обычно составляет (0,30—0,38) F, где F — общая площадь сильфона, вы­ численная по внешнему диаметру D Для сильфонов диаметром меньше 30 мм эта площадь составляет (0,22—0,25) F.

УПЛОТНЕНИЯ, ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Задача обеспечения герметичности гидроагрегатов и соединений трубопроводов в условиях высоких температур является одной из наибо­ лее трудно решимых. Эти трудности обусловлены в основном снижением

опыт, при периодическом погружении в рабочую жидкость деталей (на­ пример штоков, силовых цилиндров) на них образовывается тонкий слой твердого налета, который разрушает резиновые уплотнения.

Поэтому при высоких температурах наибольшую трудность пред­ ставляет уплотнение штоков силовых цилиндров, выходящих наружу.

Согласно американским требованиям, утечка жидкости по металли­ ческому уплотнению штока не должна превышать одной капли за 25 цик­ лов перемещения.

При известных температурах уплотнительные кольца из существую­ щих резин становятся не пригодными для применения. Последнее под­ тверждается кривыми характеристик резины, приведенными на рис. 390, которые показывают, что в условиях температур выше 150° С резина разрушается вследствие образования при деформациях поверхностных трещин (см. точку а), а также вследствие потери ею под действием тепла механических свойств.

В связи с этим следует указать, что температуры корпусов гидро­ агрегатов могут существенно отличаться от температуры жидкости, пре­ вышая последнюю. Поэтому при рассмотрении вопроса о допустимых температурах для уплотнительных соединений следует исходить из тем­ пературы корпуса.

Надежность работы уплотнительного узла еще более ухудшается при работе в условиях больших колебаний температуры. В этом случае вследствие теплового расширения возникает необходимость увеличения зазоров между сопрягающимися деталями уплотнительного узла, в связи с чем повышается роль защитных шайб, предохраняющих уплотнитель­ ные кольца от выдавливания в зазор.

Для удовлетворения требований в части высоких температур в по­ следние годы были созданы новые сорта уплотнительных материалов, которые позволили расширить температурный интервал. Отработаны резины, пригодные для работы в условиях широкого температурного диапазона от —60 до +150° С и пластмассы — для температур до 200° С (см. стр. 476). В частности, для уплотнения неподвижных соединений при высоких температурах (до 200° С) и давлениях (выше 300 кГ/см2) применяются уплотнительные кольца круглого сечения, изготовленные из пластмассы.

Однако радикальное решение вопроса уплотнения при высоких тем­ пературах (выше 150° С) возможно лишь на базе применения специаль­ ных жаропрочных неметаллических уплотнительных материалов и ме­ таллов, в качестве которых обычно применяются нержавеющая сталь титан, бронза, серебро и др. В частности, металлические уплотнения яв­ ляются наиболее перспективными для гидроагрегатов, расположенных в зонах ядерной реакции. В тех случаях, где это возможно, стремятся не применять специальных уплотнительных устройств, возлагая их функции на рабочие элементы самих гидроагрегатов. Из металлов для изготовле­

4 6 6

ния колец наилучшим по упругости при комнатной температуре являет­ ся серебро и при температуре 540° С — сплав серебра и индия.

В отличие от мягких уплотнителей, материал которых входит во все неровности на уплотняемых поверхностях, обусловленные механической их обработкой, и тем самым герметизирует стык, в металлических кон­ тактных соединениях уплотнительный элемент, поджимаясь к поверхно­ сти сопряженной детали, упруго деформирует неровности сопрягаемых поверхностей, уменьшая величину возможных зозоров. В том случае, если этот зазор уменьшится до величины, при которой действие сил мо­ лекулярного взаимодействия и поверхностного натяжения будет способ­ но противодействовать выдавливанию (продавливанию) жидкости,

уплотнение будет герметичным. При применении металлических колец повышаются требования к качеству обработки деталей. Высота микро­ неровностей контактных поверхностей под металлическое кольцо должна быть не более 0,6 мк.

В некоторых образцах насосов высокого давления (500 кГ/см2 и выше) поршни выполнены так, что при увеличении давления радиальный зазор между поршнем и цилиндром уменьшается вследствие упругой деформации (расширения) юбки поршня (плунжера) под действием сил давления р жидкости (рис. 391, а). ‘Благодаря этому представляется воз­ можным значительно увеличить первоначальные зазоры. Юбка при плунжере может быть выполнена путем подрезания торца k (см. рис. 391,6), глубина которого при равной толщине юбки определяет пружинящий эффект. Расширение юбки может быть осуществлено не только непосредственным действием на нее внутреннего давления жид­ кости, но и воздействием давления на подвижный промежуточный эле­ мент т (рис. 391, в) .

Очевидно для высоких температур пригодны рассмотренные выше металлические поршневые кольца (см. стр. 420). Однако уплотнение с помощью этих колец не обеспечивает полной герметизации.

