5.1. Уплотнения поршня без подачи смазки

5.1.1. Уплотнения с зазором

Конструкция

Отличительная особенность этого принципа уплотнения заключается в том, что поршень, покрытый канавками-лабиринтами, перемещается в цилиндре, не касаясь стенок. Газ под давлением протекает по зазору-щели с большой скоростью. Развиваемая при этом кинетическая энергия вследствие торможения

95

потока в канавках переходит в тепловую. Таким образом, происходит

ступенчатое дросселирование газа от давления в цилиндре до давления за

поршнем (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Эскиз лабиринтного уплотнения поршня (первый патент)

На рисунке 5.2 представлены примеры различных профилей канавок,

выполненные на поршне (фирма “Зульцер” Швейцария).

Рис. 5.2. Профили канавок-лабиринтов поршня

Расчетные формулы

- наиболее распространенной формулой для расчета утечек является формула

Стодола:

1 1

2

2

2

1

1

( )

zPV

g P P

G f





,

96

где G – массовый расход газа в единицу времени; f – живое сечение кольцевой

щели; Р1 и V1 – начальное давление и удельный объем газа;

Р2 – противодавление; z – число щелей; – коэффициент расхода,

учитывающий несоответствие фактического расхода расчетному в зависимости

от профиля лабиринта.

- для случая, когда имеет место критическое истечение, а оно при равных

размерах щелей возникает в последнем лабиринте, формула принимает вид:

1

1

2 2

2

2

1

1

1

V

P

x

g

z

g

G f











,

1

2

1

2 1

1

















k

k

g

k

x

k

,

где 2 – коэффициент истечения из последней щели; k – показатель адиабаты.

При расчете лабиринтного уплотнения важно знать, возникает ли в конце

лабиринта критическая скорость газа. Для воздуха для расчета критического

давления для всего лабиринта можно использовать формулу:

2

1

2 2

2

1 1 ( 1)

0,528





x z g

g

P P K 



.

Формула Стодола выведена из предположения, что вся кинетическая энергия

потока вследствие торможения в лабиринтах переходит в тепловую. Это в

значительной степени справедливо для ступенчатых лабиринтов (лабиринтов в

полном смысле слова), в которых гребешки перекрывают сквозной проход для

газа (рис. 5.1).

В поршневом уплотнении, где всегда имеется сквозная щель (зазор

«поршень-цилиндр»), только часть потока затормаживается в канавках на

поршне. Такое уплотнение правильнее было назвать «лабиринтным зазором»

(рис. 5.2), в отличие от «гладкого зазора» (щели) и лабиринта.

97

Оно требует своих поправочных коэффициентов для расчета утечки,

отражающих специфику работы уплотнения при возвратно-поступательном

движении.

Канищев А. Т., например, рекомендует рассчитывать поршневые

лабиринтные уплотнения тормозных механизмов по обычным формулам

истечения. В частности, для расчета коэффициентов расхода он предлагает

следующие эмпирические формулы:

- для гладкого зазора

n

L

A















,

20,8 0,36 0,03 , 2 A D Д

2 n 0,159 0,04D0,0005Д

где – коэффициент расхода; L – длина поршня; - радиальный зазор;

D - диаметр цилиндра;

- для лабиринтного зазора

lg 3





D

kx B



,

,

L

T

x 

где T – шаг лабиринтных канавок; k=0,1; B=0,175 – постоянные коэффициенты.

Рекомендации