На рис. 395, в приведена схема двухступенчатого уплотнения валика насоса. В качестве первой ступени здесь применено лабиринтное уплот­ нение 3, а второй — пакет 1 из четырех пружинно-кольцевых герметизи­ рующих элементов, стянутых упорным кольцом 5. Полость между ними

Рис. 394 Схемы уплотнений штоков силовых цилиндров, работающих в условиях высоких температур

соединена через канал 2 и обратный клапан со сливной линией. Гермети­ зация неподвижного стыка осуществлена с помощью упругого уса 4.

Преимуществом таких двухступенчатых уплотнений является то, что вторичный элемент разгружен от больших перепадов давления, а

В)

Рис. 395. Двухступенчатое уплотнение штока (а) и валика насоса ( б )

также то, что в случае выхода из строя вторичного элемента первая сту­ пень в достаточной степени ограничивает утечку жидкости.

Полые металлические кольца круглого сечения

В условиях высоких температур хорошо зарекомендовали себя по­ лые металлические кольца круглого сечения (рис. 396), которые приме­ няются как для подвижных, так и для неподвижных соединений. На рис. 397 приведена схема применения такого кольца для герметизации крышки клапана.

Для уплотнения этими кольцами подвижных соединений применяет­ ся прямоугольная канавка, а для неподвижных — прямоугольная (рис. 396, а) и угловая (рис. 396, б) канавки.

Применительно к неподвижным соединениям размер прямоугольной канавки под кольцо выполняют таким, чтобы кольцо в свободном со­ стоянии касалось с некоторым натяжением внешней стороны канавки, а по внутренней был обеспечен небольшой зазор с. Для этого наружный диаметр D канавки выполняют на 0,01—0,25 мм меньше наружного диа­ метра кольца. Меньшее значение этого зазора применяется при кольцах минимального сечения (1,6 мм) и большее — при кольцах максимального сечения (12,5 мм). Глубину h канавки выбирают из расчета обеспечения

4 7 0

деформации сжатия поперечного сечения при монтаже кольца равной (0,66-4-0,75)d для колец малых сечений и (0,8-^0,9)d для больших сечений, где d — внешний диаметр сечения кольца.

Уплотнения с металлическими кольцами круглого сечения успешно работают при соответствующем выборе материала в диапазоне темпера­ тур от —65 до +800° С, при применении же специальных материалов температура может быть повышена до 1100° С. Максимальные давления жидкости — до 3500 кГ/см2. Предельная температура для распростра­ ненных колец из нержавеющей стали составляет от —60 до +500-4-550° С.

Эти кольца отличаются относительно высоким сроком службы, пре­ вышающим в 3—4 раза срок службы резинового уплотнительного кольца подобного типа. Для того, чтобы увеличить площадь контакта без при­ менения высокой нагрузки сжатия, кольца, предназначенные для

цами круглого сечения

подвижных соединений, предварительно сплющиваются по диаметру на 0,2—0,25 мм. Рассматриваемые кольца обеспечивают герметичность как при малом (0,1—0,2 кГ/см2), так и при высоком давлениях жидкости.

Ряд иностранных фирм выпускает эти кольца с наружным диамет­ ром поперечного сечения от 1,6 до 12,5 мм и диаметром кольца 4—1200 мм; обычная толщина стенки от 0,12 до 0,5 мм; реже применя­ ются кольца с толщиной стенки 1 мм. Кольца рекомендуются этими фир­ мами для герметизации как неподвижных, так и подвижных соединений. В качестве примера применения подобных колец в подвижных соедине­ ниях за рубежом можно привести уплотнение ими валика насоса фирмы

Полые металлические кольца круглого сечения применяются в не­ подвижных соединениях в тех же случаях, что и кольца из эластомеров (см. стр. 431). Они обладают более высокой упругостью по сравнению со сплошными прокладками, полоска их контакта с уплотняемой поверх­ ностью более узкая, а усилие затяжки болтов значительно меньше.

Рассматриваемые кольца можно разделить на три группы:

радиальную упругость (рис. 398,6). Кольца, заполненные газом под давлением 45—50 кГ/см2, могут применяться при несколько более высо­ ких давлениях, чем давление газа.

471

3) ^самоуплотняющееся кольцо с отверстием в стенке со стороны рабочей среды (рис. 398, в) для выравнивания внутреннего и внешнего давления, величина которого для этих колец может быть доведена до 3500 кГ/см2. Первоначальный контакт этого кольца с уплотняемой по­ верхностью создается за счет упругости материала кольца при его мон­ тажной деформации. В сечении кольца этот контакт происходит при; обжатии по четырем точкам (рис. 399). С повышением давления кольцо деформируется в канавке. При этом контактное давление и герметич,-

Рис. 398. Схемы уплотнения полыми металлическими кольца­ ми круглого сечения

ность повышаются. При известной величине давления кольцо практиче­ ски принимает форму канавки.

