книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства
.pdfПри х — b2 |
имеем |
р" |
— 0. |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26, Ь, |
|
|
|
|
|
|
|
|
1и2 |
|
|
|
Подставляя |
значение |
хт, |
получим |
|
|
|
||
|
|
\ ( х |
|
,ьх I) |
Ьф2 |
|
|
|
р ' ~ "2 |
|
«г |
|
|
||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Наибольшее |
избыточное |
давление |
будет |
|
|
|||
|
|
- |
|
_ |
3 -по |
( 6 2 - 6 х ) 2 |
(136) |
|
|
|
|
|
|
2 a* |
(Ьх + 6 |
2 ) • |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Подъемная сила, возникающая в уплотнении за счет протекания
жидкости в клиновом зазоре, будет |
равна |
|
|
|
|||
F" = |
65г Jf р" dx = |
бВЯг, ^ |
( ^ |
- ^ |
) |
, |
Г(137) |
где В — длина подводящей |
канавки |
в радиальном |
направлении; |
||||
z—число канавок (сегментов); L = |
Ь2— |
Ьх — длина масляного |
|||||
клина одного |
сегмента, замеренная |
по среднему |
диаметру; В — |
||||
поправочный |
коэффициент, |
учитывающий |
утечки |
через |
торцы; |
||
vc — скорость, соответствующая среднему радиусу опорной поверхности клиновой части уплотнения у R c = —if"~M'> у о —
Rc
=v где г — радиус вала.
Среднее избыточное давление по всей контактной поверхности,
соответствующее подъемной силе,
F" |
6 P B W |
Р с р ~ S k |
Ш |
где
SK = - f |
(D*-dl). |
Уравнение (137) имеет важное значение для проектирования гидродинамических торцовых уплотнений, так как показывает, что с увеличением скорости вала условия работы уплотнения улуч шаются. Допускаемое давление жидкости зависит от конструктив-
ных размеров, отношения площадей вязкости масла и ско-
рости вала.
Аналогичное выражение подъемной силы, возникающей в уплотнении за счет протекания жидкости в клиновом или ступенча-
176
том зазоре, можно написать, используя исследования, проведен ные в области ступенчатых упорных подшипников скольжения [92 ]
|
|
mm |
где 5 = |
zL0B0; |
Сх — постоянная величина для данной конструк |
ции уплотнения, взятая с графика (рис. 103). |
||
Приняты размерности для величин В0 и h в м, F в кгс, S в м2 , |
||
v в м/с; |
т] в |
кгс-с/м2 . |
С,
Рис. 103. Изменение коэффициента Clt характеризующего подъем ную силу, в зависимости от конструктивных параметров
кривой |
и |
^паэа |
В паза |
|
Во |
Ьо |
Во |
||
|
||||
/ |
0,25 |
0,727 |
0,966 |
|
2 |
0,50 |
0,734 |
0,853 |
|
3 |
0,75 |
0,746 |
0,799 |
|
N 4 |
1,00 |
0,759 |
0,759 |
|
5 |
1,50 |
0,787 |
0,708 |
|
6 |
2,00 |
0,813 - |
0,680 |
|
7 |
3,00 |
0,850 |
0,653 |
Можно принимать следующие ориентировочные соотношения конструктивных величин:
' ^ _ ^ 0 , 4 ч - 1 ; |
А ^ 1 ^ _ 2 . |
х |
а0 |
177
Значительное увеличение отношения - ~ - увеличивает нагрев
уплотнения. Уплотнение может выполняться с клиновыми ка навками и ступенчатыми (см. рис. 101).
