіїроцесі'роботи; ^з'крішіешшм кілець пружинними штифтами;—

- рекомендації щодо вибору матеріалу та удосконалення технології виготовлення і підготовки поверхонь кілець ущільнень до експлуатації.

6. Розроблено конструкції стенду і обладнання до нього для дослідження та підготовки робочих поверхонь кілець ущільнень до експлуатації.

7. Па основі експериментальної оцінки за протіканням та моментом тертя в парі робочих кілець запропонованих конструкцій було встановлено, що оптимальний режим роботи спостерігається при частоті обертання вала (кільця) 200-400 с'1, що практично відповідає номінальним частотам роботи насосів, у яких використовуються дані ущільнення.

8. При порівнянні моделей запропонованих конструкцій та промислових зразків в дослідному режимі встановлено зниження протікання рідини на 5-15%,-зниження моменту тертя на 8-12% та зниження перепаду температур поверхні тертя кілець та ущільненого середовища на 10-15%.

9. Експериментальна оцінка впливу теплових і гідродинамічних явищ та технологічних параметрів на характер зносу робочих поверхонь кілець показала, що протягом всього періоду перевірки запропонованих конструкцій торцевих ущільнень не виникало характерних зон зносу, що характерно з перших годин роботи для промислових зразків.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Завгородній П.Ф., Смалько М.А., Буняк Л.К. Гідродинамічні процеси > торцьових ущільненнях // Експрес-новини:наука-техніка-виробництво.-Київ, 1998 №3-4. С.13-14.

2. Завгородній П.Ф., Смалько М.А. Визначення розподілу тиску при рухов: рідини між робочими поверхнями кілець торцьового ущільнення/,

Наукові нотатки. Випуск-1. Луцьк: ЛДТУ, - 2000. - С.79-83.

3. Завгородній П.Ф., Стрілець В.М., Смалько М.А. Вибір матеріалів для кілець торцьовнх ущільнень// Наукові нотатки. Вип. 4. Луцьк:ЛДТУ,-1998.-С.90-91.

4. Смалько М.А. Експериментальне дослідження торцьового ущільнення// Машинознавство, 1999. - №6.-С.13-16.

5. Смалько М.А. Моделювання шорсткості у торцьових ущільненнях //36. наук, статей “Актуальні проблеми водного господарства”., Т2. - Рівне: УДАВГ, 1997.-С. 142-145.

6. Смалько М.А. Теоретичне обгрунтування профілю шорсткості поверхні тертя торцьового ущільнення// Наукові нотатки. Випуск - 4. Луцьк: ЛДТУ, - 1998.-С. 154-160.

7. A.c. 1749591 СССР, МІСИ F 16 J 15/34. Торцовое уплотнение /П.Ф.Завго-родний, М.А.Смалько, Л.К.Буняк, В.Н.Стрелец, И.Т.Шинкаренко (Украина). -№ 4782352/29; Заяв. 15.01.90; Опубл. 23.07.92., Бюл. № 27.

8. A.c. 1753131 СССР, МКИ F 16 J 15/34. Торцовое уплотнение/ П.Ф.Завго-родний, М.А.Смалько, В.Н.Стрелец, И.Т.Шинкаренко, Л.К.Буняк (Украина).- № 4863867/29; Заявлено 04.09.90, Бюл. № 29.

9. Пат. 2028525 РФ, МКИ F 16 J 15/34. - Торцовое уплотнение/ В.Н.Стрелец, И.Т.Шинкаренко, П.Ф.Завгородний, Л.К.Буняк, М.А.Смалько. -5008764/29; Заявлено 12.11.91; Опубл. 09.02.95. Бюл. № 4.

10. Пат. 2069803 РФ, МКИ F 16 J 15/00. - Стенд для испытаний и приработки торцовых уплотнений/ В.Н.Стрелец, М.А.Смалько, Л.К.Буняк, П.Ф.Завгородний, И.Т.Шинкаренко (Украина). - 94010879/06; Заявлено 28.03.94; Опубл. 27.11.96. Бюл. № 33.

