книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

поджимающих лопасть к валу, без учета жесткости резиновых манжет; k — коэффициент уменьшения передаваемого в радиаль­ ном направлении давления жидкости (k ^ 1 ) .

Удельные давления, возникающие на внутренней лопасти ман­ жеты за счет деформации натяга лопасти при сборке (без пружины

Рис. 40. Схемы к расчету: а — арми­ рованная манжета; б —уплотнительное кольцо

Тангенциальная деформация (относительный натяг)

сборки.

Удельные давления от пружины р п р = 0,4ч-4 кгс/см2 .

Обычно меньшие значения р п р соответствуют большим диа­ метрам валов (300 мм) и большие — меньшим диаметрам (10 мм).

Соответствующее усилие пружины Р п р определяется из выра­ жения

я

Т

Лч> = | РпрП' sin ф dcp = рпр Н',

90

и допусками на типоразмеры манжет по ГОСТ 8752—70 представ­ лены на рис. 41.

Изменение е< в , р 0 в и р'г с учетом размеров и допусков на из­

готовление представлены на рис. 42—44. Значение р 0 в мало по сравнению с р п р .

Определение долговечности резиновых армированных манжет (ГОСТ 8752—70)

Для оценки срока службы резиновых уплотнений при обес­ печенном тепловом режиме, исходя из энергетической теории износа, принимаем следующее уравнение, характеризующее износ при заданном натяге манжеты Ad:

Данная долговечность vT обеспечивается при условии, что при местном нагреве произведение fp'v. не превосходит опасного зна­ чения (fprv)on, а величина диаметрального натяга A d m a x 1,5 мм. При расчете приняты значения / в зависимости от р, указанные выше. Считаем, что для манжет без пружины путь износа L или

91

Раме/с'М.

р пр max' ^max

92

в которых находятся графитовые кольца 2, состоящие обычно из трех сегментов, стянутых браслетной пружиной. Кольца плотно прилегают к валу, но не вращаются вместе с ним, так как стопо­ рами зафиксированы вместе с обоймами. С внешней стороны предусмотрено мягкое сальниковое кольцо.

Металлические сальники

На рис. 48 показано применение сальников с металлическими кольцами для насоса, перекачивающего горячие нефтепродукты [75] . Сальник охлаждается путем подачи воды к корпусу уплот­ нения и отвода воды от него.

Для облегчения условий ра­ боты сальника и увеличения его долговечности перед ним поставлена втулка. Жидкость протекает через зазор между втулками и отводится во вса­ сывающую полость.

Рис. 49. Уплотнение вала с отводом жидкости перед сальником

На рис. 49 представлено аналогичное уплотнение, за­ пирающее воду в соединении

вала с корпусом. Уплотнение осуществляется с помощью двух лабиринтов и сальника [21 ] . Для облегчения работы сальника предусмотрена его разгрузка за счет отвода жидкости, протекаю­ щей через лабиринтовые уплотнения к всасывающей трубе насоса.

19. ФТОРОПЛАСТОВЫЕ ПЛАВАЮЩИЕ МАНЖЕТНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ БЫСТРОХОДНЫХ ВАЛОВ

Для герметизации газа в соединениях быстроходных валов ком­ прессоров, центробежного типа были разработаны и испытаны на долговечность фторопластовые плавающие манжеты. Продолжи­ тельность одного испытания достигала 3200 ч [70] .

Уплотнение представляет гидравлический затвор (рис. 50), состоящий из двух манжет, между которыми подается проточная жидкость под давлением, превышающим давление газа. Избыточ­

60 и, м/с

100

пласта по стали при малых давлениях и большей допускаемой температурой нагрева фторопласта.

Величина утечки жидкости при применении фторопластовых манжет больше, чем при применении резиновых.

Недостаточная упругость фторопласта компенсируется свобод­ ным перемещением плавающей манжеты, что позволяет лопасти манжеты следить за наружной поверхностью вала при наличии биения.

