диплом теор

Заменитель
сталь 40Х13
Вид поставки
Круг 30х13, лист 30х13, лента 30х13, сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Лента ГОСТ 4986-79. Проволока ГОСТ 18143-72. Полоса ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 25054-81.
Назначение
режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450°С.
Химический элемент					%
Кремний (Si), не более					0.8
Марганец (Mn), не более					0.8
Медь (Cu), не более					0.30
Никель (Ni), не более					0.6
Сера (S), не более					0.025
Титан (Ti), не более					0.2
Углерод (C)					0.26-0.35
Фосфор (P), не более					0.030
Хром (Cr)					12.0-14.0
Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %		ψ, %	KCU, Дж/м2	HB	HRCэ
Закалка 950-1020°С, масло. Отпуск 200-300°С, воздух или масло	Образцы								50
Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность	1-30		530-780	12
Поковки. Закалка 1000-1050°С, масло Отпуск 700-750°С, воздух.	<1000	588	735	14		40	29	235-277
Проволока термообработанная	1-6		490-830	12

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания,°C	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Прокат. Нормализация 1000°С, воздух. Отпуск 650°С, 2-3 ч.
20	700	940	16	52	54
200	660	820	14	58	127
300	630	770	13	53	122
400	570	710	13	53	157
500	530	610	14	55	162
600	410	450	21	81	157
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, деформированный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
800	77	89	67	98
900	93	130	82	82
1000	50	76	70	97
1100	37	43	71	98
1200	26	29	74	98

Механические свойства в зависимости от тепловой выдержки

Термообработка, состояние поставки	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	KCU, Дж/м2
Прутки при 20°С. Закалка 1000°С, воздух. Отпуск 650°С, воздух.
Тепловая выдержка 550°С, 3000 ч	670	860	16	44
Тепловая выдержка 600°С, 3000 ч	620	800	20	50
Тепловая выдержка 550°С, 7000 ч	610	800	18	49
Тепловая выдержка 600°С, 10000 ч	420-450	670	23-26

Механические свойства при испытании на длительную прочность

Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести, %/ч	t испытания,°С	Предел длительной прочности, МПа	Длит. испытания, ч		t испытания, ч
131	1/100000	400
82	1/100000	450
Температура ковки
Начала 1250, конца 850. Сечения до 400 мм подвергаются низкотемпературному отжигу с одним переохлаждением.
Свариваемость
не применяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием
В закаленном и отпущенном состоянии при НВ 241 и σB = 730 МПа Kυ тв.спл. = 0,70, Kυ б.ст. = 0,45.
Склонность к отпускной способности
малосклонна
Флокеночувствительность
не чувствительна
Критическая точка					°С
Ac1					810
Ac3					860
Ar3					660
Ar1					710
Mn					240

Предел выносливости стали 30Х13

σ-1, МПа	n
372	1Е+7

Коррозийнные свойства стали 30Х13

Среда	Температура испытания,°С	Длительность испытания, ч	Глубина, мм/год
Морская вода	100	93	0,01
63,4 % раствор H2SO4	15	24	2,1
Пар-воздух	100	50	0,018

Физические свойства стали 30Х13

Температура испытания,°С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	216	212	206	196	187	177	166
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	86	84	81	77	74	69	64
Плотность стали, pn, кг/м3	7670	7650	7620	7600	7570	7540	7510	7480	7450	7460
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)		26	27	28	28	27	27	27	25	27
Уд. электросопротивление (p, НОм · м)	522	595	684	769	858	935	1015	1099
Температура испытания,°С	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	10.2	10.9	11.1	11.7	12.0	12.3	12.5	12.6	10.6	12.2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С))	473	486	504	525	532	586	641	679	691	682

Плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения имеет на внутренней поверхности участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками. Канавки выполнены со стороны уплотнительной полости и сообщены с ней. Кольцо имеет гладкий участок. Канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала. Между участком с наклонными канавками и выходной кромкой кольца выполнена кольцевая канавка. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, например турбомашиностроению, и касается герметизации газовых полостей в местах выхода валов при помощи плавающих колец.

