книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

Сравнивая значения Ар/ для ламинарного н турбулентного истечений, увидим, что такое же выражение приведенного зазора будет и для ламинарного истечения жидкости.

Сучетом исследований [59] можно принять, что уравнение

(115)справедливо при длине рубашки поршня- .

L>VDa(Dn-DB).

Для уменьшения утечки длину рубашки нужно брать не меньше данного.значения.

Как видно из приведенных исследований, для уменьшения утечки жидкости в зазор необходимо уменьшать зазор.

ах

указанной выше, утечка становится значительной и должна учи­ тываться при выполнении гидравлического расчета агрегата.

При высоких давлениях и тонкостенных цилиндрах, а также при малых скоростях перемещения штока необходимо также учи­ тывать увеличение зазоров за счет упругих деформаций цилиндра, которые могут быть значительно больше первоначального зазора.

Учет утечки жидкости в торцовые зазоры щелевого уплотнения с плавающей втулкой

Как показывают эксперименты, при работе щелевых уплотне­ ний с плавающей втулкой наряду с расходом жидкости в радиаль­ ном зазоре имеется также утечка через торцовые зазоры.

Образование торцовых зазоров в месте прилегания плава­ ющих колец к дистанционным втулкам и корпусу обусловлено неточностью изготовления и сборки сопряженных деталей, нали­ чием перекосов и т. д. Приведем выражение относительного рас­ хода жидкости через торцовый зазор и выясним параметры, опре­ деляющие его значение при турбулентном истечении. Восполь­ зуемся сделанными нами ранее выводами.

Основной расход через радиальный зазор s

Расход через торцовый-зазор sT при движении жидкости от периферии к центру

Относительный расход через торцовый зазор

146

потерн давления на преодоление местных сопротивлений на входе в зазор и на выходе из зазора; ра — давление в полости, в которую

Расход жидкости через зазор

Qy — 2nrsur.

При движении жидкости от периферии к центру суммарные потери давления

Ар= k ~и%,

148

где

Ч(p — pa)

~V k'y

Расход жидкости через торцовый зазор при движении от пери­ ферии к центру

Qy ~ 2nRsuR.

Утечка жидкости в торцовый зазор при квадратичном режиме и вращающемся диске

В этом случае суммарные потери давления при протекании

центробежных сил жидкости, вращающейся вслед за диском. Знак плюс ставится при движении жидкости от периферии к цен­ тру, знак минус — при обратном направлении потока.

Угловая скорость вращения жидкости в зазоре сож (средняя по ширине диска) не равна угловой скорости диска сод , а меньше

ее. Отношение - — < 1.

Влияние напора от действия центробежных сил обычно сказы­ вается только при высоких числах оборотов (например, для масла

При очень малых зазорах, сила трения изменяется не точно по закону Ньютона для жидкостного трения, и выведенные выше за­ висимости будут являться приближенными.

27. ЛАБИРИНТОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

Лабиринтовые уплотнения применяются для запирания жидко­ сти, газа и пара. В лабиринтовом уплотнении рабочая среда подвер­ гается дросселированию при ее движении через последовательно

149

Различают две основные разновидности лабиринтов — с одно­ сторонним расположением гребней (рис. 84, а) и с двусторонним

S)

среды и тем надежнее уплотнение. Для лабиринта из одной ка­ меры при отношении в пределах от 0 до 20 будем иметь ср =

= 0 , 0 2 8 7 — . s

150

Значения — > 20 в практике встречаются редко. Для малой ширины камеры / (меньше ширины свободной струи) значение ср в зависимости от отношения —• определяется графиком (рис. 85),

На рис. 86 представлены различные варианты (/—5) кольцевых выточек, выполняемых на поверхности поршня при запирании сжатого газа.

Проведенные исследования [26] указанных выточек при уплот­ нении сжатого воздуха показали, что форма лабиринта имеет сравнительно малое влияние на герметичность такого уплотнения. Наилучшие результаты показал вариант 5, имеющий к тому же легкообрабатываемый профиль. Потери газа сильно зависят от величины диаметрального зазора в сопряжении поршня с ци­ линдром.

Приближенный расчет утечки газа и жидкости можно произ­ водить аналогично принятой выше методике для металлических поршневых колец.

Трение в лабиринтовых уплотнениях небольшое. Зазоры между цилиндром и поршнем должны быть малыми.

