Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model
Stuffing box seals are the most common type of pump rotor seals because they are adjustable and periodically restorable assemblies during operation. Based on the study of physical processes, a sealing mechanism model of the stuffing box seal is formed as a combination of two successive hydraulic re...
Збережено в:
| Видавець: | Journal of Mechanical Engineering |
|---|---|
| Дата: | 2020 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/206406 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-206406 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
stuffing box seal sealing mechanism contact pressure misalignment self-aligning UDC 62-762.642.4 сальниковий пристрій механізм герметизації контактний тиск неспівісність самоцентрування УДК 62-762.642.4 сальниковое устройство механизм герметизации контактное давление несоосность самоцентровка УДК 62-762.642.4 |
| spellingShingle |
stuffing box seal sealing mechanism contact pressure misalignment self-aligning UDC 62-762.642.4 сальниковий пристрій механізм герметизації контактний тиск неспівісність самоцентрування УДК 62-762.642.4 сальниковое устройство механизм герметизации контактное давление несоосность самоцентровка УДК 62-762.642.4 Shevchenko, Serhii S. Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model |
| topic_facet |
stuffing box seal sealing mechanism contact pressure misalignment self-aligning UDC 62-762.642.4 сальниковий пристрій механізм герметизації контактний тиск неспівісність самоцентрування УДК 62-762.642.4 сальниковое устройство механизм герметизации контактное давление несоосность самоцентровка УДК 62-762.642.4 |
| format |
Article |
| author |
Shevchenko, Serhii S. |
| author_facet |
Shevchenko, Serhii S. |
| author_sort |
Shevchenko, Serhii S. |
| title |
Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model |
| title_short |
Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model |
| title_full |
Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model |
| title_fullStr |
Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model |
| title_full_unstemmed |
Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model |
| title_sort |
design improvement of stuffing box seals of centrifugal pump shafts, based on the study of the sealing mechanism physical model |
| title_alt |
Усовершенствование конструкций сальниковых устройств валов центробежных насосов на основе изучения физической модели механизма герметизации Удосконалювання конструкцій сальникових пристроїв валів відцентрових насосів на основі вивчення фізичної моделі механізму герметизації |
| description |
Stuffing box seals are the most common type of pump rotor seals because they are adjustable and periodically restorable assemblies during operation. Based on the study of physical processes, a sealing mechanism model of the stuffing box seal is formed as a combination of two successive hydraulic resistances: a pre-switch resistance, which is similar to a slotted choke, and a contact seal, where the shaft is directly sealed. The area where the packing contacts the shaft is the sum of the microregions where contact pressures occur. The system of labyrinth channels through which leakage occurs is physically closest to the filtration of fluid through a porous body layer. A method is proposed for calculating the stress state of the packing by solving the hydroelasticity problem. Obtained are expressions for calculating the gap and sealed pressure distribution over the radial stuffing box seal as well as leakage through the seal. Radial and angular displacements of the shaft axis with respect to the axis of the stuffing box are taken into account, leading to the occurrence of additional contact packing pressures on the shaft and areas of weak contact of the packing with the shaft, which leads to increase in leakages. The desire to limit them encourages maintenance personnel to increase the axial compression of the packing, which leads to an even greater increase in local contact pressure. Proposed are stuffing box designs with a radially movable, self-aligning packing set relative to the shaft, which provide the equalization of contact pressure and increase in service life. Obtained are expressions for finding the minimum values of the parallel and angular misalignments, at which a stuffing box under the action of the centering force and moment starts tracking the shaft radial and angular displacements. Radial mobility prevents the areas of separation of the packing from the shaft and the formation of contact spots with increased pressure. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/206406 |
| work_keys_str_mv |
AT shevchenkoserhiis designimprovementofstuffingboxsealsofcentrifugalpumpshaftsbasedonthestudyofthesealingmechanismphysicalmodel AT shevchenkoserhiis usoveršenstvovaniekonstrukcijsalʹnikovyhustrojstvvalovcentrobežnyhnasosovnaosnoveizučeniâfizičeskojmodelimehanizmagermetizacii AT shevchenkoserhiis udoskonalûvannâkonstrukcíjsalʹnikovihpristroívvalívvídcentrovihnasosívnaosnovívivčennâfízičnoímodelímehanízmugermetizacíí |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:24Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:24Z |
| _version_ |
1800670349309771776 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2064062020-07-07T12:40:25Z Design Improvement of Stuffing Box Seals of Centrifugal Pump Shafts, Based on the Study of the Sealing Mechanism Physical Model Усовершенствование конструкций сальниковых устройств валов центробежных насосов на основе изучения физической модели механизма герметизации Удосконалювання конструкцій сальникових пристроїв валів відцентрових насосів на основі вивчення фізичної моделі механізму герметизації Shevchenko, Serhii S. stuffing box seal sealing mechanism contact pressure misalignment self-aligning UDC 62-762.642.4 сальниковий пристрій механізм герметизації контактний тиск неспівісність самоцентрування УДК 62-762.642.4 сальниковое устройство механизм герметизации контактное давление несоосность самоцентровка УДК 62-762.642.4 Stuffing box seals are the most common type of pump rotor seals because they are adjustable and periodically restorable assemblies during operation. Based