Известны уплотнения вращающихся валов турбокомпрессоров радиально-щелевого типа с плавающими кольцами, имеющие кольцевые канавки на внутренней поверхности и подвод затворной жидкости. [1].

Недостатком этих уплотнений является недостаточная герметичность уплотнения, коксование затворной жидкости (масла) в уплотнительном зазоре, внедрение абразивных частиц в материал плавающего уплотнительного кольца, что приводит к износу вала и выходу уплотнения из строя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение [2], содержащее установленное на вращающемся валу плавающее кольцо зафиксированное от вращения в корпусе и имеющее на внутренней поверхности микроканавки, сообщенные с уплотнительной полостью и расположенные под углом к входной кромке кольца.

Недостатком такого уплотнения является повышенная утечка затворной жидкости и износ вала абразивными частицами, внедряющимися в уплотнительное кольцо. Недостатки обусловлены тем, что канавки, выполненные на внутренней стороне уплотнительного кольца, расположены под острым углом к входной кромке кольца и направлены в сторону, противоположную вращению вала. Затворная жидкость, стремящаяся к вращению вместе с валом, взаимодействует с канавками и благодаря их наклону в зазоре возникает нагнетательный эффект, повышающий перепад давления в уплотнении, а также сепарирование абразивных частиц в канавках и перемещение их внутрь кольца, где они скапливаются, внедряются в материал втулки и образуют задиры вала.

Задачей создания изобретения является разработка конструкции кольца, позволяющей уменьшить утечки затворной жидкости, повысить эффективность уплотнения за счет уменьшения износа плавающих колец и шейки вала.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом (плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения, на внутренней поверхности которого имеется участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками, выполненными со стороны уплотнительной полости и сообщенные с ней, и гладкий участок) и существенных отличительных признаков (канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала, причем между участком с наклонными канавками и выходной кромкой уплотнительного кольца выполнена кольцевая канавка).

Вышеуказанная совокупность существенных признаков позволяет увеличить ресурс работы уплотнительного кольца примерно в 2 раза за счет уменьшения закоксовывания масла (затворной жидкости) из-за локализации зоны контактов масла и газа, а также из-за удаления абразивных частиц из зазора; уменьшить утечки затворной жидкости в газовую полость.

На фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнения вала турбокомпрессора, на фиг 2 - вид А на фиг. 1.

Уплотнение вала, например, турбокомпрессора содержит корпус 1 с запрессованным штифтом 2, фиксирующим от поворота кольцо 3, установленное на вращающемся валу 4. На внутренней поверхности кольца 3 со стороны уплотнительной полости 5 равномерно по периметру выполнены канавки 6, сообщенные с уплотнительной полостью 5.

При этом канавки ориентированы под острым углом (предпочтительно 5-30^o) к входной кроме 7 кольца 3 в направлении вращения вала.

Между участком, охватываемым наклонными канавками и выходной кромкой уплотнительного кольца, расположена кольцевая канавка 8.

Плавающее уплотнительное кольцо работает следующим образом.

Под действием перепада давления затворная жидкость из уплотнительной полости проходит по зазору между валом 4 и кольцом 3, зафиксированным от вращения штифтом 2, запрессованным в корпусе 1. Наклонные канавки 6, выполненные на внутренней поверхности кольца 3, сообщенные с уплотнительной полостью 5, взаимодействуя с валом 4, образуют зону уплотнения, при этом разбивают ее на два участка.

На участке, охватываемом наклонными канавками, осуществляется надежная смазка уплотняемой поверхности за счет циркуляции жидкости по канавкам 6.

В то же время благодаря их наклонной ориентировке под острым углом по направлению вращения вала 4 жидкость, находящаяся в зазоре и стремящаяся к вращению вместе с валом, получает составляющую, направленную против потока затворной жидкости, что снижает ее утечки и повышает качество уплотнения.