11. Пат. 2037706 РФ, МКИ F 16 J 15/00, 15/34- Быстросъемная головка для испытания и приработки торцовых уплотнений/ В.Н.Стрелец, И.Т.Шинкаренко, П.Ф.Завгородний, Л.К.Буняк, М.А.Смалько (Украина). -5009226/29: Заявлено 15.11.91, Опубл. 19.06.95. Бюл. 17.

12. Пат. 2069804 РФ, МКИ F 16 І 15/34. - Торцовое уплотнение / П.Ф.Завгородний, М.А.Смалько, И.Т.Шинкаренко, В.Н.Стрелец, Л.К.Буняк (Украина). - 93052244/06 Заявлено 16.11.93; Опубл. 27.11.96. Бюл. № 33.

13. Пат. № 2069805 РФ, МКИ FТ 6715/34г~ Торцовое уплотнение/ В.Н,Стрелец, М.А.Смалько, Л.К.Буняк, П.Ф.Завгородний, И.Т.Шинкаренко (Украина). - 94010921/06; Заявлено 29.03.94; Опубл. 27.11.96. Бюл. № 33.

14. Пат. Яг 2073807 РФ, МКИ F 16 J 15/00, 15/34. - Быстросьемная головка для испытания и приработки торцовых уплотнений/ В.М.Стрелец, И.Т.Шинкаренко, П.Ф.Завгородний, Л.К.Буняк, М.А.Смалько (Украина); Заявлено 16.12.91; Опубл. 20.02.97. Бюл. № 5.

15. Пат.№23014 України, 5 F 16 J 15/34. - Торцьове ущільнення/ Л.К.Буняк, П.Ф.Завгородній, М.А.Смалько, В.М.Стрілець, І.Т.Шинкаренко,. -4863867/SU; Заявлено 04.09.90; Опубл. 30.06.98. Бюл. № 3.

16. Пат.№23015 України, 5 F 16 J 15/34. - Торцьове ущільнення/ Л.К.Буняк, П.Ф.Завгородній, М.А.Смалько, В.М.Стрілець, І.Т.Шинкаренко,. -4782352/SU; Заявлено 01.01.90; Опубл. 30.06.98. Бюл. № 3.

17. Буняк Л.К., Завгородний П.Ф., Стрелец В.Н., Шинкаренко И.Т.,Смалько М.А. Торцовое уплотнение с активным отводом уплотняющей среды// Научно-техническая конференция “Новые технические решения при производстве мелиоративных работ”. - Ровно: УИИВХ. 1992,- с. 10.

18. Завгородній П.Ф., Смалько М.А. Моделирование гидромеханических процессов в торцевых уплотнениях// Тезисы докладов. Научно-техническая конференция. “Новые технические решения при производстве мелиоративных работ”. - Ровно: УИИВХ. 1992. - С. 10.

19. Завгородній П.Ф., Смалько М.А., Стрілець В.М. Моделювання руху рідини в полі дії відцентрової сили// Матеріали всеукраїнської наук. конф. “Застосування обчислювальної техніки, математичного моделюваїи та математичних методів у наукових дослідженнях”-Львів:ЛДУ,-1996.-С.ЗО.

20. Стрілець В.М., Смалько М.А., Корнійчук Л.В. Статика пружних штифтії

у торцьових ущільненняхУ/Матеріапи II- наук.-техн. конференції професорсько-викладацького складу академії, Ч. 2.-Рівне: УДЛВГ-1996-С. 55.

21. Стрілець В.М., Смалько М.А., Шинкаренко І.Т. Багатоступеневе тор-цьове ущільнення// Тези доповідей ювілейної наук.-техн. конф. професорсько-викладацького складу та студентів інституту, присвячена 50-річ-чю перемоги у Великій Вітчизняній війні. Ч.ІП.-Рівне, У1ІВГ, 1995.-С.24.

22. Шинкаренко И.Т., Смалько М.А., Буняк Л.К. Быстросьемная сменная головка для испытания торцовых уплотнений// Тезисы докладов и сообщений науч.-техн. конф. “Достижения научно-технического прогресса в практике мелиоративного строительства.-Ровно:УИИВХ,1990.-С.40.