|
|
Согласно |
исследованиям |
[92], подъемная |
сила |
при наличии |
|||||||||||||||||||
ступенчатых канавок выше, чем для клиновых (примерно, до |
7%). |
||||||||||||||||||||||||
Величину утечки, а также нагрева жидкости можно |
регулировать |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р'хгт/см2 |
за счет подбора отношения |
площа- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
деи в уплотнении |
|
|
|
где |
<->ж |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ISO |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
/ |
|
площадь |
|
гидравлического |
поджа- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
тия; S K — контактная |
рабочая |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
площадь |
|
уплотнения. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
Для |
обычных |
торцовых |
уплот |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
А// wo |
нений, если исходить из допусти |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
мой температуры местного нагрева |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
и отсутствия задиров рабочих по |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
верхностей, |
допустимая |
нагрузка |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Л |
|
|
|
резко падает с увеличением ско |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
рости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для |
торцовых |
|
же |
гидродина |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h0 |
|
мических |
уплотнений |
в силу |
на |
||||||||||
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
личия |
жидкостного |
трения |
и |
не |
|||||||||
|
|
/// |
|
|
|
|
3 |
|
|
20 |
|
прерывного |
возобновления |
|
сма |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зочного |
|
слоя |
|
жидкости |
можно |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
• |
А- |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
с |
увеличением |
скорости допускать |
||||||||||||||
|
20 |
«? |
|
ВО |
|
80 |
vc,n/c |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
большее |
|
рабочее |
|
давление, |
что |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Рис. |
104. |
Зависимость |
подъемной |
является их положительным свой |
|||||||||||||||||||||
силы F" |
и |
избыточного |
давления |
ством. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
р" |
( |
|
) |
от средней |
скорости |
|
Работа гидродинамических тор |
||||||||||||||||||
|
диска при температуре 50° С: |
|
|
||||||||||||||||||||||
/ |
— масло |
АМГ-10; |
2 — масло |
вере |
цовых |
уплотнений в сильной |
сте |
||||||||||||||||||
|
|
тенное АУ; |
3 — вода |
|
|
|
пени зависит от вязкости жидко |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сти и требует точного обеспече |
|||||||||||||
ния заданного клинового зазора. Торцовое |
|
гидродинамическое |
|||||||||||||||||||||||
уплотнение |
является |
сравнительно |
малогабаритным |
и простым |
|||||||||||||||||||||
по |
конструкции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
П р и м е р . Определить подъемную силу в гидродинамическом |
|||||||||||||||||||||||
торцовом, |
уплотнении. |
|
Дано: |
Dx |
= |
94 |
|
мм, |
dt |
= |
80 |
мм, |
d2 = |
||||||||||||
= |
74 мм, |
d = |
70 |
мм. |
D |
= |
100 мм (см. рис. |
101). |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Принимаем: - у - = |
0,6; |
h0 |
= |
0,01 |
мм; |
t = |
0,016 |
мм. |
|
|
|||||||||||||
|
|
Число |
сегментов |
z = |
12. При |
этих |
данных |
имеем: |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
в0 |
= D- |
|
|
100 — 74 |
= 1 3 |
мм; |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Ь0 |
= яДср |
|
j c - 8 7 |
|
23 мм; |
£ = 1 , 7 8 . |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
178
Согласно графику |
|
на |
рис. 103 |
Сх |
^ |
0,14. Для масла |
|
АМГ-10 |
||||||||||||||
при |
t |
= |
50° С: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v = |
|
0,l |
|
см2 /с; |
