Determinari teoretice si exprimentale ale pierderilor de fluid prin etansarile tip labirint

DETERMINARI TEORETICE SI EXPRIMENTALE ALE PIERDERILOR DE FLUID PRIN ETANSARILE TIP LABIRINT

1 Generalitati

Labirintele sunt elemente de etansare foarte frecvent utilizate, in special in calitate de etansari auxiliare.

Unele sunt realizate cu fante axiale, insa marea lor majoritate sunt realizate sub forma unor combinatii de fante radiale si auxiliare. Aceste elemente de etansare sunt sunt produse de firme specializate pe tipo-dimensiuni si dupa conditii diferite de exploatare, si ca atare ele nu se proiecteaza, ci se aleg in functie de complexul de parametrii constructivi si functionali necesari a fi acoperiti. De la caz la caz, sau de la firma la firma, se urmareste alegerea labirintelor in functie de un anumit grupaj alcatuit din urmatoarele criterii posibile

diametrul arborelui

turatia arborelui

natura fluidului etansat

presiunea fluidului etansat

temperatura fluidului etansat

bataile axiale si radicale ale arborelui

materialul labirintului

Criteriile nefolosite la alegere pot fi folosite la verificare

Firmele productoare indica fie valori limita a unor parametrii constructivi functionali, fie diagrame complexe de alegere, in care se includ interdependent mai multi parametrii

Etansarile tip labirint utilizate la turbocompresoare au trei destinatii:

a)       Micsorarea scaparilor interne intre diferentele cavitati ale elementelor parcurse de gaz: etansarile interne ale inelelor de uzura ale arborelui, precum si etansarile pistonului de echilibrare, aceste etansari se executa de tip labirint in trepte ( fig. 1, d si e), sau nete de (fig. 1, a, b si c )

b)Figura 1 Tipuri de etansari tip labirint

Miscarea patrunderilor de aer din exterior in interiorul turbocompresorului prin etansarile exterioare ale arborelui, precum si miscarii scaparilor, in sala masinilor, a aerului sau a gazului, prin etansarile terminale ale arborelui, in aceste cazuri, etansarile se executa de asemenea de tipul labirint, de obicei in treapta.

c)pentru impiedicarea completa a patrunderii aerului in interiorul masinii sau a gazului in sala masinilor.

2 Obiectivele lucrarii

- Determinarea teoretica a debitului de lichid prin diferite tipuri de labirinturi

- Determinarea experimentala a debitului de scurgeri de aer si a coeficientilor de debit.

3 Descrierea standului

Standul utilizat pentru determinarea experimentala a debitului de scurgeri este prezentat in fig. 2.

In cadrul standului este de remarcat prezenta unui compresor cu piston ce are debit de aer necesar a fi introdus in etansarea tip labirint din pozitia

Etansarea este alternanta in miscare de rotatie de motorul electric asincron 10. Aerul ce se scurge prin etansare este colectat in clopotul 14.

4 Modul de efectuare a lucrarii

Se porneste motorul de antrenare(1) al compresorului(2) pentru realizarea unei presiuni a aerului in rezervorul tampon (5).

Se porneste motorul electric(10) ce antreneaza etansarea tip labirint din dispozitivul(11). Se deschide robinetul (16) astfel incat sa curga prin etansarea cu labirint un debit de aer. Debitul de aer scurs este colectat prin conducta ( 12) in clopotul(14).

Se stabilesc urmatoarele marimi:

valoarea presiunii la manometrul (9)

dimensiunea (Δh) cu care se ridica clopotul (14) in vasul (13)

Figura 2 Stand pentru determinari experimentale la etansarile labirint tip pieptene:

motor electric de curent continuu

compresor de aer cu piston

filtru de aer cu decor

supapa de siguranta

rezervor tampon

Eseu: Reguli privind depozitarea materialelor si substantelor combustibile Referat: Caiet de sarcini pentru demolare

robinet

7, 9- manometre

8- conducta de intrare a aerului in etansare

10- motor de curent alternativ

11- etansare labirint

12- conducta de iesire a aerului din etansare

13-vas cu apa

14- cilindru din plastic pentru colectarea aerului

15- indicator de pozitie.

se cronometreaza timpul Δt in care are loc scurgerea de aer.

Se repeta operatiile precedente pentru diferite valori de presiuni citite la manometrul 9.

