ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2024
Просмотров: 244
Скачиваний: 8
где Dlt d1 — соответственно наружный и внутренний диаметры уплотнительного кольца; D2, d2 — соответственно наружный и внутренний диаметры опорного кольца. Обычно d2 = dx.
Продольное сечение колец, имеющее ступенчатый вид, прибли женно заменяется цилцндром одного диаметра.
Коэффициенты теплопередачи для уплотнительного и опор ного колец Кг и А,а могут быть не равны.
Учитывая эти особенности, можно написать:
Qi |
= |
^iS1tn1A1 |
(tmax— |
tx); |
0.2 |
~ |
^2^ 2tlt2A |
2 (^max |
4)> |
Рис. 65. Схема распределения теплового потока в тор цовом уплотнении:
/ — опорное кольцо; 2 — уплотннтелыюе кольцо
где
Г |
f Л202 |
Если опорное кольцо соприкасается с жидкостью, то
При соприкосновении опорного кольца с воздухом по наруж ной и внутренней поверхностям
U2 = я (D„ + d2).
При омывании уплотнительного кольца жидкостью по наруж ной и частично по внутренней поверхностям
иг = я (D1 + cdx),
где с коэффициент, учитывающий, какая часть внутренней поверхности омывается жидкостью, c « S l .
Уравнение теплового баланса при этом примет вид
Q = Qi + Q2 = KSxtn^ (tmax — у + KS3m2A2(tmax |
— g . |
117
Из этого уравнения максимальная температура в месте кон
такта уплотнительного |
и опорного |
|
колец |
будет |
равна |
|
|
||||||||||||
В выражениях А х и Л2 без отдельного учета теплоотдачи с тор |
|||||||||||||||||||
цов |
вместо |
|
необходимо ввести |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Количество тепла, выделяющегося в уплотнении в единицу |
|||||||||||||||||||
времени, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
D = |
Мхсо 3462°7° |
ккал/ч, |
|
|
|
|
|
||||||
где |
Мт ; — момент |
сил |
трения; |
со — |
угловая |
скорость вращения |
|||||||||||||
вала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя значение Q, получим |
выражение |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
• fp'v |
^ |
ЗбОоадс р |
^ « |
( W |
' |
A |
+ |
№ М 2 |
) |
- . |
|
|
|||||
где |
У — скорость вала в~м/с; р' — давление в кгс/см2 ; SK |
— |
пло |
||||||||||||||||
щадь в см2 ; |
г — |
радиус |
вала |
в |
см; |
tmax |
= |
^о п |
— |
температура, |
|||||||||
соответствующая |
разрушению |
жидкостной |
пленки |
в уплотняе |
|||||||||||||||
мом |
соединении. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Температура жидкости, равная температуре агрегата при |
|||||||||||||||||||
установившемся |
тепловом |
режиме, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
' ж |
' в |
S a a , |
(1 |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
где |
5 а |
— |
поверхность |
агрегата, с |
|
которой |
производится отдача |
||||||||||||
тепла |
в окружающую |
среду. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Тогда |
для случая, когда в жидкости |
находится одно |
уплотни- |
||||||||||||||||
тельное кольцо, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
, |
|
, |
_ |
427г |
|
|
|
|
|
|
|
|
(*тах - |
*»). |
|
(98) |
|
|
|
fp'v |
- |
|
|
|
%1Slm1A1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
3 6 0 0 S K # C p : |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
~*~ |
|
( 1 + Ч>) |
|
|
|
|
|
|
|||
Если |
в |
|
жидкости |
находятся |
обе |
детали — |
уплотнительное |
||||||||||||
и опорное |
кольцо, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
l p |
V |
^ |
3 6 0 0 S K i ? c p |
|
^ / H |
H I |
+ |
W |
|
A |
1 ' т |
а х |
'»>• |
^ J > |
|||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
• a / S a |
( l |
+ |
il>) |
|
|
|
|
|
|
||
Как в'идно из уравнений (98) и (99), для улучшения теплового режима торцовых уплотнений целесообразно иметь материалы опорного и уплотнительного колец, у которых больше коэффи циенты теплопроводности А,! и .Я 2 и предельная температура нэ п а
грева |
/ ш а х = |
|
/ о п , |
а также |
увеличивать |
сечения 5 Х |
и S2, |
по кото |
||
рым |
передается |
тепло. |
|
|
|
|
|
|
||
Желательно иметь большие поверхности и коэффициенты |
||||||||||
теплоотдачи |
Sa, |