28.СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

ОРАБОТЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ С ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ Допускаемые давления

На рис. 87 представлены сравнительные расчетные данные о ве­

Кривая / изображает зависимость рабочего давления от ско­ рости вала для армированной манжеты (ГОСТ 8752—70). Кривая 2 показывает допускаемое среднее контактное давление для тор­ цовых уплотнений. Материалы уплотнительного и опорного ко­

151

давление сильно зависит от вязкости жидкости: чем больше вяз­ кость жидкости и скорость вращения вала, тем выше допускаемое давление.

Как видно из этого рисунка, при малых скоростях вращения вала, например до 1 м/с, можно эффективно запирать жидкость под давлением до 100—200 кгс/см2 при применении торцовых и манжетных уплотнений, а также уплотнений резиновыми коль­ цами. Для повышения долговечности уплотнений целесообразно применение наклонно-установленных резиновых колец, а также

рк.кгс/смг

ч

1

3

Рис. 87. Изменение предельных давлений в зависимости от скорости вала для различных уплотнений:

/ — армированное манжетное (ГОСТ 8752—70); 2 — торцовое (сталь — латунь); 3 — винтоканавочное (веретенное масло, t — 30° С); 4 — центробежное (R — 2г0 ); 5 — внчтоканавочное (масло веретенное, t — 50° С); 6 — гидродинамическое с деформируемой втул­

кой

торцовых уплотнений с подводом смазки (эксцентричных и гидро­ динамических).

При скорости вращения валов свыше 10 м/с может быть эффек­ тивным применение гидродинамических винтоканавочных, цен­ тробежных, торцовых и кромочных уплотнений.

Чем выше скорость вращения вала, тем выше запираемое давле­ ние, которое обеспечивают эти уплотнения. Хорошие результаты при напряженных рабочих режимах показывают торцовые уплот­ нения с эксцентрично установленными кольцами.

Особое место занимает гидродинамическое уплотнение с де­ формируемой втулкой и гидродинамическое торцовое уплотнение с запланированным отводом небольшого объема жидкости для

Указанные кривые являются ориентировочными. Относитель­ ное положение центробежных и винтоканавочных уплотнений может изменяться в зависимости от вязкости жидкости, размеров и конструкции уплотнений.

152

Г л а ва V

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

29. ЗАЩИТА КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Гидродинамическая защита контактных уплотнений — это но­ вый этап в совершенствовании уплотнений. С ее помощью можно осуществить длительные напряженные режимы гидравли­ ческих агрегатов при высоких значениях к. п. д.

Рис. 89. Схема гидродинамической защиты кон­ тактных уплотнений

Для защиты уплотнений целесообразно использовать суще­ ствующие гидродинамические уплотнения (щелевые, центробеж­ ные и винтоканавочные). Однако желательно создание новых, таких как:

1) гидродинамические уплотнения с отводом небольшого объема жидкости из полости уплотнений, в которых утечка жид­ кости ограничивается специально создаваемым гидравлическим

Гидродинамические уплотнения с отводом жидкости могут при­ меняться самостоятельно, а также для защиты контактных уплот­ нений.

Центробежные и винтоканавочные уплотнения могут приме­ няться только при высоких окружных скоростях и ограниченном

154

Отдельные случаи применения гидродинамических уплотнений с отводом жидкости в технике известны. На рис. 89 был показан

Для уменьшения наружной утечки иногда применяют не­ сколько камер контактных уплотнений, из которых отводят про­ текшую жидкость [ 9 ] . В ряде случаев только гидродинамические уплотнения позволяют снизить утечку до необходимого уровня.

Например, только применение отвода жидкости, введение смазки и охлаждения, а также использование металлических уплотнений позволили добиться удовлетворительной работы цен­ тробежных насосов при значительных числах оборотов.

Ниже излагаются основы защиты уплотнений и результаты ис­ следований, посвященных применению ее в гидравлических устройствах.

30.ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Рассмотрим гидродинамическую защиту уплотнений за счет частичного отвода жидкости перед уплотнением л определим возможную степень понижения давления в полости уплотнения, достигаемую с ее помощью.

На рис. 89 показана схема агрегата с возвратно-поступатель­ ным, движением с применением защиты уплотнений.

Жидкость, находящаяся в цилиндре под давлением р, проходит через щелевое уплотнение с площадью зазора Sx и попадает в по­ лость контактного уплотнения. Чтобы снизить давление перед контактным уплотнением, жидкость направляется по перепуск­ ному трубопроводу площадью 5 2 в сливную полость. Поэтому давление р у значительно меньше р.

При истечении жидкости через кольцевой зазор возможно турбулентное или ламинарное движение.

Эффективность гидродинамической защиты при турбулентном истечении жидкости в зазоре

Определим отношение —- при турбулентном истечении жид­ кости.

Уравнения перепадов давлений:

уравнение непрерывности потока

S — S %ий.

155