Для уплотнения вращательных соединений при выборе соответ­ ствующих материалов пригодно также торцовое уплотнение (см. стр. 454). Для работы в условиях температур до 400° С применяются асбестовые манжеты, которые пригодны для работы при давлении до 200 кГ/см2.

Для работы в условиях температур до 400° С применяются асбесто­ вые манжеты, которые пригодны для работы при давлении до 200 кГ/см2. Применяются также асбесто-проволочные манжеты шевронного типа, изготовляемые из асбестовой ткани саржевого плетения, армированной латунной проволокой.

Широко применяются уплотнительные металлические воротниковые манжеты (кольца) сплошного сечения, уплотнительная часть которых обычно выполняется в виде заостренного уса (рис. 392), которые при­ меняются как для уплотнения поршня (рис. 392, б), так и штока силового цилиндра (рис. 392, а). При отсутствии давления герметичность здесь достигается за счет предварительной деформации заостренного уса, со­ здающей начальное прижатие его к стенке цилиндра, с последующим повышением плотности контакта при возникновении давления жидкости.

лов перемещения поршня не превышают 1 см3 на 1000 циклов.

Хорошо зарекомендовали себя металлические полые манжеты шев­ ронного типа, изготовленные из стеллита, кобальта, нержавеющей стали, бронзы и других металлов (толщина стенки 0,1—0,5 мм) (см. рис. 392, в). Эти манжеты не требуют высоких нагрузок сжатия по краям [/-образ­ ного профиля; для осуществления уплотнения сжатие губок манжет при монтаже не превышает 0,1—0,5 мм. На рис. 393, а показана схема уплот­ нения штока силового цилиндра с помощью пакета металлических U-образных манжет, плотность контакта которых со штоком при нулевом и малом давлении достигается с помощью внешней силы (затяжки саль­ никовой буксы). Твердость материала таких манжет должна быть ниже твердости сопряженной с ним поверхности. Для изготовления манжет применяют бронзу и мягкий чугун пр^ работе в паре со стальным ци­ линдром с азотированной рабочей поверхностью. Указанные уплотнения пригодны для длительной работы в условиях температуры 600—700° С.

4 6 8

Подобные уплотнения применяют также в сочетании с уплотнитель­ ными поршневыми чугунными кольцами прямоугольного сечения или ре­ зиновыми круглыми и Т-образными кольцами. Юбка поршня в этом случае рассчитывается так, что уплотнительный эффект от ее расшире­ ния вступает в действие лишь после достижения известного давления, до этого же герметичность обеспечивается указанными дополнительны­ ми кольцами (рис. 393,6 и в).

Уплотнение с вспомогательными Т-образными резиновыми кольца­ ми в сочетании со стальными кольцевыми закраинами имеет в некото­ рых случаях преимущества по сравнению с комбинацией чугунных поршневых колец с этими закраинами, так как при этом трение стальных деталей до давления 350 кГ/см2 отсутствует, что обеспечивает более вы­ сокий механический к. п.д. Однако максимальная температура в послед­ них уплотнениях лимитируется применяемыми кольцами из мягкого материала.

Радиальная деформация кольцевой закраины поршня или втулки при заданном давлении может быть подсчитана по формуле

Si и s2— допускаемое продольное и поперечное напряжение в закраине

ц= 0,35);

R — средний радиус закраины в см; t — толщина стенки закраины в см;

р — давление рабочей жидкости в кГ/см2.

Одна из применяемых схем герметизации штока 4 приведена на рис. 394, а. Уплотнительным элементом здесь служит графитовое коль­ цо 2, нагруженное плоской пружиной 1 (тарельчатого типа). Герметиза­ ция по месту прилегания натяжного кольца 3 к торцу уплотнительной буксы цилиндра 6 осуществляется с помощью металлического уплотни­ тельного кольца 5 круглого сечения. Уплотнение выдержало испытания в течение 12 час при температуре до 540° С с нагружением импульсами давления в 280 кГ)см2.

На рис. 394,6 показана схема уплотнения штока иного типа. Герме­ тизирующий элемент уплотнения представляет собой кольцо 1, из твер­ дого сплава, сжимаемое двумя конусными кольцами 2 с регулируемой затяжкой, ограничиваемой втулкой 3. При сжатии колец 2 герметизиру­ ющее кольцо 1 плотно охватывает шток. Уплотнение показало хорошую работу при работе с синтетическими жидкостями при температурах до 300° С и давлении 280 кГ/см2 и при значительных перекосах штока. Недо­ статком его является большое трение.

Для повышения надежности герметизации выходных штоков приме­ няют двухступенчатое уплотнение, в котором вторая ступень нагружена лишь сливным давлением (см. также стр. 418). На рис. 395, а представ­ лена схема подобного уплотнения штока силового цилиндра, первая сту­ пень которого представляет собой металлическую манжету 1 с тонким усом, прижимаемым к штоку своей упругостью и давлением жидкости, а вторая ступень — пружинно-кольцовое уплотнение (см. рис. 394,6). Полость между ними соединена через канал 3 и обратный клапан со сливной линией насоса.

4 6 9