книги из ГПНТБ / Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения

Перенос винтовой нарезки (угол наклона нарезки — а) с вращаю­ щегося вала на неподвижную поверхность манжеты исключил проблемы, связанные'с вопросами выполнения оптимальной формы и профиля нарезки и, помимо всего прочего, позволяет сохранить малые радиальные зазоры между вращающимися и неподвижными элементами манжетно-винтового уплотнения. Естественно, такое решение, в силу особенностей работы бесконтактных винтовых уплотнений рассмотренных выше, приводит к увеличению эффек­ тивности манжетно-винтового уплотнения на 15—20%. Как пока­ зали специальные исследования, проведенные в СШ А рядом фирм, уплотнения типа «дайнасил» исключительно хорошо работают

в динамических условиях [10, 16]. Однако уплотнительная спо­ собность такой конструкции манжетно-винтового уплотнения в ста­ тическом положении (п = 0) весьма мала, так как в этом случае зона контакта цилиндрического участка манжеты с цилиндриче­ ской поверхностью вала имеет вырезы, соответствующие профилю нарезки винтовой линии в радиальном сечении. Эксперименталь­ ными исследованиями ряда фирм.было найдено, что для ликвида­ ции этого дефекта необходимо обеспечить непосредственный кон­ такт всего числа выступов винтовой нарезки с цилиндрической по­ верхностью вращающегося вала на протяжении не менее чем 600°.

Для улучшения конструкции манжетно-винтового уплотнения предлагается, например, на одной из конических поверхностей неподвижной манжеты выполнять многозаходную винтовую на­ резку с углом наклона а, состоящую из множества параллельных геликоидальных участков. При этом, по крайней мере, только две из указанных нарезок касаются кольцевого цилиндриче­ ского участка 1, не прорезая его (рис. 89). Манжетно-винтовое

150

уплотнение выполняется таким образом, чтобы любое радиальное сечение пересекало не менее трех вершин винтовой линии. Таким образом, налицо стремление сохранить в целости в конструкции манжетно-винтового уплотнения кольцевой цилиндрический уча­ сток 1 неподвижной манжеты 2, являющейся основным уплотни­ тельным элементом манжетного контактного уплотнения и пере­ нести всю тяжесть работы по увеличению сопротивления пере­

Размеры уплотнительных элементов в этом уплотнении вы­ браны таким образом, чтобы в процессе работы через сплошную цилиндрическую кромку 1 манжеты 2 протекало лишь незначи­ тельное количество жидкости, необходимой для отвода тепла от губок неподвижной манжеты и для смазки ее поверхностей. Во время остановки вращающегося вала кольцевая цилиндрическая кромка в результате эластичности материала и жесткости кольце­ вой пружины 3 обжимает вал и обеспечивает высокую степень уплотнения.

В настоящее время еще не накоплен достаточный материал по долговечности, надежности и эффективности манжетно-винтовых уплотнений. Однако проведенный анализ наиболее распростра­ ненных за рубежом типов уплотнений показывает, что в ряде областей техники, особенно для уплотнений подшипников качения, манжетно-винтовые уплотнения с успехом могут быть использо­ ваны, в результате чего резко может .быть увеличена долговеч­ ность работы подшипникового узла машин и. аппаратов.

Представленные в настоящей работе конструкции манжетно­ винтовых уплотнений являются лишь первой попыткой конструк­ тивного объединения манжетных и винтовых уплотнений.. Однако эта попытка, хотя и основана на использовании ряда неправиль­ ных положений (применение неоптимальных форм, типов и эле­ ментов нарезки), дала такие положительные результаты, которые обеспечили широкое внедрение манжетно-винтовых уплотнений в машины и аппараты ведущих зарубежных фирм.

Для увеличения срока службы таких уплотнений особое вни­ мание следует уделять двум факторам: качеству обработки по­ верхности вала и материалу поверхности вала в зоне действия уплотнения.

На основании данных, приведенных в работе [36], можно сде­ лать заключение о том, что любые отклонения вала'от круглой цилиндрической формы и наличие неровностей на его поверх­ ности требуют повышенной, по сравнению с оптимальной, сил прижатия уплотнения к валу.

151

Материал поверхности вала, соприкасающегося с манжетой манжетно-винтового уплотнения, влияет в основном на эластич­ ность манжеты. В этих условиях наиболее практичным могут ока­ заться материалы с хорошей теплопроводностью: медь, золото, алюминий, серебро и т. д.

Опыты, описание которых приведено в работах [14, 25], по­ казывают, что посеребренная поверхность вала в значительной степени улучшает эксплуатационные характеристики уплотнений такого типа.

