книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

Удельные давления, возникающие на рабочих поверхностях манжет при запирании жидкости

1. Запирание жидкости между штоком и внутренней лопастью манжеты. Задача аналогична рассмотренному выше случаю пове­ дения уплотнительных колец, находящихся под давлением жидко­ сти, действующим в осевом и радиальном направлениях. Диапазон

Для запирания жидкости наружной лопастью необходимо пред­ варительное упругое обжатие манжеты при сборке за счет наличия конического раструба, превышающего диаметр гнезда под ман­ жету.

Запирание наружной лопастью обеспечивается главным обра­ зом за счет острой запирающей кромки.

Для повышения надежности работы манжеты целесообразно использовать ее при наличии движения штоков и поршней по вну­ тренней лопасти. Для применяемых манжет по -внутренней ло­

Указанные выводы сделаны для состояния покоя без учета влияния сил трения при движении. Если сила трения сжимает лопасть, то надежность действия повышается, если сила трения

20

растягивает лопасть, то надежность действия лопасти понижается. Примерное распределение давления на запирающих поверхностях манжеты d X D = 80 X ПО в состоянии покоя при р = =300 кгс/см2 показано на рис. 7.

Разрушение манжет

Выход из строя манжет происходит по причинам усталостного разрушения рабочей лопасти в месте перехода ее в опорную часть или износа запирающей кромки. Это разрушение связано с дей­ ствием сил трения и переменой их направления. Можно считать, что разрушение наступает в результате накопления повреждений и усталостных явлений в резине.

.Разрушение.манжет начинается с постепенного отрыва (выщи­ пывания) небольших частиц резины, выдавливаемой в зазор, затем повреждение увеличивается — распространяется вглубь лопасти и заканчивается прорывом масла через образовавшееся отверстие.

21

Необходимо отметить очень полезное влияние на срок службы * утолщения опорной части манжеты, а также применения фторо­ пластовых шайб, подкладываемых под опорную часть манжеты. Фторопласт заполняет зазор между поршнем и цилиндром на пути выдавливания манжеты и предохраняет ее от разрушения.

Как только фторопластовое кольцо разрушится, начинается раз­ рушение манжеты.

Влияние фторопластовых колец характеризуется следующими *У опытными данными: срок службы манжет (ГОСТ 6969—54) до раз­

такой же манжеты при применении фторопластовых защитных шайб толщиной 3 мм при тех же условиях работы был 34 ч или 102 000 циклов.

Утечка жидкости при применении защитных шайб увеличи­ лась, а нагрев агрегата — заметно снизился.

Некоторые направления усовершенствования манжетных уплотнений.

Наряду с хорошей герметизирующей способностью резиновые манжетные уплотнения обладают и некоторыми недостатками, например малой долговечностью при высоких давлениях, прили­

При низких температурах (ниже —20° С) резина затвердевает и при движении поршня начинается утечка жидкости. При нагреве свыше 120—140° С резина также теряет упругие свойства, стано­ вится пластичной.

К настоящему времени выявились следующие вероятные пути усовершенствования манжетных уплотнений:

1) выработка рациональной формы манжет с усиленной опор­ ной частью;

2)повышение долговечности за счет применения новых более прочных материалов, введения защитных колец из фторопласта;

3)создание новых марок резины, обеспечивающих надежную работу при отрицательных температурах;

4)'создание манжет со специальным наружным покрытием, предохраняющим от прилипания к металлическим деталям при отсутствии движения штоков и поршней.

Повышение долговечности манжетных уплотнений возможно как за счет применения резины с упрочняющей тканевой основой, так и за счет внедрения новых материалов, например фторопласта, капрона и др.

Применение манжетных уплотнений с отводом жидкости из по­ лости уплотнений облегчает условия работы внешней части уплот­ нения, благодаря чему уменьшается утечка жидкости наружу при работе и увеличивается долговечность уплотнений.

2.2

8, ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

В дифференциальных уплотнениях используется принцип не­ компенсированных площадей.

Дифференциальным называется такое уплотнение, в котором благодаря его особенностям на уплотняющих поверхностях со­ здается давление, превышающее давление уплотняемой среды. Причем перепад давлений может выбираться по желанию кон­ структора.