а(, а в , а ж . |
исследований |
на"" примере. |
||||||
Поясним |
полученные |
результаты |
||||||||
Исходные |
данные: D i = D 2 = D — 0,085 м; |
dx |
= |
0,075 |
м; |
|||||
5х |
|
|
|
(0.0852 — 0.0752 ) |
= 12,566-10- |
|
d |
= |
||
= 0,070 м; |
1г |
= |
0,045 м; |
12 = 0,018 м; ^ = 55 |
ккал/(м-ч-град) |
|||||
|
|
|
|
|
|
t,' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
р'.кгс/см2 |
|
|
|
fp'u, кгс n/fcnc) |
|
|
|
|
|
|
300 г |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
fp'u |
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
?00 |
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
/00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О
10 |
15 V,M/C |
I
Рис. 66. Зависимость среднего |
предельного |
Рис. 67. Распределение темпе |
||||||||
давления в торцовом |
уплотнении |
и предель |
ратуры |
по |
длине |
торцового |
||||
ных значений fpr |
v от скорости вала |
уплотнения |
при |
максимальной |
||||||
|
|
|
местной температуре |
300° С: |
||||||
|
|
|
/ — |
о = |
0,16 |
м/с; 2 |
— |
о = 16 |
м/с |
|
для бронзы; %1 = 90 ккал/(м-ч-град) |
для |
латуни; |
Х2 |
= |
||||||
= 43 ккал/(м-ч-град) для |
стали; гр = |
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Считаем, что |
в жидкости находятся |
оба |
кольца — |
|
опорное |
|||||
и уплотнительное. Жидкость — масло |
веретенное 2. |
Результаты |
||||||||
вычислений представлены на графиках (рис. 66—69). |
|
|
|
|
||||||
На рис. 66 изображена |
кривая зависимости среднего |
предель |
||||||||
ного давления в торцовом уплотнении от скорости вала при макси
мальном |
местном |
нагреве |
^ m a x = ton до 300° С. Коэффициент |
трения |
принят / = |
0,12. Материал опорного кольца-— сталь, |
|
уплотнительного — |
латунь. |
|
|
Из этой кривой следует, что при малых скоростях вала давле ние жидкости, допускаемое из условий местного нагрева, является значительным. Этот график представляет интерес для проектиро вания торцовых уплотнений.
На рис. 67 представлено изменение температуры подлине уплот нений при максимальном местном разогреве и установившемся
119
тепловом режиме при различных скоростях вращения вала. Мате
риал опорного |
кольца •— сталь, |
уплотнительного — латунь. |
|||
л on |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
SO г— |
|||||
|
|
8 ивапа.м/с |
О ?70 |
1350 |
П.оЩкин 2700 |
Рис. 68. График изменения |
предельных (опасных) |
давлений жидкости для тор |
цовых уплотнений в зависимости от скорости вала при различных парах трения:
/ — графнтобаббнт АГ-1500-Б83 — закаленная сталь; 2 — железомедеграфнт — зака ленная сталь; 3 — бронза Бр. АЖ9-4 — закаленная сталь; 4 — бронза — закаленная сталь, разгруженное уплотнение, коэффициент разгрузки уплотнении k 0,76. Ширина
рабочего |
пояска Ь = |
4 мм, £>с р = 72 мм; 5 — бронза — закаленная сталь, неразгру |
|||||||||
женное уплотнение, k = 1,618; DrTIср = |
75,5 мм. Масло веретенное АУ. Диаметр вала 70 мм |
||||||||||
|
|
|
ад г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то |
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
л wo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п-1900 |
г |
у |
|
|
3'' |
|
|
|
|
|
20 |
|
^ - - ^ |
|
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
•7 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
10 |
/3000 |
|
|
п-300 |
|
|
||
|
|
|
|
Ьч |
|
|
|
7 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
10 |
20 |
|
30 |
50 |
бОр.т/сп1 |
|
|
Рис. |
69. |
График изменения утечки жидкости через одно торцовое уплотнение при |
|||||||||
|
|
|
|
|
различных парах трения: |
|
|
|
|||
1,2,5 |
— железомедеграфнт |
(без |
пропитки) — закаленная сталь; 3,4,8 |
— бронза — |
|||||||
сталь; |
6,7,9 |
— графитобаббит — закаленная сталь. Масло |
веретенное АУ. Диаметр |
||||||||
|
вала 70 мм. Ширина пояска b — 4 мм. Коэффициент разгрузки к = 0,76. |
||||||||||
На рис. 68 представлены |
экспериментальные |
графики |
предель |
||||||||
ных (опасных) значений роп |
в зависимости от скорости |
вала для |
|||||||||
различных |
пар |
трения. |