Фактором, лимитирующим величину давления для первых двух ти­ пов колец (см. рис. 398, а и б), является опасность потери ими устойчи­ вости под действием давления жидкости, в результате чего кольцо, деформируясь (рис. 400), потеряет контакт с уплотняемой поверхностью.

Кольца изготовляются из изогнутых по требуемой форме трубок различных свариваемых материалов: нержавеющей стали, низкоуглеро­ дистой стали, инконеля, монеля, тантана, алюминия, меди и прочих ма­ териалов. Сварка колец производится встык сопротивлением. Оконча­ тельные размеры кольца выдерживаются с точностью до 25 мк.

Точки, контакта

Чистота обработки сопряженных с кольцом уплотняемых поверхно­ стей должна быть не ниже V 8 —9, следы обработки должны быть концентричны кольцу.

Для повышения коррозионной стойкости и улучшения уплотняющих качеств применяют специальные покрытия внешней поверхности кольца.

В атомных установках применяются кольца из нержавеющей стали* покрытые серебром, золотом или платиной. Кольца, предназначенные

4 7 2

для работы лишь при низких температурах, изготовляются из нержавею­ щей стали и покрываются фторопластом или серебром. Кольца, пред­ назначенные для работы как при низких, так и при высоких температу­ рах, изготовляются из инконеля или из тугоплавких металлов и покры­ ваются серебром, а во многих случаях — золотом или платиной.

К недостаткам металлических колец относятся более жесткие, чем для колец из эластичных материалов, допуски на изготовление сопря­ гаемых деталей, а также высокая чувствительность к нарушениям каче­ ства и точности обработки их поверхностей.

Основной проблемой применения рассматриваемых колец при высо­ ких температурах является то, что они под действием температур теряют упругие свойства. Следует избегать применения колец и соединительных фланцев из материалов с значительной разницей в коэффициентах теп­ лового расширения. Не рекомендуется использовать кольца повторнопосле демонтажа, поскольку они деформируются при монтаже за пре­ делы упругой деформации. Это обусловлено в основном тем, что оста­ точная деформация кольца на отдельных участках уплотняемой поверх­ ности, полученная при первом монтаже и применении, может не соот­ ветствовать особенностям повторного его применения, поскольку прак­ тически невозможно установить кольцо в такое же положение, в каком оно находилось до этого. Кроме того, при первом сжатии покрытие кольца обжимается в соответствии с микро- и макрогеометрией поверх­ ностей фланцев, которая может не соответствовать геометрии при по­ вторном монтаже. Однако практически кольца с фторопластовым покры­ тием допускают монтаж и демонтаж до 15 раз, а кольца с покрытием из серебра — до 4 раз.

Прочие типы прокладок для неподвижных соединений

На рис. 401 показаны поперечные сечения прочих распространенных уплотняющих металлических колец, для неподвижных соединений, кото­ рые применяются при высоких температурах для давления выше 700 кГ/см2.

На рис. 401, а показано кольцо треугольного сечения, уплотняющий эффект которого основан на заклинивании кольца между уплотняющими поверхностями. Разновидностью этого кольца является кольцо с увели­ ченной радиальной жесткостью (рис. 401,6).

Уплотняющий эффект кольца прямоугольного сечения (рис. 401, в) также основан на заклинивающем действии, однако вследствие увели­ чения площади контакта давление в месте контакта этого кольца меньше, чем в соединении, представленном на рис. 401, а.

Кольца круглого сечения (рис. 401,? и 6) создают более равномер­ ное давление контакта и уменьшают местные концентрации напря­ жений.

Заслуживают внимания уплотнения с кольцом профильного сечения с опорой на три точки (рис. 401, е), плотность контакта в котором за­ висит в более значительной степени, чем в кольцах иных типов, от рас­ порного действия давления жидкости. Уплотнение этим кольцом при­ годно для давлений порядка 2500—3000 кГ/см2.

В неподвижных соединениях хорошо зарекомендовали себя пружи­ нящие металлические прокладки (рис. 402). Первоначальный контакт прокладки с уплотняемыми поверхностями, обеспечивающий герметиза­ цию при нулевом и малом давлении, осуществляется за счет пружиня­ щего ее действия, достигаемого при монтажном сжатии. Плотность этого контакта повышается с увеличением давления жидкости, которая расширяет борта прокладки, прижимая их к уплотняемым поверхно­ стям.

473