Набивочные материалы и условия их использования.

Набивка	Условия использования		Среда
	Давление кг/см2 не выше	Температура, 0С не выше
Хлопчатобумажная	30	100	Воздух, вода
Пеньковая просаленная	160	100	Воздух, вода
Асбестовая сухая	25	400	Воздух, вода, нефть, масло
Хлопчатобумажная промасленная	30	100	Воздух, вода, масло
Асбестовая пропитанная АП	25	300	Пар, минеральные кислоты, аммиак, растворы солей
Асбестопроволочная	45	400	Пар, вода, бензин, органические растворители
Асбестовая маслобензостойкая	20	300	Органические растворители
	100	От –195 До +250	Кислоты, щёлочи, Растворители любых концентраций

Основной недостаток сальниковых уплотнений, - они необеспечивают абсолютной герметизации, требуют постоянного надзора и частой смены набивки, чувствительны к радиальному биению вала, работают при значительных затратах мощности на трение.

Уплотнение достигается поджатием нажимной втулки 8 (рис.2.39) мягкой эластичной набивки 10,которая при этом заполняет все зазоры.

Качество уплотнения определяется усилием затяжки, однако при увеличении удельного давления нажимной втулки 8 на набивку 10, возрастает сила трения между валом (штоком) и набивкой, что приводит к повышенному нагреву узла уплотнения, набивка нагрева­ется и быстро выходит из строя (становится хрупкой, обугливает­ся), что ускоряет износ штока и вала. При нормальной затяжке жидкость должна просачиваться (капать) через уплотнение, обеспе­чивая его смазку.

Физическая картина работы сальникового уплотнения и расчет­ная схема усилия затяжки показана на рис.2.40. Расчет саль­никового уплотнения сводится к определению усилия затяжки саль­ника, обеспечивающего необходимую герметичность и мощности, те­ряемую на трение вала о набивку. Под действием усилия затяжки P₃, передаваемой нажимной втулкой ( грундбуксой ) в верхнем слое набивкой возникает осевое давление p_c. Величина осевого давления в набивке по высоте h будет уменьшаться вслед­ствие наличия сил трения. Силы трения обусловлены коэффициента­ми трения - между набивкой и валом;

- между набивкой и корпусом сальника.

Рис 2.40. Ячеечная схема затяжки сальникового уплотнения.

Вследствие пластических свойств материала набивки (табл. которые определяются коэффициентом k>1 и зависит от свойств набивки и рабочего давления в аппарате p₀.

Для определения характера изменения радиального давления p_y по высоте набивки h рассматривается её кольцевой слой тол­щиной dy и рассматривается силовое равновесие кольца.

В результате решения системы уравнений характер изменения радиального давления по высоте набивки определяется уравне­нием

Эпюра распределения давления показана в правой части (рис.4.3.37). Из неё следует, что максимальное давление в мяг­кой набивки от воздействия нажимной втулки находится в верхней части сальника, равное давлению, развиваемое втулкой от усилия затяжки P₃. От верхних слоев набивки сальника давление резко по экспоненциальному закону уменьшается почти до рабочего давления в аппарате kp₀.

Давление в верхнем слое набивки (при y = h ):

Усилие затяжки нажимной втулки (грундбуксы), по которому про­водят её прочностные расчеты и затяжных шпилек

где k - коэффициент, равный 1,2 - 1,6;

p₀ - рабочее давление в аппарате;

D - наружный диаметр набивки;

d_в - диаметр вала или штока;

- толщина набивки;

h - высота набивки;

- среднее значение коэффициента трения набивки.

Из этих выражений следует, что в основном ра­ботает только верхняя часть мягкой набивки, поэтому для нормальной работы сальника необходимо постоянно подтягивать нажимную втулку.

Мощность N_уп, затрачиваемая на трение в сальниковом уп­лотнении с мягкой набивкой, рассчитывается по формуле

где d_н - диаметр вала мешалки, м;

n - частота вращения вала, с ^-1 ;

и - соответственно толщина и высота сальниковой набивки, м;

P - избыточное давление в аппарате, Па

Толщина мягкой сальниковой набивки (м) определяется из выражения

где d_в- диаметр вала мешалки, м.

Высоту набивки, увеличиваемую с ростом давления в аппарате, принимают:

Набивка сальников

Сальники набивают после того, как полностью проверены дета­ли оборудования; особое внимание следует уделить легкости проворачивания вала или перемещения штока. От бухты набивки отреза­ют куски , которые сворачивают в кольца и тщательно пригоняют по валу или штоку. Длину каждой части определяют как:

где D_c - внутренний диаметр корпуса сальника, мм;

d_в - диаметр вала (штока), мм.

Отдельные кольца укладывают в корпус сальника соединяя их косыми срезами (замок). Замки расположенных рядом колец должны быть смещены друг относительно друга не менее чем на 90⁰. Каж­дое кольцо вводят в сальник до упора и обжимают набивку. После этого добавляют следующую набивку и т.д. Для этого применяют на­бор разъемных монтажных втулок.

После установки и запрессовки последнего кольца равномерно подтягивают нажимную втулку (грундбуксу), одновременно про­ворачивая вал или перемещая шток, чтобы предупредить заклини­вание.

При подтяжке сальника следует избегать перекоса грундбуксы относительно вала или штока. По окончании подтяжки грундбуксы ослабляют и вновь заворачивают до упора. В подтянутом состоянии грундбукса должна входить внутрь сальниковой коробки на глуби­ну не менее 0,1 её длины, степень затяжки, согласно расчетной величине затяжки окончательно регулируют с помощью динамометри­ческого ключа, после запуска узла под рабочей нагрузкой.

Манжеты.

Существенное преимущество перед сальниковыми уплотнениями с мягкой набивкой имеют манжетные уплотнения, в которых стенки манжет прижимаются к деталям уплотнительного узла благодаря дав­лению рабочей жидкости в машине, что обеспечивается U-образ­ной или елочной формой сечения манжет (рис.2.41).

Рис. 2.41. Формы манжетных уплотнений.

Усилие на манжету прямо пропорционально давлению рабочей жидкости. Работа, затрачиваемая на трение в манжетных уплотне­ниях, в 4-5 раз меньше, чем в заранее поджатых сальниковых уп­лотнениях.

Мощность (Вт), теряемую на трение в манжетном уплотнении, ориентировочно можно определить по формуле

где f - коэффициент трения, 0,08-0,12 ;

d_в - диаметр вала, м;

n - частота вращения вала, с^-1.

Манжетные уплотнения применяют в гидравлических прессах, на­сосах, компрессорах для подачи холодных жидкостей. Манжеты выполняют из маслостойкой резины, прорезиновых пластмасс или фторопласта.

Торцевые уплотнения

Уплотнения сильно нагруженных валов насосов, а также валов реакторов и мешалок, работающих в условиях высоких температур, в газовых или других взрывоопасных и вредных средах должны ха­рактеризоваться большой надежностью в работе. В таких случаях применяют одинарные (например, марок ОП, ОК, ОТ), двойные (на­пример, марок ДК, ДТ).

На рис.2.42 схематично изображены конструкции одинар­ного и двойного уплотнений. Основное отличие между ними заклю­чается в том, что в одинарном уплотнении одна пара уплотняющих­ся поверхностей, а в двойном - две пары.

В этих уплотнениях герметичность достигает контактом между трущимися поверхностями двух втулок (колец), одно из которых вращается вместе с валом. 6, а другое 7 неподвижно закреплено в корпусе уплотнения 4. Необходимая степень контакта обеспечи­вается одной или несколькими пружинами. В большинстве случаев неподвижные втулки (кольца) 7 выполняют из резины, графита, брон­зы, углеграфита, фарфор.

Подвижные 6 как конструктивно более сложные изготавлива­ют из закаленной углеродистой стали, стали Х18НЮТ или стали с наплавкой. Эластичные уплотнительные кольца 5,8 имеющие в сечении d= 3 - 6 мм, изготавливают из резины (на основе специальных каучуков) или фторопласта.

Сочетание материалов трущихся пар и их физико-химические свойства зависят от давления, температуры и химической активнос­ти герметизируемой среды, а также от антифрикционных свойств этих материалов.

Расчет торцевого уплотнения.

Расчет сводится к определению усилия сжатия пружины и мощно­сти теряемой на трение между втулками. Потеря мощности в торце­вых уплотнениях составляет 0,1-0,5 мощности, затрачиваемой в сальниках с мягкой набивкой.

Рис. 2.42.

Расчетная схема торцевого уплотнения приведена на рис.2.43. Усилие сжатия пружины Р_п гарантирующее герметичность соедине­ния определяется как

где Р_у - усилие трения уплотняющего кольца. Учитывая малое осевое смещение подвижного кольца и эластичность манжеты, при ориентировочных расчетах можно пренебречь;

Р_д - усилие от рабочего давления в аппарате опреде­ляется

где r₁ и r₂ - соответственно, внутренний радиус неподвижной втулки и радиус вала;

Рис. 2.43. Расчётная схема торцевого уплотнения.

P_p - расклинивающее усилие , обусловлено давление между трущимися поверхностями втулок. Учитывая, что ширина неподвиж­ной втулки b=r₂-r₁ невелика, для валов диаметром 40-100 мм b= 3 - 6 мм и падение давления P_r по линии контакта (в на­правлении радиуса линейным, эпюра давлений P_г), то может P_p быть рассчитана как

P_г - усилие герметизации зависит от удельного давления на контактную поверхность и рассчитывается по формуле

где Р_уд = (0,7 - 0,9) - для неразгруженных уплотнений, ког­да поверхность зазора между валом и неподвижной втулкой больше поверхности контакта втулок, т.е. ;

Р_уд = (0,2 - 0,9) - для разгруженных уплотнений, когда К<1.

Мощность теряемая на трение в торцевом уплотнении N_тор оп­ределяется как

где f = 0,04 - 0,05 - коэффициент трения в приработанном торцевом уплотнении;

- средняя угловая скорость вращающейся втулки. Преимущества торцевых уплотнений:

малые потери мощности на трение;

сохранение герметичности независимо от износа неподвижного кольца 7, к которому подвижное 6 постоянно поджимается пру­жиной 2 с усилием P_п ;

торцевые уплотнения меньше реагируют на радиальные и осевые биения вала.

Основной недостаток - сложность конструкции, а также монтажа и, демонтажа уплотнения. ремонт торцевых уплотнений При ремонте все втулки подвергают тщательному осмотру;

В случае необходимости (раковины, мелкие трещины, неоднородности) их трущиеся поверхности обрабатывают на токарном станке. Втулки на­саживают на точно изготовленные оправки с тем, чтобы обеспечить строгую перпендикулярность поверхности торца и оси вала. После механической обработки поверхности притирают вручную смесью мел­кого абразивного порошка с маслом или пастой ГОИ на чугунных при­тирочных плитах.

Собранные на валу детали и неподвижная втулка должны иметь единую ось; допустимые отклонения от концентричности составляют не более половины допуска на изготовление. Зазоры между деталями проверяют щупом и пробным перемещением вручную.

Пружины перед установкой подвергают тщательной проверке, чтобы удостовериться в том, что на них отсутствуют трещины и за­боины, их размеры строго соответствуют указанным в чертежах и они обеспечивают достаточную упругость. Особое внимание обращают на торцы витков пружины; они должны быть параллельны, в противном случае их шлифуют.

Качество работы уплотнения под нагрузкой характеризуется ве­личиной утечки уплотняющего масла, которая не должна превышать предела установленного в паспорте. Собранное торцевое уплотнение может быть испытано на специальном стенде или вместе с оборудо­ванием. Пуск торцевых уплотнений возможен только после того, как в системе налажена циркуляция масла.