ления жидкости с 5 до 20 кГ/см2 (масло АМ-10; число оборотов 1200 об/мин; ширина пояска 6= 3,5 мм; коэффициент разгрузки k = 0J) толщина пленки уменьшилась с 1,6 до 1 мк, тогда как при повышении числа оборотов с 1200 до 6000 об/мин (pi = 5 кГ/см2) толщина пленки увеличилась до 2,2 мк.

Чистота и точность обработки рабочих поверхностей

Герметичность торцового уплотнения сильно зависит от точности изготовления и качества скользящих поверхностей.

Наиболее важным параметром в работе рассматриваемого уплотне­ ния является торцовое биение вращающегося кольца (перпендикуляр­ ность герметизирующей плоскости к оси вала). Опыт показывает, что это биение при п = 4000-Т-5000 об/мин должно быть не более 3—5 мк\ при более высоких оборотах торцовое биение не должно превышать 1—2 мк.

В ряде технических руководств приняты менее жесткие требования по торцовому биению, выполнение которых обеспечивает, при всех про­ чих благоприятных условиях, удовлетворительную работу уплотнений. Так, например, перпендикулярность герметизирующей плоскости к оси вала при окружных скоростях порядка 40 м/сек рекомендуется выдержи­ вать в пределах 0,01 мм на радиусе 25 мм.

Максимальное торцовое биение по рекомендациям ряда зарубеж­ ных авторов для уплотнения диаметром 50 мм, рассчитанных на число оборотов до 6000 об/мин, не должно быть больше 0,018 мм.

Клиновидноеть зазора (масляной пленки) с расширением в сторону высокого давления ухудшает герметичность, в особенности при высоких числах оборотов, причем при клиновидности 3—5 мк подвижное в осе­ вом направлении кольцо обычно отжимается от неподвижного. Клиновидность зазора с расширением в сторону низкого давления ухудшает герметичность уплотнения, но сопровождается повышением трения и уве­ личением износа скользящих поверхностей.

Большое влияние на герметичность уплотнения оказывает плоскост­ ность контактирующих поверхностей колец, отклонения от которой не должны превышать 0,8—1,0 мк.

По ряду других рекомендаций нарушение плоскостности рабочих по­ верхностей колец не должно превышать 0,3—0,5 мк.

Ухудшение герметичности наблюдается также при волнистости ра­ бочей поверхности, что обусловлено утолщением масляной пленки с воз­ растанием скорости вращения вала, при известном значении волнистости грузоподъемность масляного слоя с повышением скорости столь возрас­ тает, что может привести к потере герметичности уплотнения.

При применении уплотнений со сферической опорной поверхностью (рис. 382,6) частично выполняются требовалия по обеспечению мини­ мального торцового биения и параллельности рабочих поверхностей.

Радиальное биение торцовой поверхности вращающегося кольца от­ носительно оси его вращения, обусловленное эксцентричностью оси вра­ щения относительно геометрической оси, не оказывает заметного отрица­ тельного влияния на работу уплотнительной пары. Более того, опыты с эксцентричным относительно оси вращения расположением вращаю­ щегося кольца показали, что эксцентричность осей порядка <0,5 b ока­ зывает при небольших числах оборотов (п <; 1000 об/мин) положитель­ ное влияние на срок службы и герметичность уплотнения. Последнее обусловлено улучшением смазки скользящих поверхностей колец и более равномерным их износом. Опыты показали, что наиболее рациональной является чистота обработки рабочих поверхностей уплотнительных колец по требованиям V10. Этим требованиям удовлетворяет чистота, приоб­ ретаемая поверхностями при износе в практических условиях.

458

Уплотнение с подобной чистотой обработки поверхностей прорабо­

ратуры поверхностей скольжения. Улучшения герметичности при подоб­ ном повышении чистоты обработки практически не наблюдается.

Положительное влияние на работу торцового уплотнения оказывает

50—70°С). Длительность приработки 10—15 час.

Жесткость уплотнительных колец

При разработке уплотнений, предназначенных для работы в усло­ виях высоких давлений (200 кГ/см2 и выше), возникает трудность сохра­ нения плоскостности контактной поверхности колец, которая нарушается в результате деформации сечения их стенки

риала при резких колебаниях температур, детали подвергают до окон­ чательной обработки специальной термической обработке (старению) в условиях предельных температур.

Материалы для изготовления деталей торцового уплотнения

Качество уплотнений зависит в значительной мере от правильного выбора материала контактирующих колец. Распространена пара из бронзового и чугунного уплотнительного кольца и стального опорного кольца (буксы) с цементованной поверхностью. Чугун более пригоден для работы с маловязкими маслами, керосином и бензином; при вязких маслах предпочтительнее бронзовые кольца.

