Physical Model and Calculation of Face Packing Seals
Increasing the reliability and service life of dynamic-pump shaft seals is the most important requirement for their creation. The most common type of seals is still traditional stuffing box seals, which are controlled leakage assemblies that are periodically restored during operation. A radical chan...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/222821 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозиторії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-222821 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
face packing seal physical model contact pressure distribution design features UDC 62-762.642.4 торцове сальникове ущільнення фізична модель розподіл контактного тиску особливості проектування УДК 62-762.642.4 торцовое сальниковое уплотнение физическая модель распределение контактного давления особенности проектирования УДК 62-762.642.4 |
| spellingShingle |
face packing seal physical model contact pressure distribution design features UDC 62-762.642.4 торцове сальникове ущільнення фізична модель розподіл контактного тиску особливості проектування УДК 62-762.642.4 торцовое сальниковое уплотнение физическая модель распределение контактного давления особенности проектирования УДК 62-762.642.4 Shevchenko, Serhii S. Physical Model and Calculation of Face Packing Seals |
| topic_facet |
face packing seal physical model contact pressure distribution design features UDC 62-762.642.4 торцове сальникове ущільнення фізична модель розподіл контактного тиску особливості проектування УДК 62-762.642.4 торцовое сальниковое уплотнение физическая модель распределение контактного давления особенности проектирования УДК 62-762.642.4 |
| format |
Article |
| author |
Shevchenko, Serhii S. |
| author_facet |
Shevchenko, Serhii S. |
| author_sort |
Shevchenko, Serhii S. |
| title |
Physical Model and Calculation of Face Packing Seals |
| title_short |
Physical Model and Calculation of Face Packing Seals |
| title_full |
Physical Model and Calculation of Face Packing Seals |
| title_fullStr |
Physical Model and Calculation of Face Packing Seals |
| title_full_unstemmed |
Physical Model and Calculation of Face Packing Seals |
| title_sort |
physical model and calculation of face packing seals |
| title_alt |
Физическая модель и расчёт торцового сальникового уплотнения Фізична модель і розрахунок торцового сальникового ущільнення |
| description |
Increasing the reliability and service life of dynamic-pump shaft seals is the most important requirement for their creation. The most common type of seals is still traditional stuffing box seals, which are controlled leakage assemblies that are periodically restored during operation. A radical change in the design of standard stuffing box seals is the transition to face packing seals with a constant pressure against the packing. It is shown that face packing seals can successfully combine the advantages of mechanical face seals and the simplicity and relatively low cost of traditional stuffing box seals. Mechanical face seals, in which one of the packing rings is replaced by a stuffing box packing, have advantages that significantly expand the application of traditional stuffing box seals. A scheme and a physical model of the face packing seal operation are described. During the operation of the seal, the packing is pushed away from the mating metal surface by the pressure of the medium. In this case, a confusor gap is formed, the length of which is proportional to the ratio of the sealed pressure to the pre-compression pressure of the packing. The calculation of the distribution of the hydrostatic pressure and gap along the radius of the face joint of the seal is presented. The irregularity of the contact pressure along the radius, caused by the pressing out of the packing by the sealed inlet pressure, causes premature wear of the overloaded areas of contact surfaces. Expressions are proposed for estimating friction power losses in face packing seals. It is shown that these losses are significantly lower in comparison with the power losses in traditional stuffing box seals. Assessment of the thermal state of face packing seals has been carried out. An expression has been obtained for determining the flow rate that provides the average contact-surface temperature not exceeding the permissible value. Our studies have shown that the load factor of face packing seals, in contrast to mechanical face seals, must be close to unity. The obtained dependencies make it possible to calculate face packing seals at their design stage. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/222821 |
| work_keys_str_mv |
AT shevchenkoserhiis physicalmodelandcalculationoffacepackingseals AT shevchenkoserhiis fizičeskaâmodelʹirasčëttorcovogosalʹnikovogouplotneniâ AT shevchenkoserhiis fízičnamodelʹírozrahunoktorcovogosalʹnikovogouŝílʹnennâ |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:28Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:28Z |
| _version_ |
1800670354065063936 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2228212021-01-12T13:02:14Z Physical Model and Calculation of Face Packing Seals Физическая модель и расчёт торцового сальникового уплотнения Фізична модель і розрахунок торцового сальникового ущільнення Shevchenko, Serhii S. face packing seal physical model contact pressure distribution design features UDC 62-762.642.4 торцове сальникове ущільнення фізична модель розподіл контактного тиску особливості проектування УДК 62-762.642.4 торцовое сальниковое уплотнение физическая модель распределение контактного давления особенности проектирования УДК 62-762.642.4 Increasing the reliability and service life of dynamic-pump shaft seals is the most important requirement for their creation. The most common type of seals is still traditional stuffing box seals, which are controlled leakage assemblies that are periodically restored during operation. A radical change in the design of standard stuffing box seals is the transition to face packing seals with a constant pressure against the packing. It is shown that face packing seals can successfully combine the advantages of mechanical face seals and the simplicity and relatively low cost of traditional stuffing box seals. Mechanical face seals, in which one of the packing