Файл: Макаров Г.В. Уплотнительные устройства.pdf

3. ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ НАДЕЖНОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ И РАБОТЫ УПЛОТНЕНИЙ

Для правильного проектирования контактных уплотнительных устройств очень важно определить условия, при которых обеспечивается надежная герметизация полостей. Надежную гер­ метизацию как в состоянии покоя, так и при движении обеспечи­ вают только контактные уплотнения.

При применении контактных уплотнительных устройств мяг­ кие уплотняющие детали (резина, пластмасса и др.) должны плотно прилегать к сопряженным с ними деталям соединения за счет предварительного поджатия и поджатия рабочим давлением жид­ кости, входить во все микронеровности механической обработки и не допускать при движении зазора, по которому могла бы проис­ ходить утечка жидкости или газа.

В случае применения металлических контактных уплотняющих деталей (торцовые уплотнения, металлические манжеты, металли­ ческие сальники и т. д.) под действием предварительного поджа­ тия и давления запираемой жидкости уплотняющие детали также должны прижиматься к деталям соединения и по возможности упруго деформировать неровности сопрягаемых поверхностей, уменьшая при этом величину возможных зазоров.

Если зазор в соединении двух деталей будет очень мал, то воз­ никающее за счет-молекулярного сцепления поверхностное натя­ жение слоя жидкости между двумя деталями, препятствующее утечке жидкости, должно быть больше давления рабочей жидко­ сти. Величина поверхностного натяжения зависит от физико-меха­ нического состояния как уплотняемой среды, так и уплотняющего элемента (смачиваемость поверхностей, взаимодействие между молекулами протекающей среды и уплотняющих поверхностей, вязкость жидкости и др.).

Условие отсутствия утечки жидкости через зазор в этом случае p — pa^Aps,

где р — давление рабочей жидкости; рв — давление в смежной области; Aps — потери давления на преодоление сил поверх­ ностного натяжения слоя жидкости.

Так как величина Aps даже для очень малых зазоров незначи­ тельна, то практически для обеспечения герметичности необхо­ димо на всем пути перемещения иметь зазор, равный нулю.

Как показывает опыт, для запирания жидкости или сжатого газа под давлением, а также при отсутствии избыточного давле­

Это поджатие должно обеспечивать отсутствие зазоров в соедине­

7

Все контактные уплотнптельные устройства должны устанавли­ ваться на место с предварительным поджатнем на запираемых поверхностях.

При работе агрегата уплотняющий элемент под действием дав­ ления среды не должен стремиться отходить от деталей уплотня­ емого соединения: с увеличением рабочего давления должно уве­ личиваться поджатие уплотняющего элемента. Уплотнение должно обладать свойствами самоуплотнения, т. е. должно быть обеспе­ чено условие

больше ее.

Если удельное давление рг будет превышать рабочее давление запираемой среды р, то в этом случае под давлением жидкости произойдет автоматическое ее самозапирание, даже если бы имела место потеря предварительного поджатия, например, за счет износа. Поэтому при проектировании гидравлических устройств для повышения надежности действия уплотнений стремятся обес­ печивать условие, проверенное практикой, рг >> р. Там, где оно обеспечивается, уплотнение работает более надежно, утечка жидкости при работе меньше.

Величина отношения давлений на запирающих поверхностях применяемых уплотнений характеризуется следующими данными:

2) резиновые кольца, запирающие жидкость, работают при наличии отношения давления -у- « 0,8;

3) сальниковые дифференциальные уплотнения с плавающим стержнем, применяемые в запорных вентилях, запирают сжатый воздух под давлением до 140 кгс/см2 без применения жидкости

при наличии отношения давлений -у- « 1,2.

Необходимая величина поджатия р0 для запирания жидкости при отсутствии давления определяется следующей приближенной зависимостью:

где А, т — постоянные величины; / — длина контакта уплотня­ ющей детали на поверхности запирания.

Для масла АМГ при I = 0,2ч-2 см, согласно опытам Ю. А. Но­ сова [54], получено при t — 25° С т — 0,8 и А ;= 0,565При t —

— —60° С необходимое значение р0 увеличивается в два—четыре раза (по сравнению с применяемыми уплотнениями эти данные

8

Глава II

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ

СВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Внастоящей главе рассматриваются контактные уплотнитель­ ные устройства, применяемые для герметизации соединений, имеющих относительное'возвратно-поступательное движение дета­ лей (штоков, поршней, цилиндров).

Другие разновидности, например щелевые, гидродинамические с деформируемой втулкой, которые могут быть использованы как для соединений, имеющих относительное возвратно-поступатель­ ное движение, так и для соединений с вращательным движением деталей, будут рассмотрены отдельно.

4. КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ РАЗНОВИДНОСТЕЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ

СВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

По принципу действия уплотнительные устройства подразде­ ляются на контактные и бесконтактные.

Кконтактным уплотнительньш устройствам относятся: коль­ цевые, манжетные, сальниковые, дифференциальные.

Кбесконтактным уплотнительньш устройствам—щелевые и сильфонные. Щелевые уплотнения ограничивают вытекание жидкости за счет гидравлического сопротивления при протекании

вмалом зазоре. Щелевые уплотнения подразделяются на простые щелевые, лабиринтные и с деформируемой втулкой. В сильфонных уплотнениях соединение изолируется за счет пайки (или другого закрепления) концов деформируемого гофрированного уплотнительного элемента.

По материалам уплотняющих деталей уплотнительные устрой­ ства разделяются на следующие:

а) неметаллические (резиновые, пластмассовые, графитовые, пеньковые, асбестовые и др.);

б) металлические (стальные, чугунные, бронзовые, медные, алюминиевые и др.).

По продолжительности работы: работающие длительно, на­

Ю

Упомянутые выше уплотняющие детали применяются как по от­ дельности, так и в различных сочетаниях, в зависимости от усло­ вий их работы и принятого конструктивного решения.

Рассмотрим особенности отдельных уплотнений, а также обоб­ щенные опытные данные по величине утечки жидкости, долговеч­ ности уплотнений и потерям энергии при работе.

5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ НА УПЛОТНЯЮЩИХ

ПОВЕРХНОСТЯХ ПРИ СБОРКЕ

Мягкие уплотняющие детали контактных уплотнений (уплотнительные кольца, манжеты и др.) устанавливаются в гидравличе­ ские агрегаты с натягом. При этом на запирающих поверхностях создается предварительное удельное давление.

Как показывают эксперименты, величина предварительного удельного давления оказывает существенное влияние на величину утечки жидкости через соединение при работе, а также на вели­ чину сил трения в уплотнениях, а следовательно, на их долговеч­

Роа~ К (е'«+ (2r2+1)tf+**)-*»i J' ( )

и