|
г1 = |
0 , 9 Ы О " 3 |
кгс-с/м2 ; |
|
|
||||||||
|
|
|
S = |
z L 0 B 0 = |
12-0,023.0,013 = 0,0036 |
м2 ; |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
jtDcprt |
; |
|
|
А т 1 |
п ' « Л 0 = |
10-Ю-6 |
м; |
5 0 |
= |
0,013м. |
|||||||||
|
|
v, = • |
60 |
|
|
|
||||||||||||||||
Подъемная |
сила |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Р „ |
_ |
CxSfioTiOc |
|
|
|
0.14-0,0036-0,013-0,91 |
• 1 0 - 3 у с |
_ |
r Q с г , |
т , „ „ |
|||||||||||
|
f |
- |
m m |
|
|
|
— |
|
|
(io.l<r«)* |
|
_ |
|
b J ' b ° c |
К |
Г С - |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
/г = |
20 000 |
об/мни, |
vc = |
92 |
м/с, F = |
5480 |
кгс и |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
р |
= |
F |
= |
5480 |
— |
1 С |
: о |
I |
•> |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
152 |
кгс/см-. |
|
|
|
|
|||||||||
Для |
веретенного |
|
масла |
при |
Л = |
60° С, т) = 0,745 • 10_ 3 |
кгс/м2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
™ |
|
|
|
0,745- ю - 3 |
г п |
с |
|
|
ло |
кгс. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
F |
|
= |
|
|
0,81-ю-з |
5 9 |
' 5 |
и с = 4 8 |
у с |
|
|
|
|
|||||
Для |
воды |
при |
t |
= |
|
50° С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F" = 2,67vc |
|
кгс. |
|
|
|
|
|
||||||
Значения |
|
и р" |
в |
|
зависимости |
от |
vc |
приведены на рис. 104. |
||||||||||||||
34. |
|
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ |
ЗАЩИТА |
КОНТАКТНЫХ |
||||||||||||||||||
|
УПЛОТНЕНИЙ |
|
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ |
ТОРМОЗОВ |
|
|
||||||||||||||||
Рассмотрим работу гидравлических тормозов с частичным отводом жидкости из уплотнений (рис. 105). Давление перед уплотнением обеспечивается значительно меньшее, чем в цилиндре
тормоза. |
Достигается |
это |
следующим |
|
|
|
|
||||
образом: жидкость из цилиндра посту |
|
|
|
|
|||||||
пает через кольцевое отверстие, образо |
|
|
|
|
|||||||
ванное между штоком и регулирующей |
|
|
|
|
|||||||
деталью, |
к |
уплотнениям, |
предназна |
|
|
|
|
||||
ченным для работы при давлении до |
|
|
|
|
|||||||
300 кгс/см2 , |
и далее по соединительному |
Рис. |
105. Схема |
гидравличе |
|||||||
каналу |
попадает |
в |
запоршневую |
по |
|||||||
ского |
тормоза с |
частичным |
|||||||||
лость. |
|
|
|
|
|
|
отводом жидкости |
из полости |
|||
При проходе жидкости из цилиндра |
|
уплотнений |
|||||||||
через кольцевое |
отверстие |
высокое |
да |
|
|
|
|
||||
вление |
понижается |
до давления, |
приемлемого |
для |
сущест |
||||||
вующих |
уплотнений. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Приведем результаты исследований по определению |
давления |
||||||||||
в уплотнении |
и определению гидравлического |
сопротивления |
|||||||||
179
тормоза при применении уплотнений с отводом жидкости и с уче
том утечки жидкости в зазор между поршнем |
и цилиндром. |
В данном случае имеем гидравлическую схему с несколькими |
|
параллельными расходами. |
|
Перепад давления в очке тормоза |
|
Р = - Щ и " - |
(139) |
Перепад давления при проходе жидкости из внутренней по лости штока в замодераториое пространство
A Y „2
где
Перепад давления в отверстиях поршня
Перепад давления при проходе жидкости в зазор между порш нем и цилиндром (при разогретом масле)
Р = ^ & |
(142) |
Перепад давления в очке уплотнения
Перепад давления в соединительном трубопроводе
|
|
|
Рупл-Ра |
= |
^ " 3 , |
|
|
(Н4) |
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р а |
= 0; |
|
|
+ |
|
|
|
|
Обозначения: |
7 — |
плотность |
-жидкости |
в |
тормозе |
в |
кгс/дм3 ; |
|||
g = 9,81 м/с2 ; Ь3 — |
длина соединительного канала ("или трубопро |
|||||||||
вода) в см; d3 — внутренний диаметр трубопровода |
в |
см; и — |
||||||||
скорость протекания |
жидкости |
в |
м/с; |
v — |
скорость |
|
движения |
|||
тормозящихся |
частей в м/с; Sa |
— |
площадь кольцевого |
|
зазора по |
|||||
наружному диаметру клапана модератора обратного хода; А.— коэффициент Дарси.
