книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

Как видно из уравнения (85), долговечность подпружинен­ ного фторопластового сальника зависит от предварительного поджатия рг, коэффициента жесткости пружины С0 и температуры

в зависимости от р 2 я и температуры корпуса, представленные на

106

Определение максимальной температуры на поверхности скольжения фторопластового сальника,

работающего без смазки

При работе фторопластового сальникового уплотнения без смазки и увеличении до некоторого значения скорости скольжения наступает прогрессирующий износ и быстрый выход уплотнения из стря.

На рис. 61 представлена экспериментальная кривая изменения предельного пути L , проходимого точкой, взятой на валу, до вы­ хода уплотнения из строя, в зависимости от скорости скольже­

Произведем определение максимальной температуры на по­ верхности скольжения с_ учетом изменения температуры по длине сальника.

Примерная схема распределения удельных давлений рг и температуры по длине вала представлены на рис. 62. Для удобства

где М'т — момент сил трения на единице длины уплотнения;. А = - 4 ^ 7 — : термический эквивалент работы в ккал/кгс-см; со — угловая скорость;

nd2

Prf-

. Количество тепла, выделяемого на половине длины сальника,

Q = Q' i _ = ndpjv ± ^00_ к к а л / ч >

где d в см, рт в кгс/см2 , v в м/с, / в см.

107

Количество тепла, выделяемого на длине х', будет равно

где

пА с. 3600

Рассмотрим нагрев участка вала О—/, находящийся под уплот­ нением, пренебрегая отдачей тепла ^ерез сальник, имея в виду,

Рг

х

Рис. 62. Схема к тепловому расчету

что для фторопласта "К = 0,1ч-0,2, а для стали % — 40ч- н-50 ккал/м-ч-град. Согласно уравнению Фурье, при установив­ шемся тепловом потоке через поперечное сечение вала, будем иметь

Через поперечное сечение вала 5 на расстоянии х от середины уплотнения проходит тепловой поток Q, [см. уравнение (88)]. Приравниваем уравнения (88) и (89), тогда

Q = hS —г- = С0х'.

Интегрируем

hс

\lSdt= \ C0x'dx',

W 0

108

Для составления второго уравнения рассмотрим условия нагрева участка вала / — 2 за пределами уплотнения, через кото­ рый передается тепло в окружающее пространство. Баланс тепла для элементарного участка dx при установившемся тепловом ре­ жиме

с постоянными коэффициентами, однородное. Для решения таких

Постоянные Сх и С 2 определим из граничных условий. Первое граничное условие: при х = 0,

109

следовательно,

Согласно исследованиям Шорина второе граничное условие принимаем при условии, что поверхность вала на участке 1—2 окружает среда с заданной температурой tB и коэффициентом тепло­ отдачи а (граничное условие третьего рода). В этом случае выра­ жение удельного теплового потока на поверхности вала:

а) для переноса тепла на границе тела со средой

проекция градиента температуры на направление нормали к по­ верхности тела в момент времени т.

где разности переменной температуры тела и постоянной темпера­

на

111

Подставляя это значение в выражение Qlt имеем

(96)

откуда определяем 0 Х

- ( ' ~ c r )

сальника с валом, равной 60—100° С и выше, наступает местное размягчение фторопласта, снижение механических характеристик его, которые при наличии трения скольжения приводят к прогрес­ сирующему износу и быстрому выходу уплотнения из строя, при­ мерно через 20—60 мин.

При этом сальник в основной своей массе имеет более низкую температуру и остается более жестким.

На основании проведенных опытов можно сделать вывод, что для обеспечения длительной долговечности фторопластового саль­ ника необходимо, чтобы температура вала на поверхности сколь­ жения была невысокой, например не выше 60—100° С, и произве-

112

дило из строя по причине сильно прогрессирующего износа.

Влияние других факторов на долговечность сальника

Кроме разобранных выше факторов, большое влияние на дол­ говечность сальникового уплотнения оказывает биение рабочей поверхности вала относительно внутренней поверхности сальника. При увеличении биения вала с 0,04 до 0,08 мм долговечность умень­ шалась в 6—20 раз.