31. К о м б и н и р о в а н н ы е т а г н и т н о - ж и д н о с т н ы е

у п л о т н е н и я

Рассмотренные выше конструкции комбинированных уплотне­ ний разработаны на основе использования бесконтактных уплот­ нений статического и динамического действий с различными ти­ пами контактных. Это накладывает определенные требования на технологию их изготовления, отражается на условиях их работы

иобслуживания, на сроках службы как самого уплотнения, так

ивсего агрегата в целом. В этой связи представляется интересным рассмотреть такие схемы комбинированных уплотнений, которые были бы лишены недостатков, связанных с использованием кон­ тактных уплотнений в качестве рабочих или в качестве стояноч­ ных. Таким уплотнением является уплотнение магнитно-жидкост­ ного типа.

Общеизвестен тот факт, что в случае заполнения какого-либо пространства, например внутреннего пространства стеклянной трубы, ферромагнитной жидкостью и помещения этой трубы в поле действия постоянных магнитов, указанная ферромагнитная жидкость займет все внутреннее пространство трубы и разделит ее на две полости. В зависимости от магнитной проницаемости ферро­ магнитной жидкости, магнитного сопротивления материала трубы и напряженности магнитного поля эти полости могут находиться под действием различного давления или вакуума. Тем самым прин­ ципиально возможно создание контактного магнитного уплотне­ ния, различные полости которого, разделенные ферромагнитной жидкостью, находятся под действием различного по величине давления при условии наличия постоянного или переменного ма­ гнитного поля некоторой напряженности. В зависимости от свойств материала, замыкающего магнитный поток, например в зависи­ мости от материала уплотняемого вала, могут быть разработаны два вида конструкций магнитно-жидкостного уплотнения —'Для магнитного (рис. 90, а) и для немагнитного (рис. 90, б) валов [69 ].

В первом случае магнитные силовые линии, создаваемые магни­ том 3, замыкаются через вал установки и удерживают ферромаг­ нитную жидкость 5 в зазоре между кольцевой пластиной 4 и ва­ лом 1. Во втором случае ферромагнитная жидкость 5 удержи­ вается в зазоре, образованном фасонными поверхностями кольце­

152

вых пластин 2 и 4. Как в первом, так и во втором случаях ферро­ магнитная жнДкость замыкает силовые линии и удерживается ими в состоянии равновесия даже при наличии вращения вала и на­ личии перепада давлений между уплотняемой полостью и наруж­ ным помещением.

Магнитно-жидкостные уплотнения обладают следующими до­ стоинствами:

1) в области рабочих условий они могут обеспечить полное отсутствие утечек жидкости через зону уплотнения;

2)поверхностный контакт между вращающимся •элементом уплотнения и неподвижной его частью осуществляется жидкостью,

врезультате чего фактически отсутствует износ соприкасающихся поверхностей уплотнения;

3)элементы поверхности уплотнения не требуют тщательной обработки и полировки и могут быть выполнены по более низкому классу точности;

V 2 3 4

' Ä

3

'//

1

нения фактически отсутствует унос ферромагнитной жидкости, то перезарядка уплотнения указанной жидкостью не требуется;

6)работа магнитно-жидкостного уплотнения возможна при от­ носительно высоких частотах вращения вала;

7)уплотнение магнитно-жидкостного типа обладает некоторой демпфирующей способностью и способно воспринимать радиаль­ ные нагрузки на вал;

8)уплотнение магнитно-жидкостного типа обладает самовосстанавливаемостыо.

Эффективность магнитно-жидкостных уплотнений во многом зависит от свойств ферромагнитной жидкости, а следовательно, от свойств основной жидкости и характеристик взвешенных частиц, находящихся в ней и сообщающей ей ферромагнитные свойства.

Для получения оптимального уплотняющего действия и обес­ печения стабильности характеристик уплотнения в течение всего времени 'его эксплуатации ферромагнитные частицы должны иметь -высокую магнитную проницаемость при большой напряженности

153

использовать исключительно мелкие магнитные частицы различи

жидкостных уплотнений обычно не должны превышать вели­ чины ІО "4— ІО "5 мм.

В качестве ферромагнитного порошка может быть использовано карбонильное железо с частицами сферической формы. Для уве­ личения коррозионной стойкости железо может быть легировано

используются р комбинации с бесконтактными динамическими или статическими уплотнениями, снижающими величину давле­ ния' перед контактным магнитно-жидкостным уплотнением.

На рис. 91 показана схема комбинированного уплотнения, со­ стоящего из уплотнения статического действия (кольцевого уплот­ нения с кольцевыми цилиндрическими канавками) и магнитно­ жидкостного уплотнения. Вал установки 1 выполнен из двух половин таким образом, что его вторая часть имеет немагнитные свойства. В этом случае в зоне немагнитного вала удается раз­ местить кольцевой магнит 2, выполненный, например, из кера­ мического материала. Кольцевой магнит располагают так, чтобы один из его полюсов касался полости а, заполненной ферромагнит­ ной жидкостью 3. Вал уплотнения 1 и его корпус имеют цилиндри-

154

СПИСОК Л И ТЕ Р А ТУР Ы

312с.