23. Шинкаренко И.Т., Смалько М.А., Буняк Л.К. Сдвоенная сменная головка для испытания торцовых уплотнений// Тезисы докладов и сообщений республиканской науч.-техн. конф. “Механизация производственых про-цесов в водохозяйственной строительстве”-Ровно: УИИВХ, 1990.-С.39.

24. Шинкаренко И.Т., Смалько М.А., Буняк Л.К. Стенд для испытания торцовых уплотнений// Тезисы докладов и сообщений научно-технической конференции “Достижения научно-технического прогресса в практике мелиоративного строительства. - Ровно: УИИВХ, 1990. - С.38.

25. Шинкаренко І.Т., Стрілець В.М., Смалько М.А. Торцьове ущільнення з автоматичним відводом ущільнюючої рідини// Тези доповідей науково-технічноїконференції“1922-1992”,- Рівне: У1ІВГ, 1992. - С. 46.

Смалько М.А. Удосконалення торцевих ущільнень на основі аналізу теплових та гідродинамічних процесів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук ¡а спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ, 2000 р.

Дисертація присвячена питанням теоретичного та експериментального до-;лідженням теплових і гідродинамічних процесів у зоні контакту робочих кі-

лець торцевих ущільнень з метою їх удосконалення. Досліджено напружено -деформований стан кілець, який викликаний нерівномірним їх нагрівом і дією стискаючої та відцентрової сил. Зроблено аналіз впливу форм мікроне-рівностей поверхонь тертя на ізотермічний рух рідини в контакті робочих кілець ущільнення. За результатами теоретичних досліджень розроблено коп-струкції ущільнень, напрямки удосконалення технології виготовлення та підготовки кілець ущільнень до експлуатації. Запропоновано конструкцію стенду зі змінним обладнанням для приробки пар кілець ущільнень при підготовці їх до експлуатації. Приводяться результати експериментальних досліджень та дані для реалізації результатів робота у виробництві.

Ключові слова: термонапруження, ущільнення, торцеві ущільнення, шорсткість, мікронерівності, протікання.

Смалько М.А. Усовершенствование торцовых уплотнений на основе анализа тепловых и гидродинамических процессов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика,- Институт технической теплофизики НАН Украины, Киев, 2000г.

Диссертация посвященна вопросам теоретического и экспериментального исследования тепловых и гидродинамических процессов в зоне контакта рабочих колец торцовых уплотнений с целью их усовершенствования. Исследовано напряженно - деформированное состояние колец, которое вызвана неравномерным их нагревом и действием сжимающей и центробежной сил Сделан анализ влияния форм микронеравенстей поверхностей трения ш изотермическое движение жидкости в контакте рабочих колец уплотнения По результатам теоретических исследований разработанные конструкции уп лотнений, направления усовершенствования технологии изготовления и под готовки колец уплотнений к эксплуатации. Предложено конструкцию стенд со сменным оборудованием для приработки пар колец уплотнений при под

готовке их к эксплуатации. Приводятся результаты экспериментальных исследований и данные для реализации результатов работы в производстве.

Ключевые слова: термонапряжения, уплотнение, торцовые уплотнения, иероховатость, микронеравности, утечка.

Smalko М.А. Improvement of face seals on the basis of the analysis of heat ind hydrodynamic processes. - Manuscript.

Thesis for the academic degree of candidate of technical sciences in speciality 35.14.06 - technical heat physics and industrial heat power engineering. - The Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Science of Jkraine, Kiev, 2000.

The thesis is devoted to issues о theoretical and experimental research of heat and hydrodynamic processes in the contact zone of face seals working rings with :he purpose of (heir improvement. The stress deformation rings condition is studied .vhich is caused by their uneven heating and by the action of compressing and centrifugal forces. The analysis of made of the influence of microroughness forms if friction surfaces upon the isothermic liquid motion in the contact of working Face seals. Results of theoretical studies had lead to the development of face seals Jesigns, of guidelines for the perfection of technologies of manufacture and preparation of rings for operation. The stand design is suggested for the changeable equipment for the adaptation of face seals rings pairs to their operation preparation. Results of experimental studies are given and also the data to implement the thesis •esults in practice.

Key words: thermal stresses, seal, face seals, roughness, micro unevennesses, leakage.