180
Уравнения |
расхода |
жидкости: |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Auv |
— anvn |
+ |
а2и2 |
- f а4 ы4 ; |
|
(145) |
||
|
|
|
оп "п + Ав° |
= |
аФ° |
+ ах11ь |
|
(146) |
|||
|
|
|
|
|
и3а3 |
= u4 a4 . |
|
|
(147) |
||
Гидравлическое |
сопротивление тормоза при торможении |
||||||||||
|
i|)r |
= |
п [Апр + |
Лв р" — аф р' + |
РвРупл] |
= |
|
||||
п [Аа (р -р") |
+ |
а ф (// - |
р') + |
(Лн -|- Ав - |
Йф) р" + |
FBpyM], |
(148) |
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FB |
= |
fBnldlhl |
ПРуи |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В приведенных |
формулах |
приняты |
следующие обозначения: |
||||||||
а4 — площадь кольцевого отверстия между штоком и регулиру
ющим отверстием уплотнения; |
а3—площадь |
поперечного сече |
|||
ния соединительного канала; |
kt — коэффициент |
сопротивления |
|||
истечению |
в очке уплотнения; |
k3—-коэффициент |
|
сопротивления |
|
истечению |
при проходе жидкости по соединительному каналу. |
||||
Решая совместно уравнения (139)—(147), выразим и3 в зави |
|||||
симости от ах |
и v |
|
|
|
|
(All + |
A B - a t p ) v - a 3 u 3 - ] / |
|
+ |
||
|
|
|
|
|
|
-k,(^-u3f |
= |
k3ul |
(149) |
|
Полученное уравнение |
выражает зависимость и3 от v. |
|
||
Обозначая (~^f") = §> |
уравнение |
(149) приведем к |
виду |
|
С^—СоЛ |
+С3 |
= 0, |
|
|
где обозначено:
7 +
Ц-{Аа |
+ А в |
- Ч |
) - ^ А |
|
|
+ *4' |
|
Е |
а3 |
+ а4 V |
|||||
а |
х |
|
|
а" |
|
||
|
|
|
п |
|
|
|
|
4 И „ + 4 - « Ф ) + ^ - 4 '
181
Откуда
^ С 3 |
±ус22-4с1с3 |
где 'Е = ~ - должно быть больше нуля.
Учтем расход жидкости через полость уплотнений и через за зор между рубашкой поршня и цилиндром в виде поправки к ос новному сечению регулирующего отверстия, вводя понятие при веденного регулирующего отверстия
aXlnP |
= ах + а'х, |
(150) |
где а. приведенное поперечное сечение, учитывающее утечку
жидкости.
Определим значение а'х. Перепады давлений
" ^ n Y 2 ~.Anv — а 2 и а — а 3 » 3
|
|
|
|
(/1Н -f- Ав |
— а ф ) v — а 3 ц 3 — а2и2 |
||
И |
20g |
1 |
2 0 g L |
|
|
|
ах |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
• |
|
,,2 . |
|
|
|
|
|
P = |
W g |
u |
» • |
|
|
|
п |
_ |
*sY |
,.2 |
|
|
|
|
Рупл — |
Щ |
|
" 3 - |
|
Учитывая приведенное регулирующее сечение, имеем
Из уравнений (153) и (156), имеем
A j - M b — О ф \ 2 у 2 _ Г ( Л н + Л п - - а ф ) о — а 2 »2 — а 3 " з п 2
a* +a*
Откуда после преобразований получим
где
С& .
