книги из ГПНТБ / Голубев, А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов

А. И. ГОЛУБЕВ

ТОРЦОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ

Издание второе, переработанное и дополненное

КОНТРОЛЬ::-, ЭКЗЕМШТ'

МОСКВА « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е » 1974

ВВЕДЕНИЕ

Развитие уплотнительной техники в СССР и за рубежом тесно связано с общим развитием машиностроения и в значительной сте­ пени зависит от прогресса в различных областях техники. При этом к уплотнениям предъявляются все более жесткие требования в отношении автоматичности их действия, герметичности, долго­ вечности, способности работать при более высоких параметрах по давлению, температуре, скорости вращения вала в агрессив­ ных, абразивных, радиоактивных и других средах.

Несмотря на то, что узел уплотнения по объему занимает сравнительно небольшую часть машины, от него зависит качество работы всей машины.

Уплотнения различных типов не в равной степени отвечают отмеченным выше требованиям, поэтому сужается область приме­ нения одних видов уплотнений и одновременно расширяется область применения других.

Уплотнения вращающихся валов можно разделить в основном на следующие типы: сальники, манжеты, лабиринтные уплот­ нения, торцовые уплотнения, динамические уплотнения.

Сальники выполняют с мягкой набивкой в виде шнура или отдельных спрессованных колец, трущихся по поверхности вала (защитной втулки). Износостойкость сальников обычно состав­ ляет несколько сотен часов. При износе сальников утечка рабочей жидкости увеличивается. Их обслуживание заключается в под­ тяжке, добивке и замене набивки с целью компенсации износа и снижения утечки до нормальной величины. Утечка жидкости через сальники сравнительно велика (от десятых долей литра до нескольких литров в час).

В последнее время разработаны новые сорта набивок (напри­ мер, из угольного волокна) со сравнительно высокой износостой­ костью и повышенной герметичностью, но стоимость таких саль­ ников приближается к стоимости торцовых уплотнений.

Преимущественными областями применения сальников яв­

5

Манжеты изготовляют в основном из различных резин. Они, как и сальники, работают на трение по поверхности вала. Область применения манжет значительно уже, чем сальников: их, как пра­ вило, применяют для жидкостей с хорошей смазывающей способ­ ностью и при малых давлениях. В отличие от сальников манжеты не требуют обслуживания в процессе эксплуатации и имеют значительно меньшую утечку (от долей кубического сантиметра до кубических сантиметров в час).

Существуют также манжеты с практически нулевой утечкой, что достигается выполнением винтовой нарезки на их рабочих поверхностях.

Для замены манжет требуется частичная разборка машины (в центробежном насосе — съем рабочего колеса и пр.). Манжеты широко используют в механизмах и машинах для удержания сма­ зочного масла и предотвращения попадания наружной пыли в смазку. В более тяжелых условиях работы износостойкость манжет невысока.

Лабиринтные уплотнения являются жесткими уплотнениями, работающими при сравнительно больших зазорах. Их принцип действия основан на создании турбулентного гидравлического сопротивления течению жидкости в зазоре, поэтому работа лаби­ ринтных уплотнений сопровождается большими утечками. Вместе с тем они имеют высокую износостойкость, так как их детали не испытывают непосредственного контакта и механического износа.

Наибольшее распространение лабиринтные уплотнения полу­ чили для газообразных сред (турбокомпрессоры, паровые, газо­ вые турбины).

Как видно из изложенного, сальники, манжеты и лабиринтные уплотнения имеют недостатки, ограничивающие их применение и в значительной степени уменьшающие перспективы дальнейшего использования.

Внаибольшей степени требованиям развивающейся техники удовлетворяют уплотнения двух типов: торцовые и динамические. Область применения этих уплотнений непрерывно расширяется,

аобъем производства, особенно торцовых уплотнений, быстро растет.

Область применения динамических уплотнений, к которым относятся отбойники (импеллеры, винтовые, лабиринтно-винто­ вые) и стояночные уплотнения, уже, чем торцовых, но при работе они практически не испытывают механического трения и износа. Динамические уплотнения особенно пригодны для валов машин, вращающихся с высокими скоростями.

Внекоторых конструкциях насосов и других машин динами­

ческие и торцовые уплотнения применяют совместно.

Все возрастающее значение торцовых и динамических уплот­ нений в технике выражается в росте объема посвященных им исследований, что нашло, например, свое отражение в материалах пяти международных конференций по уплотнениям.

6

Г л а в а I

КОНСТРУКЦИИ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Среди уплотнений вращающихся валов торцовые уплотнения наиболее разнообразны по конструкциям, хотя все конструкции работают по одной схеме.

На рис. 1 показана схема торцового уплотнения. Вращаю­ щийся вал 1 связан упруго при помощи элемента 4 с кольцом 2.

Торцовая поверхность его прижи­ мается к неподвижному кольцу 3, соединенному с корпусом машины 5. Следовательно, кольца 2 и 3 обра­ зуют плоскую пару трения. Зазор между ними определяет величину утечки жидкости или газа, находя­ щихся в корпусе машины под дав­ лением р. Элемент 4, который в даль­ нейшем будем называть упругим элементом торцового уплотнения, должен обеспечивать плотное и по­ стоянное прилегание колец 2 и 3 одного к другому при вибрациях, смещениях вала и износе пары трения.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Торцовые уплотнения можно классифицировать по конструк­ тивным особенностям их упругих элементов (рис. 2). Эти особен­ ности определяют не только внешний вид, но и динамику торцо­ вых уплотнений.

Упругими элементами (на рис. 2 они показаны прямоуголь­ никами с диагоналями) являются пружины с уплотнительными кольцами, сильфоны и мембраны с пружинами или без них.

8

В классификации основные типы конструкций уплотнений показаны схематично. Они разделены на торцовые уплотнения с неподвижными и вращающимися упругими элементами.

Рис. 2. Классификация торцовых уплотнений

Уплотнения с вращающимися и неподвижными упругими эле­ ментами могут быть внутренними и внешними. В первом случае большая часть поверхности уплотнения соприкасается с жид­ костью, во втором — упругий элемент устанавливают с наружной стороны.

9