|
|
|
|
|
|
|||
На |
рис. 69 представлены |
опытные |
данные, |
характеризующие |
|||||||
утечку жидкости через торцовые уплотнения |
(для различных пар |
||||||||||
трения) |
в зависимости от р и п. |
|
|
|
|
||||||
120
Укажем замеренные термопарами значения опасных темпера тур ton в °С на поверхности контакта, при которых появляются задиры рабочих поверхностей и начинается выход из строя уплот нений из следующих материалов:
Бронза Бр.А>1<9-4 |
— закаленная |
сталь • • • |
90—150 |
Графитобаббит — закаленная сталь |
150—210 |
||
Железомедеграфнт |
— закаленная |
сталь |
50—70 |
22. ТРЕНИЕ В РАДИАЛЬНЫХ И ТОРЦОВЫХ КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЯХ
Момент от сил трения в радиальных контактных уплотнениях вала
МТ = М0 + Мр, |
(100) |
где Мр — момент от давления жидкости р; М0 — момент от |
пред |
варительного поджатая и перекосов при сборке деталей агрегата. Здесь
i
Mp='-?ff\prdl,
или |
при рг = const |
о |
|
|
|
||
|
|
Mp=*g-flpr. |
|
Момент от действия сил трения при вращении вала |
|||
|
MT = |
-^-fl (ро + Рг) = |
^-ПРп |
где |
d — диаметр вала; |
/ — условная рабочая длина уплотнения, |
|
равная длине участка манжеты, соприкасающейся с валом (для
колец / « |
4 ) ; |
Рг—радиальное |
контактное давление. |
|
||||
В дальнейшем |
принимаем |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
MT |
= |
^lprfn. |
|
Величину Мт замеряем при опытах. Тогда приведенный |
||||||||
коэффициент |
трения |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
/ п = ^ - ' |
< 1 0 1 > |
|
Для |
торцовых |
уплотнений |
|
|
||||
|
|
|
|
|
MT = |
S1(p'fR,с» |
|
|
где |
5 К |
— |
контактная площадь; |
р' — среднее контактное |
давле |
|||
ние |
(рис. 66); |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
д |
_ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
121
Отсюда приведенный коэффициент трения
(102)
Опытные данные изменения момента сил трения М т в зависи мости от давления жидкости для различных уплотнений пред-
500
|
|
7 |
300 |
Si |
J |
|
у |
|
200 |
|
|
|
i |
|
|
с? |
г |
100 |
J |
|
|
|
20 |
ВО ВО р,кгс/с»г |
|
Рис. |
70. |
Изменение |
момента |
сил тре |
ния |
при |
вращении |
вала |
диаметром |
70 мм для различных |
видов уплотне |
|||||
|
|
ний: |
|
|
|
|
/ — резиновое |
кольцо |
круглого сечення |
||||
в наклонной |
канавке |
на |
|
внутренней по |
||
верхности |
цилиндра: |
2 |
— армированная |
|||
манжета (ГОСТ 8752—70); |
3 |
— резиновое |
||||
кольцо в |
прямой канавке |
на |
внутренней |
|||
поверхности |
цилиндра; |
|
4 |
— резиновое |
||
кольцо в наклонной канавке на наружной поверхности вала; 5 — торцовое уплотне-
ние (латунь — сталь) k и — — = 0,72;
к
б —.торцовое уплотнение (латунь — сталь) ft = 1,92; 7 — малогабаритная манжета для возвратно-поступательного движения.
Жидкость — веретенное масло 2
0,05
80 р, кгс/см1
Рис. 71 . Изменение приведенных коэф фициентов трения в зависимости от давления жидкости для различных видов уплотнений:
• торцовое |
уплотнение |
|
(латунь — |
|||
сталь) |
k |
= |
1,92; |
2 |
резиновое |
|
кольцо |
круглого |
сечения |
в |
наклонной |
||
канавке на наружной |
поверхности вала; |
|||||
3 — резиновое |
кольцо |
круглого сечения |
||||
в прямой канавке на внутренней поверх
ности цилиндра; 4 |
— торцовое уплотнение |
|||
k = 0 , 7 2 ; |
5 — малогабаритная |
манжета для |
||
возвр атно-посту п ател ьного |
|
двнжен и я, |
||
установленная на внутренней |
поверхности |
|||
цилиндра; |
6 — армированная |
манжета |
||
(ГОСТ 8752—70); |
7 — резиновое кольцо |
|||
круглого сечения в наклонной |
канавке на |
|||
внутренней поверхности |
цилиндра |
|||
ставлены на рис. 70, где диаметр вала 70 мм, а рабочая жидкость — веретенное масло 2.
Из этого рисунка следует, что самые малые-потери в уплотне ниях имеют самосмазывающиеся резиновые кольца, установленные наклонно на внутренней поверхности цилиндра.
Самые большие потери имеют малогабаритные манжеты, пред назначенные для возвратно-поступательного движения, и торцо вые неразгруженные уплотнения.
122