4.Б и л л е А . В. Уплотнительная техники в условиях космоса. — В кн.:

НИИхиммаша № 4 «Исследование и конструирование аппаратов с герметическим

маша № 4 «Исследование и конструирование аппаратов с герметическим при­

канавками при турбулентном режиме. — В сб. трудов АОГ1М «Проблемы трения и смазки». Т. 91, серия F, № 4. М, «Мир», 1969, с. 81—92.

10. В е й н а н д . Гидродинамическое уплотнение с винтовой манжетой. — В сб. трудов АОИ М «Проблемы трения и смазки». Т . 90, серия F, № 2. М ., «Мир», 1968, с. 142— 157.

11.Г о л у б е в А . И . Лабиринтные насосы для химической промышлен­ ности. М ., Машгиз, 1961, 76 с.

12.Г о л у б е в А . И . Современные уплотнения вращающихся валов. М ., Машгиз, 1963, 216 с.

13.Г о л у б е в А . И . Разработка трехступенчатого лабиринтно-торцового

уплотнения. — В сб. трудов ВНИИгидромаша «Гидромашиностроение». М ., «Энергия», 1969, с. 202— 209.

14. Д ж о н с Р . Некоторые вопросы уплотнения газовых турбин. — В кн.: Проблемы современной уплотнительной техники. М ., «Мир», 1967, с. 89— Ю2.

15.Д о р ф м а н Л . А . Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М ., Физматгиз, 1966, 260 с.

16.Д е г а. Итоги работ по усовершенствованию герметичных манжетных

коэффициента сопротивления в зазоре между разгрузочным диском и кор­ пусом насоса. — «Химическое и нефтяное машиностроение», 1962, № 12,

с.9— 11.

19.3 о т о в В. А . Классификация уплотнительных устройств. — «Стандар­

тизация», № 9, 1962, с. 17— 21.

20.3 о т о в В . А . Исследование винтоканавочных уплотнений. — «Вестник машиностроения», № 10, 1959, с. 3—9.

21.И в а н о в а Н . Г. Влияние сил инерции смазки на характеристики под­ шипников скольжения. — В кн.: Развитие гидродинамической теории смазки

подшипников быстроходных машин. М ., А Н СССР , 1962, с. 174—206.

22. К л а й н В . Д ж . Подобие и приближенные методы. М ., «Мир», 1968, 302 с.

156

трения и расходные характеристики для частично смоченного вращающегося диска. — В сб. трудов АОИ М «Проблемы трения и смазки». Т. 30, серия F, № 2. М ., «Мир», 1968, с. 86— 102.

25.К у р т н и В . и др. Методы уплотнения вращающихся устройств в ва­ кууме. — В кн.: Проблемы современной уплотнительной техники. М ., «Мир», 1967, с. 48— 61.

26.Л о м а к и и А . А . Центробежные и осевые насосы. Л ., «Машинострое­ ние», 1966, 364 с.

29.М а к а р о в Г. В . Уплотнительные устройства. Л ., «Машиностроение», 1965, с. 158.

30.М а р ц и н к о в с к и й В . А . Гидродинамика и прочность центробеж­

тательных насосов для паровых котлов. — В кн.: Проблемы современной уплот­ нительной техники. М ., «Мир», 1967, с. 377— 405.

36.С а й м о н с . Геометрия вала — главный фактор в работе масляных

уплотнений. — В сб. трудов АОИ М «Проблемы трения и смазки». Т. 30, серия F, № 2, М ., «Мир», 1968, с. 42— 57.

37. С т а с ю л я в и ч. у с И . К ., С у р в и н а В . Ю ., А ш м а н т и с Л . А. Гидравлическое сопротивление в трубе с винтообразной канавкой.— «Энерго­

■ давления в начальном участке кольцевого канала. — В сб. трудов АОИ М , «Теоре­ тические основы инженерных расчетов». Т . 86, серия D, № 4. М ., «Мир», 1964,

с.155— 163.

39.С т е й р. Влияние геометрии канавки на рабочие характеристики винтоканавочного уплотнения. — В сб. трудов АОИ М «Энергетические машины и

с плавающими башмаками для компрессоров сверхзвуковых реактивных двига­ телей. — В сб. трудов АО И М «Проблемы трения и смазки». Т . 90, серия F , № 2. М ., «Мир», 1967, с. 231— 245.

42.X о л а н К- Уплотнения в машиностроении. — В кн.: Проблемы совре­ менной уплотнительной техники. М ., «Мир», 1967, 344 с.

43.Ч е н г, Ч о у, У и л к о к. Поведение гидростатических и гидродинами­ ческих бесконтактных торцовых уплотнений. — В сб. трудов А О И М «Проблемы трения и смазки». Т. 90, серия F, № 2. М ., «Мир», 1968, с. 246—259.

157