on the study of physical processes, a sealing mechanism model of the stuffing box seal is formed as a combination of two successive hydraulic resistances: a pre-switch resistance, which is similar to a slotted choke, and a contact seal, where the shaft is directly sealed. The area where the packing contacts the shaft is the sum of the microregions where contact pressures occur. The system of labyrinth channels through which leakage occurs is physically closest to the filtration of fluid through a porous body layer. A method is proposed for calculating the stress state of the packing by solving the hydroelasticity problem. Obtained are expressions for calculating the gap and sealed pressure distribution over the radial stuffing box seal as well as leakage through the seal. Radial and angular displacements of the shaft axis with respect to the axis of the stuffing box are taken into account, leading to the occurrence of additional contact packing pressures on the shaft and areas of weak contact of the packing with the shaft, which leads to increase in leakages. The desire to limit them encourages maintenance personnel to increase the axial compression of the packing, which leads to an even greater increase in local contact pressure. Proposed are stuffing box designs with a radially movable, self-aligning packing set relative to the shaft, which provide the equalization of contact pressure and increase in service life. Obtained are expressions for finding the minimum values of the parallel and angular misalignments, at which a stuffing box under the action of the centering force and moment starts tracking the shaft radial and angular displacements. Radial mobility prevents the areas of separation of the packing from the shaft and the formation of contact spots with increased pressure. Сальниковое устройство – наиболее распространенный тип уплотнений роторов насосов, поскольку оно является регулируемым и периодически восстанавливаемым в процессе эксплуатации узлом. На основании изучения физических процессов сформирована модель механизма герметизации сальникового устройства как сочетание двух последовательно расположенных гидравлических сопротивлений: предвключенного сопротивления, аналогичного щелевому дросселю, и контактного уплотнения, где происходит непосредственная герметизация вала. Зона контакта набивки с валом представляет собой сумму микроучастков, на которых возникают контактные давления. Система лабиринтных каналов, по которым происходит утечка, физически наиболее близка к системе фильтрации жидкости через слой пористого тела. Предложен метод расчета напряженного состояния набивки путём решения задачи гидроупругости. Получены выражения для вычисления зазора и распределения уплотняемого давления по длине радиального сальникового устройства, а также протечки через уплотнение. Учтены радиальные и угловые смещения оси вала относительно оси сальниковой коробки, которые приводят к возникновению дополнительных контактных давлений набивки на вал и областей раскрытия контакта набивки с валом, что ведет к увеличению утечек. Стремление их ограничить побуждает обслуживающий персонал увеличивать осевое обжатие набивки, а это приводит к еще большему увеличению местного контактного давления. Предложены конструкции сальниковых устройств с радиально подвижным, самоцентрующимся относительно вала пакетом набивки, обеспечивающие выравнивание контактного давления и повышение ресурса сальникового устройства. Получены выражения для вычисления минимальных значений параллельной и угловой несоосностей, при которых сальниковая коробка под действием центрирующих силы и момента начинает отслеживать радиальные и угловые смещения вала. Радиальная подвижность предотвращает появление областей отрыва набивки от вала и образование пятен контакта с увеличенным давлением. Сальниковий пристрій – найбільш поширений тип ущільнень роторів насосів, оскільки є таким вузлом, що регулюється та періодично відновлюється в процесі експлуатації. На підставі вивчення фізичних процесів сформована модель механізму герметизації сальникового пристрою як поєднання двох послідовно розташованих гідравлічних опорів: передвключеного опору, що є аналогічним щілинному дроселю, та контактного ущільнення, де відбувається безпосередня герметизація вала. Зона контакту набивки з валом являє собою суму мікроділянок, на яких виникають контактні тиски. Система лабіринтних каналів, по яких відбувається витік, фізично є найбільш близькою до фільтрації рідини крізь шар пористого тіла. Запропоновано метод розрахунку напруженого стану набивки шляхом розв’язання задачі гідропружності. Отримано вирази для обчислення проміжку та розподілу тиску рідини, що ущільнюється, по довжині радіального сальникового пристрою, а також її витрат крізь ущільнення. Враховано радіальні і кутові зміщення осі вала відносно до осі сальникової коробки, які призводять до виникнення додаткових контактних тисків набиття на вал, і областей розкриття контакту набивки з валом, що призводить до збільшення витоків. Намагання їх обмежити спонукає обслуговуючий персонал збільшувати осьове обтиснення нашивки, а це призводить до ще більшого зростання місцевого контактного тиску. Запропоновано конструкції сальникових пристроїв з радіально рухомим, самоцентрувальним відносно до вала пакетом набивки, що забезпечують вирівнювання контактного тиску та підвищення ресурсу сальникового пристрою. Отримано вирази для обчислення мінімальних значень паралельної та кутової неспіввісностей, за яких сальникова коробка під впливом відцентрових сил та моменту починає відслідковувати радіальне та кутове зміщення вала. Радіальна рухливість запобігає появі областей відриву набивки від вала та утворенню плям контакту зі збільшеним тиском. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2020-06-25 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/206406 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 2 (2020); 41-52 Проблемы машиностроения; Том 23 № 2 (2020); 41-52 Проблеми машинобудування; Том 23 № 2 (2020); 41-52 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/206406/206382 https://journals.uran.ua/jme/article/view/206406/206383 Copyright (c) 2020 Serhii S. Shevchenko https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |