3. Силы трения в уплотнениях

Величина сил трения (момента сил трения) в уплотнениях подвижных соединений зависит от типа уплотнения и коэффициентов трения. При использовании контактных уплотнений уже при их монтаже за счёт упругости уплотнения на уплотняемых поверхностях создаётся начальное контактное давление, во время работы гидроагрегата оно увеличивается вследствие воздействия на уплотнение давления рабочей жидкости.

Ниже приводятся зависимости расчёта сил трения для некоторых видов давно используемых уплотнений. Сейчас широко применяются комбинированные уплотнения, состоящие из двух колец: уплотнительного и упругого. Уплотнительное кольцо изготовляется из полимерных или композиционных материалов, чем обеспечивается снижение трения и повышение надёжности. А резиновое упругое кольцо обеспечивает первоначальный контакт уплотнительного кольца с уплотняемыми поверхностями. К сожалению, какие-либо сведения о расчёте сил трения комбинированных уплотнений отсутствуют. Для грубой оценки силы трения в этом случае можно использовать выражения для сплошных резиновых колец.

3.1. Сплошные резиновые кольца круглого сечения

Для сплошных резиновых колец круглого сечения сила трения

F_тр = q ∙ π ∙ D,

где q – удельная сила трения, Н/мм,

D – диаметр уплотняемой поверхности, мм.

Удельная сила трения при соблюдении рекомендуемых при монтаже обжатий достаточно точно описывается выражением

q =( 0,012 ∙ p +0,06 ) ∙ d,

где p – рабочее давление, МПа,

d – диаметр сечения кольца, мм.

При использовании таких колец для уплотнения валов момент сил трения

М_тр = F_тр ∙ d / 2.

3.2. Резиновые г- и u-образные манжеты

Для манжетных уплотнений сила трения

F_тр = π ∙ D ∙ B ∙ (p + p_к) ∙ f,

где D – диаметр уплотняемой поверхности, мм,

B – ширина контакта манжеты с уплотняемой поверхностью, мм,

p – рабочее давление, МПа,

p_к– контактное давление, возникающее при монтаже манжеты, МПа, для разных типов манжет находится в диапазоне 0,02…0,05 МПа, при выполнении работы принять значение 0,02 МПа,

f – коэффициент трения, для резиновых манжет составляет 0,1…0,13. при выполнении работы принять значение 0,12.

3.3. Разрезные чугунные кольца

Для разрезных чугунных колец сила трения

F_тр = π ∙ D ∙ B ∙ (p + n ∙ p_к) ∙ f,

где D – диаметр уплотняемой поверхности, мм,

B – ширина кольца, мм,

n – число колец,

p – рабочее давление, МПа,

p_к–контактное давление, возникающее при монтаже кольца, МПа, достаточно точно оцениваемое по выражению p_к = D^-0,5,

f – коэффициент трения, для чугуна равный 0,07…0,12.

3.4. Торцевые уплотнения

Момент сил трения в торцевых уплотнениях

М_тр = 2 ∙ π ∙ f ∙( p + p_к ) ∙ ( R₂³ – R₁³ ) / 3,

где p – рабочее давление, МПа,

p_к – начальное контактное давление, МПа,

R₁ и R₂ – наименьший и наибольший радиусы торцевой рабочей поверхности уплотнения.

4. Диаметр трубопроводов

Трубопровод должен пропускать определённый поток рабочей жидкости Q. Если S – площадь поперечного сечения трубопровода, а V – средняя скорость движения жидкости в нём, то Q = S ∙ V. Так как практически всегда используются трубопроводы круглого сечения, то диаметр его

d =(4 ∙ Q / π / V)^0,5.

Средняя скорость жидкости в трубопроводе принимается в зависимости от его назначения:

для всасывающих трубопроводов – (0,5…1) м/с,

для сливных трубопроводов – (1…2) м/с,

для рабочих (напорных) трубопроводов с учётом величины номинального рабочего давления

p МПа	2,5	6,3	16	32	63	100
V м/с не более	2	3,2	4	5	6,3	10

По вычисленному диаметру трубопровода из сортамента жестких или гибких труб выбирается труба с ближайшим бóльшим внутренним диаметром.