Файл: Макаров Г.В. Уплотнительные устройства.pdf

собираются с очень малыми зазорами, получаемыми пришлнеров­ ной, примерно из расчета 1 мкм на каждые 2,5 мм диаметра;

2) уплотнения бронзовых поршней тормозов, работающих в стальном цилиндре; уплотнения применяются для любых диа­

при давлении соответственно 2—2000 кгс/см2 . Для поршней с уве-

I

личенными зазорами берут -j- « 0,7ч-2. Щелевые уплотнения имеют малое трение.

Кнедостаткам уплотнений, выполненных прншлифовкой,

относятся: чувствительность их к температурным расширениям и боковым усилиям, которые могут привести к защемлению, при­ годность только для чистых газов и жидкостей, наличие техно­ логических затруднений.

Применение кольцевых проточек на шлифованной поверхности не повышает герметичности соединения, но позволяет скапливаться в них твердым частицам, попавшим в щель.

Уплотнение газа в щелевых уплотнениях производится за счет дросселирования газа под действием сил трения в процессе его протекания по длинной кольцевой щели.

Такие уплотнения применяют в масляных' и топливных насо­ сах, а также иногда в компрессорах сверхвысокого давления, например в четырехступенчатом компрессоре до 4000 кгс/см2 [261.

При работе йеподвижных щелевых уплотнений возможно уменьшение зазоров с течением времени за счет зарастания их (облитерации) вследствие адсорбции полярных молекул рабочей жидкости на поверхностях щели и наличия в масле смолистых образований [ 6 ] .

Щелевые уплотнения применяются в гидравлических устрой­ ствах при любых давлениях жидкости и скоростях перемещения поршня (вала).

Рассмотрим определение утечки жидкости через щелевые уплот­ нения.

Утечка жидкости в кольцевом зазоре

Ламинарное истечение жидкости. Как показывают опыты, при нормальной температуре масла и малых щелевых зазорах уста­ навливается ламинарное истечение жидкости. Объем вытекающей жидкости прямо пропорционален давлению.

139

Для втулки, расположенной с зазорами между цилиндром и штоком, утечка происходит по наружной и внутренней поверх­ ностям. Утечка жидкости в кольцевой щели [79]

% — коэффициент гидравлического сопротивления трения в коль­ цевой щели или коэффициент Дарси; при ламинарном движении

Пользование этими зависимостями для Qy и h L требует вычис­ лений с предельной точностью, что представляет известные за­ труднения при расчетах.

Так как размер щели s в уплотнениях очень мал по сравнению с диаметром штока (поршня), то часто пренебрегают кривизной поверхностей, образующих щель, и заменяют кольцевую щель плоской, получая при этом вполне удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных.

Для дальнейших исследований принимаем зависимости, соот­

где Ра — давление жидкости в полости, в которую происходит истечение из зазора; Ар/—перепад давлений на длине втулки, расходуемый на преодоление жидкостного трения; А р 0 — перепад давлений, расходуемый на создание скоростного напора; А р м — перепад давлений, расходуемый на преодоление местных сопро­ тивлений на входе в зазор и на выходе из зазора.

При ламинарном истечении

l2x\LQy

140

где k3 — коэффициент, учитывающий эксцентричность расположе­ ния штока относительно втулки, кэ 1-н-2,5; г\— динамический коэффициент вязкости; L — длина втулки; s— радиальный зазор; d—диаметр штока.

Приняв Qy ^ п dsu, где и — средняя скорость движения жид­ кости в зазоре, получим

*12г]1и

входе в зазор и на выходе из зазора; и0 — скорость жидкости перед

В ряде устройств имеет место работа при разогретых жидкостях, увеличенных зазорах для предупреждения заклинивания нагре­ тых латунных поршней в стальных цилиндрах (например, диаме­ тральный зазор до 0,2—0,3 мм и выше) и повышенных давлениях.

При этом допускаются повышенные утечки через щелевые зазоры. Они могут учитываться при расчетах соответствующих устройств.

В этом случае числа Рейнольдса достигают значений, превос­ ходящих критические. Режим течения жидкости устанавливается

141

При движении жидкости в трубопроводах критическое значение числа Рейнольдса, при превышении которого происходит переход от ламинарного течения к турбулентному, согласно исследованиям считается Re K p — 2320.

В кольцевых же щелях при перемещении деталей друг относи­ тельно друга и возможной их вибрации критические числа лежат значительно ниже.

где s — радиальный зазор между поршнем и цилиндром. Тогда

h = .

Подставляя значение Rr, получимf 4gs

Коэффициент гидравлического сопротивления трения или коэффициент Дарси по формуле Блазиуса для трубопроводов

^ _ 0,3164

4/

• j / R i

При исследовании щелевых уплотнений длиной 80 мм Е. М. Ко­ жевниковой была установлена следующая зависимость коэффи­ циента Дарси:

Re 0 ' 4 5

При уменьшении длины щели значение X возрастает. При исследовании щелевых уплотнений длиной 20 и 10 мм Ю. К. Че­ ховым были установлены значения X. Для щели длиной 20 мм при изменении Re от 3 -103 до 5-10* значение X изменяется от 0,06 до 0,04. Для щели длиной 10 мм при тех же числах Re значение X равно 0,08, а при чистоте обработке V 7 не зависит от Re.

142

и выходе из зазора, определяемые деформацией поля скоростей потока,

=Sm 2g '

Потеря давления на длине поршня состоит из потерь на тре­ ние, на изменение скорости потока и из местных потерь на входе в зазор:

где и0 — скорость жидкости перед входом в зазор. Тогда

где и — средняя скорость потока в зазоре.

Воспользуемся методом определения скорости истечения, при­ меняемым в целом ряде практических расчетов, например для

143