Абразивные частицы, находящиеся в любой затворной жидкости, попадая в уплотняющий зазор, сепарируются в канавках 6 и благодаря из наклону в сторону вращения выводятся из зазора, вследствие чего устраняется шаржирование рабочей поверхности кольца 2 и, как следствие, износ вала 4.

Наличие наклонных канавок 6 на внутренней поверхности кольца 3 препятствует вращению затворной жидкости в зазоре, чреватому ее перегревом, потерей ею смазывающих свойств, коксованием, что уменьшает вероятность задира уплотнительных колец 3 и вала 4.

Наличие на части уплотнительного кольца 3 равномерно по периметру расположенных канавок 6 позволяет гарантировать подвод затворной жидкости для смазки в уплотняющий зазор гладкого участка уплотнительного кольца, благодаря чему возможно общее уменьшение зазора в уплотняющей паре и, как следствие, повышение качества уплотнения и ресурса.

Кольцевая канавка 8, выполненная на гладком участке кольца 6, собирает прошедшую по зазору затворную жидкость и образует по периметру вала уплотняющую пленку затворной жидкости, препятствующую прорыву газа в полость затворной жидкости.

Величина гладкой части уплотнительного кольца 3 определяет утечки затворной жидкости.

Кольцевая канавка 8 локализует зону воздействия коксообразующих частиц или других веществ, имеющихся в сжимаемой среде или образующихся от контакта горячей затворной жидкости (масла) и сжимаемой среды.

Предлагаемая конструкция уплотнительного кольца позволяет увеличить в 2 раза межремонтный цикл уплотнения и повысить качество продукта за счет уменьшения содержания масла, например, для установок по производству аммиака.

Формула изобретения

Плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения, на внутренней поверхности которого имеется участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками, выполненными со стороны уплотнительной полости и сообщенными с ней, и гладкий участок, отличающееся тем, что канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала, причем между участком с наклонными канавками и выходной кромкой кольца выполнена кольцевая канавка.

Распознанный текст

Класс 18с, 2зт ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписная группа М б8 В. ф. Лысенко, Е. И. Натанзон, А, С. Кадяева и Г. М, Тельнов СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ КОЛЬЦА ИЛИ ВТУЛКИ

Заявлено 15 мая 1959 г. за № 62815022 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 13 за 1961 г. Известны способы термической обработки изделий с применением токарных станков с устройством на них индуктора для закалки деталей. Особенность описываемого способа заключается в том, что термическую обработку колец и втулок осуществляют непосредственно на токарном автомате с помощью токов повышенной и высокой частоты до отрезки деталей от трубы или прутка, причем совмещение механической и термической обработки не снижает производительности. Такое совмещение обработки достигается путем подбора кулачков, их соответствующей расстановки на распределительном валу и наладки автомата, Такой способ сокращает производственный цикл изготовления изделий и уменьшает производственные площади. Для осуществления описываемого способа на продольном суппорте автомата (см. чертеж) неподвижно закреплен малогабаритный трансформатор 1 с индуктором 2, а для охлаждения детали и инструмента используется спреер с конденсаторной батареей 8, смонтированной в верхней передней части станка. Когда обматываемая деталь 4 занимает позицию отрезки, трансформатор 1 и индуктор автоматически подаются вперед. Деталь входит в индуктор и производятся ее нагрев и охлаждение. Нагретую деталь и режущий инструмент охлаждают эмульсией, залитой в систему охлаждения станка. Затем трансформатор с индуктором возвращаются в исходное положение, производятся отрезка детали и подача прутка или трубы до упора. Закалку деталей как поверхностную, так и объемную осуществляют с уменьшением длины закаленного слоя на 1 — 2, цм со стороны обрезаемого края. Предмет изобретения Способ термоооработки кольца или втулки при помощи индуктора токов высокой частоты и спреера для охлаждения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения изготовления кольца или втулки, изделие подвергается нагреву и охлаждению непосредственно на токарном автомате до отрезки от трубы или прутка.