При вращении эксцентричной поверхности вала, во избежание появления местных зазоров в сопряжении вала с сальником, по­ следний должен под действием пружины своевременно и на нужную величину деформироваться. При появлении местных зазоров наступает нарушение герметичности соединения.

Было выявлено влияние чистоты обработки рабочей поверх­ ности вала под хромирование. При увеличении чистоты обработки

Применение торцовых уплотнений для герметизации соедине­ ний с вращающимися валами в последнее время значительно рас­ ширилось, так как они обеспечивают надежную герметизацию соединения без утечки жидкости в состоянии покоя и малую утечку жидкости при работе уплотнения.

Торцовые уплотнения по расположению в агрегате разде­ ляются на наружные и внутренние, а по соотношению давлений — на неразгруженные и разгруженные. У разгруженных уплотне­ ний на запирающих поверхностях устанавливается отношение

ностях от усилий поджатия без учета противодавления в масля­ ной пленке и р — давление запираемой жидкости.

Неразгруженные уплотнения обеспечивают более надежную герметизацию, но они быстрее нагреваются и выходят из строя.

Для торцовых уплотнений целесообразно применять пары материалов, имеющих возможно меньший коэффициент трения,

чугун, текстолит, графит, керамика, а для опорных колец берутся более твердые материалы за исключением керамики, для которой принимается менее твердое опорное кольцо.

Чистота обработки рабочих поверхностей V 9 — V l l -

113

Усилие пружины, поджимающей уплотнителыюе кольцо, существенного значения на работу уплотнений, находящихся под

с давлением жидкости. Пружина должна перемещать уплотнительное кольцо по валу до упора.

Часто применяют торцовые уплотнения в сочетании с сильфонными (рис. 64, а). Сильфонные уплотнения применяются для

114

запирания масла, пара, газа, кислот и других сред при давлении от глубокого вакуума до давления порядка 70 кгс/см2 при темпе­ ратуре от —185 до -f-870° С. Сильфоны изготавливаются из раз­ личных материалов в зависимости от условий работы уплот­ нения.

Для повышения нагрузочной способности уплотнения в целях обеспечениялучших условий смазки трущихся поверхностей и уменьшения нагрева применяются торцовые уплотнения с прину­ дительной смазкой от внешнего источника (рис. 64, б) и с подводом смазки на отдельных участках (рис. 64, в).

На рис. 64, г представлено двойное торцовое уплотнение [95], применяемое при высоких давлениях для запирания газов, хими­ чески опасных и горячих сред, а также жидкостей, содержащих' твердые частицы.

В этих случаях предусматривается принудительная циркуля­ ция жидкости для создания уплотняющего давления, необходимого для смазки поверхностей скольжения и отвода тепла, возникаю­ щего при трении.

Запирающая жидкость имеет давление выше, чем у запираемой среды, например на 1—2 кгс/см2 .

Уплотнительное устройство устанавливается на вал комплектно и поджимается конусным металлическим кольцом.

При запирании газа, находящегося под большим рабочим давлением нельзя применять одиночные торцовые уплотнения вследствие сильного нагрева уплотнения из-за сухого трения и плохого отвода тепла.

На рис. 64, д представлена одна из разновидностей торцовых уплотнений, показавших в работе хорошие результаты [166]. Это уплотнение имеет неподвижное кольцо (/), эксцентрично уста­ новленное относительно вала (2), благодаря чему улучшаются условия смазки и условия отвода тепла в месте контакта тру­ щихся деталей.

Такая кромка вызывает малую силу трения и не требует защиты от грязи. Возможна также регулировка поджатия уплотняющего элемента в зависимости от режима работы. Описанное уплотнение обладает достаточной температуроустойчивостью, коррозионной стойкостью и. большой долговечностью. Уплотнение. надежно работает при высоких давлениях жидкости и при больших скоро­ стях вращения. Оно испытано для вала диаметром 30 мм при дав­ лении 60—150 кгс/см2 и при числе оборотов вала от 3000 до 12 500 в минуту.

Утечка жидкости через уплотнение в состоянии покоя отсут­ ствовала, а при работе уплотнения составляла от 0 до 0,4 см3 /мин. При испытании такого уплотнения для вала 0 62 мм утечка до­ стигала 12 см3 /мин.

115