rings is replaced by a stuffing box packing, have advantages that significantly expand the application of traditional stuffing box seals. A scheme and a physical model of the face packing seal operation are described. During the operation of the seal, the packing is pushed away from the mating metal surface by the pressure of the medium. In this case, a confusor gap is formed, the length of which is proportional to the ratio of the sealed pressure to the pre-compression pressure of the packing. The calculation of the distribution of the hydrostatic pressure and gap along the radius of the face joint of the seal is presented. The irregularity of the contact pressure along the radius, caused by the pressing out of the packing by the sealed inlet pressure, causes premature wear of the overloaded areas of contact surfaces. Expressions are proposed for estimating friction power losses in face packing seals. It is shown that these losses are significantly lower in comparison with the power losses in traditional stuffing box seals. Assessment of the thermal state of face packing seals has been carried out. An expression has been obtained for determining the flow rate that provides the average contact-surface temperature not exceeding the permissible value. Our studies have shown that the load factor of face packing seals, in contrast to mechanical face seals, must be close to unity. The obtained dependencies make it possible to calculate face packing seals at their design stage. Повышение надежности и ресурса уплотнений валов динамических насосов является важнейшим требованием при их создании. Наиболее распространенным типом уплотнений остаются традиционные сальниковые уплотнения, которые представляют собой узлы с регулируемой утечкой и периодически восстанавливаются в процессе эксплуатации. Радикальным изменением конструкции традиционного сальникового уплотнения является переход к торцовому сальниковому уплотнению с постоянным давлением на набивку. Показано, что торцовые сальниковые уплотнения могут успешно сочетать в себе достоинства механических торцовых уплотнений, простоту и сравнительно низкую стоимость традиционных сальниковых. Механическое торцовое уплотнение, в котором одно из уплотняющих колец заменено сальниковой набивкой, обладает преимуществами, которые существенно расширяют область применения традиционных сальниковых уплотнений. Описаны схема и физическая модель работы торцового сальникового уплотнения. В процессе работы уплотнения набивка оттесняется от ответной металлической поверхности давлением среды. При этом образуется конфузорный зазор, протяженность которого пропорциональна отношению уплотняемого давления к давлению предварительного сжатия набивки. Приведен расчет распределения гидростатического давления и зазора по радиусу торцового стыка уплотнения. Неравномерность контактного давления по радиусу, обусловленная отжатием набивки уплотняемым давлением на входном участке, вызывает преждевременный износ перегруженных областей контактных поверхностей. Предложены выражения для оценки потерь мощности на трение в торцовом сальниковом уплотнении. Показано, что эти потери существенно ниже по сравнению с потерями мощности в традиционном сальниковом уплотнении. Проведена оценка теплового состояния торцового сальникового уплотнения. Получено выражение для определения расхода, который обеспечивает среднюю температуру на контактной поверхности, не превышающую допустимого значения. Исследования показали, что коэффициент нагрузки торцовых сальниковых уплотнений, в отличие от механических торцовых уплотнений, должен быть близок к единице. Полученные зависимости позволяют выполнять расчёт торцовых сальниковых уплотнений на этапе их проектирования. Підвищення надійності і ресурсу ущільнень валів динамічних насосів є найважливішою вимогою під час їх створення. Найбільш поширеним типом ущільнень залишаються традиційні сальникові ущільнення, які являють собою вузли з регульованим витоком і періодично відновлюються в процесі експлуатації. Радикальною зміною конструкції традиційного сальникового ущільнення є перехід до торцового сальникового ущільнення з постійним тиском на набивання. Показано, що торцові сальникові ущільнення можуть успішно поєднувати в собі переваги механічних торцових ущільнень із простотою і порівняно низькою вартістю традиційних сальникових. Механічне торцове ущільнення, в якому одне з ущільнюючих кілець замінено сальниковою набивкою, має переваги, які суттєво розширюють сферу застосування традиційних сальникових ущільнень. Описано схему і фізичну модель роботи торцового сальникового ущільнення. В процесі роботи ущільнення набивка відтісняється від відповідної металевої поверхні тиском середовища. При цьому утворюється конфузорний зазор, протяжність якого пропорційна відношенню тиску, що ущільнюється до тиску попереднього стиснення набивки. Наведено розрахунок розподілу гідростатичного тиску і зазору по радіусу торцового стику ущільнення. Нерівномірність контактного тиску по радіусу, що обумовлена віджимом набивки ущільнюваним тиском на вхідній ділянці, викликає передчасний знос перевантажених областей контактних поверхонь. Запропоновано вирази для оцінки втрат потужності на тертя в торцовому сальниковому ущільненні. Показано, що ці втрати істотно нижче порівняно з втратами потужності тертя в традиційному сальниковому ущільненні. Проведено оцінку теплового стану торцового сальникового ущільнення. Отримано вираз для визначення витоку, який забезпечує середню температуру на контактній поверхні, що не перевищує допустимого значення. Дослідження показали, що коефіцієнт навантаження торцових сальникових ущільнень, на відміну від механічних торцових ущільнень, повинен бути близький до одиниці. Отримані залежності дозволяють виконувати розрахунок торцових сальникових ущільнень на етапі їх проектування. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2021-01-10 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/222821 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 4 (2020); 45-51 Проблемы машиностроения; Том 23 № 4 (2020); 45-51 Проблеми машинобудування; Том 23 № 4 (2020); 45-51 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/222821/223095 https://journals.uran.ua/jme/article/view/222821/223096 Copyright (c) 2021 Serhii S. Shevchenko https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |