Файл: Макаров Г.В. Уплотнительные устройства.pdf

Г л а ва V

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

29. ЗАЩИТА КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Гидродинамическая защита контактных уплотнений — это но­ вый этап в совершенствовании уплотнений. С ее помощью можно осуществить длительные напряженные режимы гидравли­ ческих агрегатов при высоких значениях к. п. д.

Рис. 89. Схема гидродинамической защиты кон­ тактных уплотнений

Для защиты уплотнений целесообразно использовать суще­ ствующие гидродинамические уплотнения (щелевые, центробеж­ ные и винтоканавочные). Однако желательно создание новых, таких как:

1) гидродинамические уплотнения с отводом небольшого объема жидкости из полости уплотнений, в которых утечка жид­ кости ограничивается специально создаваемым гидравлическим

Гидродинамические уплотнения с отводом жидкости могут при­ меняться самостоятельно, а также для защиты контактных уплот­ нений.

Центробежные и винтоканавочные уплотнения могут приме­ няться только при высоких окружных скоростях и ограниченном

154

Отдельные случаи применения гидродинамических уплотнений с отводом жидкости в технике известны. На рис. 89 был показан

Для уменьшения наружной утечки иногда применяют не­ сколько камер контактных уплотнений, из которых отводят про­ текшую жидкость [ 9 ] . В ряде случаев только гидродинамические уплотнения позволяют снизить утечку до необходимого уровня.

Например, только применение отвода жидкости, введение смазки и охлаждения, а также использование металлических уплотнений позволили добиться удовлетворительной работы цен­ тробежных насосов при значительных числах оборотов.

Ниже излагаются основы защиты уплотнений и результаты ис­ следований, посвященных применению ее в гидравлических устройствах.

30.ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Рассмотрим гидродинамическую защиту уплотнений за счет частичного отвода жидкости перед уплотнением л определим возможную степень понижения давления в полости уплотнения, достигаемую с ее помощью.

На рис. 89 показана схема агрегата с возвратно-поступатель­ ным, движением с применением защиты уплотнений.

Жидкость, находящаяся в цилиндре под давлением р, проходит через щелевое уплотнение с площадью зазора Sx и попадает в по­ лость контактного уплотнения. Чтобы снизить давление перед контактным уплотнением, жидкость направляется по перепуск­ ному трубопроводу площадью 5 2 в сливную полость. Поэтому давление р у значительно меньше р.

При истечении жидкости через кольцевой зазор возможно турбулентное или ламинарное движение.

Эффективность гидродинамической защиты при турбулентном истечении жидкости в зазоре

Определим отношение —- при турбулентном истечении жид­ кости.

Уравнения перепадов давлений:

уравнение непрерывности потока

S — S %ий.

155

рис. 90, а.

Как видно из этого графика, с помощью частичного отвода жидкости можно понизить давление в полости уплотнений, на­ пример, в 5—10 и более раз по сравнению с давлением в рабочем цилиндре. Величина отводимой жидкости должна учитываться при расчете гидравлического агрегата.

J 56

Эффективность гидродинамической защиты при ламинарном истечении жидкости в зазоре

Перепад давлений в зазоре (рис. 89), вызванный потерями на жидкостное трение,

нарном истечении представлен на рис. 90, б.

Как видно из графика, и в этом случае вполне возможно на­ дежное понижение давления перед уплотнением в 5—10 и более раз.

Определение расхода жидкости при частичном отводе при турбулентном движении жидкости в зазоре

Из уравнения непрерывности потока получим S = S 2 u 2 ~ Qy

Подставляя значение и 2 в выражение р у , имеем

780 л/мин и допуская утечки Qy до 10% от Qr „ при перепаде давле­ ний Ар от 200 до 1000 кгс/см2 , получаем сравнительно малые значения допускаемых зазоров, в отдельных случаях трудно техн ическ и реал из уемые.

157

Чтобы сделать приемлемым частичный отвод жидкости из по­ лости уплотнений для различных агрегатов, необходимо иметь малые утечки, допустимые для изготовляемых машин, решить задачу уменьшения и регулирования утечек, с тем чтобы при уве­ личении давления утечки практически не увеличивались. С этой целью нами было предложено и исследовано гидродинамическое уплотнение с деформируемой втулкой и частичным отводом жидкости.

31 . ЩЕЛЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

СРЕГУЛИРУЕМОЙ УТЕЧКОЙ

Гидродинамическое уплотнение с деформируемой втулкой и с частичным отводом жидкости

Гидродинамическое уплотнение предназначено для запирания жидкости высокого давления (например, до 1000 кгс/см2 ) в подвиж­ ных соединениях при длительной непрерывной работе. Через гидродинамическое уплотнение заранее предусматривается про­ текание незначительного объема жидкости, необходимого для обеспечения жидкостного трения в подвижном соединении (для работы без~ нагрева и получения высокого к. п. д. агрегата). В уплотнении для регулирования объема утечки жидкости ис­ пользуется разность наружного и внутреннего давлений на поверх­ ностях металлической втулки.

На рис. 91 изображено гидродинамическое уплотнение штока и поршня. Рассмотрим уплотнение штока.

Для уплотнения используется металлическая (например, ла­ тунная) втулка 4, которая на неподвижной поверхности уплотнена резиновым кольцом круглого поперечного сечения 5 и таким же кольцом 2.

К наружной поверхности через отверстия 3 в кольцевой про­ точке 6 подводится рабочая жидкость с давлением pv Втулка изготовлена с минимальным зазором (по обмеру штока), через этот зазор и устремляется запираемая жидкость.

Часть проходящей между штоком и втулкой жидкости прохо­ дит через отверстия 3, заполняет пространство между втулкой и стенками цилиндра и создает давление рг. Остальная жидкость проходит в специальный сборник и по соединительной трубке отводится обратно к насосу.

Для предохранения от вытекания жидкости наружу по штоку в левой части втулки 4 в специальной канавке располагаются контактные уплотнения 1 и 7, которые работают при давлении, близком к атмосферному. При другом способе удаления проника­ ющей через зазор между втулкой 4 и штоком жидкости уплотне­ ния 1 и 7 могут не применяться, втулка 4 при этом будет меньшей длины.

158