В последнее время для изготовления герметизирующих поверхностей колец механических уплотнительных устройств стали применять угольно­ графитовые, графито-металлические и керамические материалы, а также

459

керамические покрытия по металлу и политетрафторэтиленовые пласт­ массы с наполнителем (уголь или стекловолокно). Угольно-графитовый материал стоек при работе в условиях изменяющихся температур (350—380°С). Уплотнения из этого материала пригодны для работы при окружных скоростях до 60 м/сек и допускают контактные давления до 32 кГ/см2.

Для увеличения прочности графитовый материал обрабатывают ме­ таллами: баббитом, кадмием, медью, медными сплавами, бронзой, свин­ цом и серебром. Графит, содержащий эти металлы, обладает повышен­ ной прочностью и большой износостойкостью. Теплопроводность подоб­ ного материала в два раза больше теплопроводности необработанногографита.

Хорошие результаты получены при работе пары из твердой стали и графитных материалов типа АГ-583-600, АО-СО, 45-1500. Для изготов­ ления колец могут быть использованы материалы угольных щеток элек­ тромашин; ответные детали (буксы) этих пар изготовляют из инстру­ ментальных нержавеющих и легированных сталей, а также сплавов стел­ лита карбидов вольфрама.

В качестве материала для изготовления деталей скользящей пары применяются также графит марки СО-5 в паре со сталью марки 25ХМЮА, закаленной до твердости HRC 40—45.

Применяются также уплотнительные кольца из фторопласта и текстолитных материалов, расход энергии на трение которых до 25% ниже по сравнению с металлическими материалами (бронзой и др.) Уплотне­ ния из текстолита допускают скорость до 30 м/сек и удельное давление 100 кГ/см2.

Опыт показывает, что допустимое контактное давление для нераз­ груженных фторопластовых уплотнений, работающих в среде минераль­ ного масла, не должно превышать 15 кГ/см2 и для жидкостей с низкими

10—12 м/сек в условиях достаточной смазки применяются пары чугун — бронза и закаленная сталь — чугун.

Для работы при высоких температурах и давлениях применяют твер­ дые сплавы типа стеллита или карбида вольфрама в виде твердого покрытия в паре с металлами, защищенными различными неметалличе­ скими покрытиями из керамики, фторопласта, полиамидных смол, угле­ рода и др. Детали с керамическими покрытиями (окись алюминия или окись циркония) обладают высокой стойкостью при работе в условиях высоких температур. Из керамических материалов этого типа распро­ странен материал на основе окиси алюминия.

4 6 0

0,5—0,6 мк. Чистота изношенной поверхности соответствовала требова­ ниям V 10-

В о п р о с ы к о м п о н о в к и у п л о т н и т е л ь н о г о уз ла . На­ дежность работы рассматриваемого уплотнительного узла зависит от многих факторов, в том числе от способа его компоновки относительно уплотняемой среды.

Различают две схемы подвода жидкости к уплотняющей щели тор­ цового уплотнения: наружную, когда поток утечек жидкости направлен к оси вращения вала и внутреннюю, когда поток утечек жидкости на­ правлен от оси вращения вала к периферии. Расположение уплотнитель­ ной пары по отношению к уплотняющей среде не оказывает заметного

ройство для передачи принудительного вра­ щения подвижному в осевом направлении уплотняющему кольцу 2 (см.

рис. 381), так как при отсутствии подобного привода уплотнительное кольцо будет стремиться провернуться, что вызовет перекосы и вредные

.напряжения в гибком элементе уплотнения. Приводное устройство дол­ жно быть таким, чтобы передавался лишь вращающий момент-

Усилие пружины, нагружающей подвижное кольцо, должно равно­ мерно распределяться на поверхности торцов колец. Для улучшения равномерности прижима в уплотнениях больших размеров применяют несколько пружин. Пружина может устанавливаться как на неподвиж­ ной, так и на вращающейся детали, однако во избежание завихрения жидкости, создающегося вращающейся пружиной, рекомендуется приме­ нять пружину на неподвижной детали.

Предварительное прижатие подвижного в осевом направлении коль­ ца к неподвижному в некоторых конструкциях уплотнений осуществляет­ ся силами магнитного взаимодействия колец. В этой схеме (рис. 384) кольцо, изготовленное из сплава, обладающего магнитными свойствами, создает магнитные силы, которые притягивают подвижное кольцо из ферромагнитного материала. Магнитный прижим обеспечивает равно­ мерность распределения контактного давления и высокую герметичность уплотнения, обусловленную частично силами молекулярного взаимодей­ ствия. Уплотнения с магнитным прижимом обеспечивают надежную ра-

461