20. МАЛОГАБАРИТНЫЕ ФТОРОПЛАСТОВЫЕ САЛЬНИКИ

Для уплотнения коррозионно-активных (жидких и газообраз­ ных) сред в различных установках применяются фторопластовые сальники. Из-за большой жесткости обычно поджатие их осуще­ ствляется с помощью гайки, ввертываемой в корпус. Такие саль­ ники быстро выходят из строя, примерно через 1—2 ч работы.

Ниже рассматриваются вопросы выработки конструкции, экспе­ риментального определения срока службы, необходимого диапазона удельных давлений при поджатии сальника, подборапружин и разработки методики расчета долговечности сальника, предназ­ наченного для запирания сжатого газа, с целью выявления воз­ можности значительного повышения срока службы уплотнения.

Причины выхода из строя фторопластового сальникового уплотнения

В соответствии с экспериментальными данными можно отме­ тить следующие основные причины нарушения герметичности соединений вала с корпусом, уплотняемых с помощью сальника из фторопласта.

1.Износ уплотнения с удалением части продуктов износа за пределы поверхности сопряжения сальника с валом: в результате чего уменьшается радиальное давление на поверхности контакта.

2.Наличие недопустимого теплового режима на поверхности сопряжения вала с сальником. При значительном повышении тем­ пературы на поверхности скольжения происходят местное пони­ жение механических свойств фторопласта на небольшой толщине слоя вблизи вала и быстрый износ разогретого участка. При изме­

нении температуры от 20 до 60° С модуль нормальной упругости при сжатии и напряжения, соответствующие данной стадии де­ формирования, уменьшаются примерно в два раза. Также значи­ тельно уменьшается коэффициент линейного расширения. При вращении вала имеет место отслаивание наиболее нагретого коль­ цевого участка небольшой толщины, расположенного в средней части по длине сальника. Это явление происходит под действием сил трения и местного повышения температуры в зоне скольжения.

Для нормальной работы фторопластового сальника необходимо обеспечить условие, чтобы максимальная температура на поверх­ ности вала была меньше допустимой.

101

3. Наличие биения вала относительно оси сальника. Необ­ ходимо иметь определенную величину поджатая сальника, обе­

Р < Рг-

Минимальное поджатие сальника, определяющее начало нарушения герметичности при положительных и отрицательных температурах

Как показывают опыты, с увеличением предварительного осе­ вого поджатая сальника давление, при котором происходит на­ рушение герметичности, также повышается.

Это объясняется повышением жесткости сальника при увеличе­ нии предварительного обжатия. При этом для того, чтобы при од­ ном и том же биении вала не образовывался зазор в соединении, для одной и той же деформации сальника необходимо большее осе­ вое давление. Подобное же влияние на фторопластовый сальник оказывает и понижение температуры.

При проведении экспериментов при биении вала 0,03—0,04 мм

102

Результаты замеров и расчетные кривые приведены на рис. 54. Характеристики пружин, применявшихся при испытаниях, и схемы их сборки представлены на рис. 55. Коэффициент жесткости

Долговечность фторопластового сальника, поджатого пружиной

Рассмотрим совместно вопросы, характеризующие долговеч­ ность работы сальникового уплотнения, исходя из износа при до­

103

где S T p = п dl — поверхность трения сальника по валу; dr — бесконечно малое увеличение внутреннего диаметра сальника за

Подставляя dh в уравнение dP, получим

от времени работы, полученные в процессе испытаний, при различ-

104

ных усилиях предварительного поджатия ри для пружины с коэф­ фициентом жесткости С 0 « 800 кгс/мм2 приведены на рис. 57.

• Изменение интенсивности износа сальника в зависимости от осевого давления представлено на рис. 58. Зависимость - j ^ - от рг

при установившемся износе и температуре 20° С может быть выражена уравнением

сматриваемом участке при температуре корпуса —50° С, и мень­

При увеличении скорости скольжения (при обеспеченном теп­ ловом режиме) необходимо вводить соответствующую поправку. При этом

105