11
* 4 а 3
Л н + Аъ — йф
(151)
(152)
(153)
(154)
(155)
(156)
182
Следовательно,
с ,пР — а х + а х = ах -|- т)аА- = (1 -|- г)) ах. |
(157) |
Основные уравнения, определяющие гидравлическое сопротив ление тормоза, следующие:
п — п" —к"У ( Ли" — а 2 » 2 — Дз^з \ 2 _
Ли |
Сй ( Л н + АВ |
— д ф ) |
и2 |
; |
(158), |
20g а п |
а п |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
(159) |
|
|
|
|
|
(160) |
Гидравлическое сопротивление тормоза при торможении i|>r определяется уравнением (148), разность давлений р"— р' опре деляется уравнением (152).
Глава V I
ЩЕЛЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Сжиженные газы представляют собой легкокипящие жидкости с малой вязкостью, которые в процессе течения в зазоре при наличии притока тепла, например за счет работы сил вязкого трения, претерпевают фазовые превращения, т. е. переходят частично или полностью из жидкого состояния в газообразное, при этом значительно изменяются их свойства, например вязкость и др. Течение сжиженных газов в щелевых уплотнениях является неизученной областью.
35. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЩЕЛЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ДЛЯ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Состояние газов при возможных превращениях определяется термодинамическими диаграммами.
Диаграммы состояния указывают на возможность перехода сжиженных газов в пар при повышении температуры или при изменении давления.
При течении сжиженных газов в микрозазорах в пределах пограничных слоев на величину их расхода большое влияние
оказывают |
работа -силы вязкого трения и тепловые |
явления. |
||
Как известно, напряжения сдвига между слоями протекающей |
||||
жидкости |
определяются выражением |
т = т| - ~ . |
Наибольшего |
|
|
dv |
|
|
|
значения |
т и выделение тепла |
достигают |
вблизи |
стенок, |
образующих кольцевую щель. Поэтому вблизи стенок сжиженные газы скорее могут переходить в пар и поток жидкости в кольцевом зазоре может быть отделен от стенок газовой кольцевой прослой кой, которая будет существенно влиять на расход сжиженных газов.
Можно предположить, что при истечении сжиженных газов возможны следующие случаи:
1) течение в зазоре сжиженных газов при наличии совершен ного охлаждения рабочих металлических поверхностей;
2) течение в зазоре сжиженного газа при наличии паровой прослойки вблизи стенок из-за недостаточного охлаждения дета лей, образующих зазор;
184
3) течение в зазоре пара, в который превращаются сжиженные газы при наличии притока тепла перед входом в уплотнение и
всамом уплотнении.
Сточки зрения величины утечки худшими являются второй и третий случаи, когда через зазор имеет место истечение сжижен ного газа и влажного пара. В этих случаях утечка является наи большей.
36. |
ТОЛЩИНА |
ПОГРАНИЧНОГО с л о я |
В пограничном слое имеет место большое значение градиента |
||
скорости |
и напряжения |
сдвига т. На истечение сжиженного |
газа будут оказывать значительное влияние силы вязкого трения, и поэтому обязательно нужно принимать во внимание действие
этих |
сил и теплопроводности [14] . Отметим |
выражения, опреде |
||
ляющие |
толщину пограничного |
слоя. |
|
|
В случае поступательного движения среды относительно пла |
||||
стинки |
толщина пограничного слоя: |
|
||
при |
ламинарном пограничном |
движении |
согласно исследова |
|
ниям |
Н. С. Аржаникова |
|
|
|
|
|
б л = 5 , 8 ] / ^ ; |
(161) |
|
при |
турбулентном пограничном |
движении |
|
|
где х — расстояние от переднего края пластинки; v0 — скорость набегающего потока; v — коэффициент кинематической вязкости.
По Блазиусу для ламинарного пограничного слоя [1]
где Re = - ^ _ .
Для турбулентного пограничного слоя
б т = 0,371 |
. |
При вращательном движении диска для ламинарного погра ничного слоя [44, 23]
185