5 prelucrarea datelor experimentale

Debitul de lichid pierdut intr-un labirint simplu cu fante axiale se exprima prin ecuatia de continuitate, prin relatia:

, (1)

unde:

A₁ este sectiunii etansarii,

A₁ = πDδ,

In care:

D- diametrul etansarii,

δ - grosimea radiala a fantei etansarii,

p_e - presiunea mediului exterior,

α - coeficientul de debit.

Daca se exprima pierderea de energie prin etansare este:

,( 3)

debitul pierdut prin etansare este:

, (114)

Pierderea de energie pe etansare se calculeaza cu relatia :

,(115)

unde:

h_p1 este pierderea de energie cautata de intrarea lichidului in fanta cu muchii drepte (fig.113, zona 1)

unde coeficientul pierderilor locale ζ=0,5

(6)

h_p2 - pierderea de energie cauzata de curgerea lichidului prin portiunea dreapta a fantei de lungime l

(7)

cu raza hidraulica

, (8)

h_p3 - pierderile de energie cauzate de iesirea din fanta (fig.3, zona2) cu coeficientul de pierdere locala ζ₂

(9)

rezulta:

(10)

Viteza medie a lichidului prin fanta este:

(11)

si inlocuind in relatia(10) se obtine valoarea debitului pierdut prin labirint

(12)

Din egalitatea relatiilor(12) si(4) rezulta expresia coeficientului de debit.

 (13)

Coeficientul pierderilor liniare λ are urmatoarele expresii:

pentru curgerea laminara

=64/Re, (14)

pentru curgerea intre suprafetele netede si R_e <10⁵,

(15),

pentru curgerea turbulenta intre suprafetele riguase

, (17)

unde k este inaltimea geometrica absoluta a operatiilor

Numarul lui Reynolds in cazul labirintelor se calculeaza dupa expresia:

, (18)

in care u_e ωR_e este viteza tangentiala.

Pentru determinarea regimului de curgere se alege intr-o prima aparitie λ ÷0,006, si se calculeaza grosimea statului limita cu relatia:

 apreciindu-se regimul de curgere in functie de valoare obtinuta:

daca s este mai mic sau egal cu k - regimul de curgere este turbulent,

daca s este mai mare sau egal cu k  - regimul de curgere este laminar.

Pentru labirintele complexe alcatuite din fante radiale ti axiale pierderile de energie pot fi exprimate prin relatiile:

 

de unde prin efectuarea calculelor se obtine pierderea de energie pe intregul labirint:

, (23)

Inlocuind valorile lui α₁ ,α_2, α₃, conform relatiei (13) se obtine:

, (24)

Expresia coeficientului total de pierdere prin labirintul complex devine:

(25)

Pentru labirintul tip pieptene prezent in fi, gura 5, debitul de scurgeri de gaz se poate calcula cu relatia lui Stodolo:

(26)

pe care este util sa o prezentam si sub urmatoarea forma:

d este diametrul etansarii, m

δ- intrestitiul radial de sub pieptenele etansarii, mm,

p_a- presiunea gazului la intrarea in etansare, dan/cm²

p - presiunea gazului la iesirea in etansare, dan/cm²

z- numarul de piepteni ai etansarii

γ_a- greutatea specifica a gazului, dan/m^3.

Se face observatia ca s-a admis ca

Prin coeficientul α din relatiile (26) , (27) nu se mai intelege un coeficient de contractie al vanei de gaz, ci un factor de corectare, care tine seama atat de toate particularitatile constructive ale etansarii cat si de coeficientul de exprimare a gazului, exponentul                    , raportul presiunilor

Stabilirea marimii coeficientului α se face pe cale experimentala pentru fiecare tip constructiv de etansare. Pentru etansarea tip pieptene de pe standul din laborator se determina experimentul valoarea lui Q_s, si ulterior utilizandu -se relatia 29, se obtine valoarea coeficientului α. Determinarea experimentala se poate rezolva pentru diferite valori ale presiunii p_a.

unde:

A_c este aria sectiunii transversale a clopotului unde se colecteaza aerul ce iese din etansarea tip pieptene, in care D_c este diametrul de clopotului,

Δh - ridicarea pe verticala a clopotului de colectare a aerului,

Δt - timpul in secunde, in care clopotul s-a ridicat cu marimea Δh,

Ρ- densitatea aerului, ρ_a≈1,24 kg/m³

Din egalitatea relatiilor (27), si (28) rezulta α

Experimentul se poate realiza pentru urmatoarele valori ale lui p_a 0,20; 0,30; 0,40; 0,50;) MP_a si se poate trage o concluzie privind influenta marimii de intrare in etansare a gazului.