Это уплотнение имеет плавающее тело (стержень, кольцо), с одной стороны которого на большую площадь оказывает давле­ ние запираемая среда, выталкивающая его, а с другой стороны это усилие воспринимается уплотнением, имеющим меньшую площадь. За счет разности упомянутых площадей и создается давление в уплотнении, превышающее давление запираемой среды. Соотношение площадей подбирается таким образом, чтобы раз­ ность давлений не была очень малой во избежание утечек и очень высокой во избежание появления больших сил трения.

Дифференциальное уплотнение предназначается для тех слу­

Область применения уплотнений, исходя из давления запи­ раемой среды и скорости перемещения, определяется прочностью деталей и долговечностью уплотнений, а в случае применения сальников — выдавливанием пропитки под нагрузкой, особенно при нагреве. Чем выше давление, тем надежнее герметизация жидкости дифференциальным уплотнением. При малых давлениях запираемой среды, примерно до 10 кгс/см2 , принцип дифферен­ циальное™ проявляется менее резко и уплотнение работает почти как обычный сальник.

Для нормальной работы уплотнений должны быть обеспечены некоторые условия, например:

1)определенное отношение площади, на которую передается давление жидкости, к площади поперечного сечения уплотнительного элемента;

2)свободное относительное движение деталей уплотнения;

3)отсутствие выдавливания уплотнения в зазоры и заклини­ вания подвижных деталей;

4)свободный отвод жидкости в атмосферу, если бы она про­ никла через уплотнение в начале работы.

Различают дифференциальное уплотнение с плавающим стерж­ нем и плавающим кольцом. В качестве материала для уплотнений применяют резиновые кольца с защитными фторопластовыми шайбами, пропитанный пеньковый или асбестовый сальник и др.

23

Дифференциальное уплотнение с плавающим стержнем

Изменение давления по длине уплотнения

где k = — — коэффициент ради-

Рг

ального давления.

Минимальное значение отношения -g- имеем:

где N

24

Корень со знаком минус не имеет смысла, так как отношение будет отрицательное.

в неподвижных соединениях и при небольших скоростях враще­ ния, например в запорных вентилях (ГОСТ 4340—68—-4361—68).

Дифференциальное уплотнение с плавающим кольцом

где pz — осевое давление в уплотнении. Знак плюс у диаметров d и D соответствует трению при движении, повышающему контакт­ ное давление в уплотнении, знак минус — лонижающему. Прини­ маем у диаметров d и D знак минус. '

25

НО

Следовательно,

Без учета сил трения должно быть

Следовательно, -~- <• £ « 0,67. '

Для надежной работы этого уплотнения при отклонениях раз­ меров уплотнительных колец в пределах допусков на изготовление предусматривается сообщение между собою уплотнительных поло­ стей для выравнивания в них давлений. Несоблюдение этого тре­ бования не обеспечивает надежности герметизации.

Во избежание выдавливания набивки в зазоры должны преду­ сматриваться фторопластовые прокладки. При отсутствии про­ кладок относительное перемещение металлических колец затруд­ няется и уплотнение может выйти из строя.

Одностороннее дифференциальное уплотнение с плавающим кольцом

На рис. 12 представлено одностороннее дифференциальное уплотнение поршня и штока. В этих уплотнениях неподвижное соединение уплотняется резиновым кольцом, поставленным с на­ тягом; в подвижном соединении применяется одностороннее диф­ ференциальное уплотнение с защитными кольцами от выдавлива­ ния резины в зазор.

Определим размеры уплотнения, обеспечивающие надежную герметизацию соединения.

Условие равновесия плавающего кольца поршня

P S = Ti + т2 + т3 + Pis,у

27

по длине кольца. Подставляем значения составляющих в урав­

Рис. 12. Дифференциальное уплотнение (одностороннее) поршня и штока:

28

пускается заклинивание подвижных втулок при возможных коле­ баниях температуры. Перекосы при сборке (в пределах допусков) могут неблагоприятно влиять на надежность герметизации.

10—20 кгс/см2 .

Применение слабых пружин вследствие наличия некоторой жесткости сальника эффекта не дает.

Сальники, подпружиненные со стороны давления, способны надежно запирать повышенные давления. Сальники неподпружиненные требуют частой подтяжки и допускают некоторую утечку жидкости или газа. Изменение объема набивки при понижении температуры за счет вытекания пропитки при нагреве вызывает утечку уплотняемой жидкости.

29