ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 1
В А С И Л Ь Ц О В
Э. А. В А С И Л Ь Ц О В
і
БЕ С К О Н Т А К Т Н Ы Е
УП Л О ТН Е Н И Я
ЛЕНИНГРАД „ М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е “
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
19 7 4
6П5.3 У Д К 62-762.62
/Ус-&/
Ва с и л ь ц о в Э . А .
В19 Бесконтактные уплотнения. Л ., «Машиностроение» (Ленингр. отд-иие), 1974, 160 с.
Вкниге изложены материалы, позволяющие наиболее рациональным образом рассчитать и сконструировать уплотнения бесконтактного типа. Рассмотрены особенности работы статических и динамических уплотнений в зависимости от их геометрии, физико-химических свойств уплотняемой среды и параметров среды перед уплотнением.
Даны практические рекомендации, позволяющие выбрать наиболее опти мальный тип уплотнения для применения его в той или иной отрасли техники.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и эксплуатацией машин и аппаратов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства.
Табл. 12. Ил. 92. Список лит. 64 назв.
6П5.3
т
Рецензент канд. техн. наук Ю . К . Ч е х о в
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
Введение
В современной технике наблюдается устойчива'я тенденция к увеличению частоты вращения валов агрегатов и переход с ти хоходных на все более быстроходные машины и аппараты. Это обусловлено возрастающими требованиями уменьшения габарит ных, весовых и гидродинамических характеристик машин, требо ваниями улучшения их экономических показателей, а также тре бованиями увеличения выхода конечного продукта более высокого качества. Естественно, что более высокие частоты вращения валов машин и аппаратов требуют усовершенствования методов их уплот нения.
Применение укоренившихся методов уплотнения путем ис пользования мягких сальниковых набивок не позволяет в значи тельной степени увеличить частоту вращения валов машин и агре гатов. Новые типы самосмазывающихся сальниковых набивок, имеющих в качестве наполнителей компоненты графита, молибдендисульфида, а также армированные, панцирные и дублиро ванные сальниковые набивки позволили в ряде случаев увеличить частоту вращения валов машин до 1500—3000 об/мин и достичь окружной скорости вала в зоне уплотнения до 20— 25 м/с. Кон струкциями такого типа могут уплотняться рабочие камеры, на ходящиеся под избыточным давлением до 200 кгс/см2 и работаю щие при температуре от — 50 до +550° С [3].
Однако этот метод уплотнения не является универсальным не только из-за увеличенной стоимости сальниковых набивок и уве личенных эксплуатационных расходов, но и из-за значительных трудностей, связанных с отводом тепла трения из зоны уплотнения,
итрудностей конструкционного оформления зоны уплотнения. Более перспективным является использование принципиально
новых типов уплотнений — контактных торцовых уплотнений^ применение которых позволило увеличить частоту вращения ва лов машин и аппаратов до 3000— 9000 об/мин и достичь окружной скорости вала в зоне уплотнения до 25—50 м/с. Конструкциями такого типа могут уплотняться рабочие камеры, находящиеся под избыточным давлением до 150— 250 кгс/см2 и работающие при
1* |
3 |
температуре от — 75 до +300° С [12]. Но этот вид уплотнений имеет также ряд конструкционных и эксплуатационных недостат ков, что сдерживает широкое их внедрение в современную технику, переходящую от индивидуальных агрегатов на автоматизирован ные технологические линии, связанные в единое целое общностью решаемых технологических задач. При такой переходе предъяв ляются особые требования к методам уплотнения, причем пред почтительны те конструкции, которые работают при минимальном обслуживании и обладают высокой герметичностью и износостой костью. В этом отношении бесконтактные уплотнения, т. е. уплот нения, в которых отсутствуют непосредственный контакт между вращающимися элементами уплотнения и неподвижными его де талями, обладают рядом преимуществ.
Работа бесконтактных уплотнений обусловлена наличием ме ханического воздействия вращающихся и неподвижных элементов этих уплотнений на уплотняемую жидкость, в результате чего в уплотняемой зоне создается сопротивление, приводящее к сни жению утечек жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления. В ряде случаев в уплотняемой зоне создается противодавление, обеспечивающее возможность работы уплотне ния с нулевыми протечками жидкости. Низкие потери на трение, высокая надежность и долговечность в работе, которые факти чески не изменяются с увеличением частоты вращения, делают перспективным применение бесконтактных уплотнений в совре менных машинах и аппаратах.
Тем не менее развитие и использование бесконтактных уплот нений сдерживалось основным их недостатком: наличием утечек жидкости через зону уплотнения при нулевых частотах вращения уплотняемого вала. Поэтому появление комбинированных уплот нений, обладающих положительными качествами бесконтактных и контактных уплотнений, открыло широкую перспективу их ис пользованию в современной технике. Появилась возможность со здания высокоэкономичных машин и аппаратов, обладающих вы сокой степенью надежности и длительной работоспособностью.
При анализе конструкционных возможностей уплотнений раз личных типов выявилось, что они требуют различного конструк ционного воплощения. Так, например, при выборе методов уплот нения вращающихся валов необходимо создавать уплотнения, обладающие минимальной, а в ряде случаев и нулевой, утечкой уплотняемой жидкости. Кроме того, они должны иметьмини мальные габариты, высокую степень надежности в работе, т. е. обладать максимально возможным сроком службы и характери зоваться оптимальными энергетическими показателями.
Одновременно решить все эти задачи невозможно, так; как со здание уплотнения, например с минимальной утечкой жидкости, возможно лишь при увеличении его габаритных размеров и харак теризуется повышенными потерями энергии на создание уплот нительного эффекта. С другой стороны, создание уплотнений с вы
4
сокой степенью надежности может быть осуществлено лишь при сохранении протечек жидкости через уплотнение.
Таким образом, для решения требований, предъявляемых к конструкции уплотнения, необходим различный подход к его конструкционному оформлению. В свою очередь, оптимальное конструирование, отвечающее одному или нескольким вышепри веденным задачам, возможно лишь на основе правильного понима ния факторов, влияющих на работу и характеристику уплотнений. Применение теоретических методов или методов, основанных на экспериментальных или эксплуатационных исследованиях, по зволяет связать критерии качества и надежности уплотнения с его гидродинамическими критериями, что дает возможность оценить пути конструкционного использования этих столь кардинально различных факторов.
В книге приведен анализ теоретических и экспериментальных данных, характеризующих работу бесконтактных уплотнений. На основании анализа делаются выводы о возможностях и эффектив ности использования этих уплотнений, а также приводится ряд конструкций, иллюстрирующих эти возможности.
Г Л А В А I
К Л А С С И Ф И К А Ц И Я И Т Е Р М И Н О Л О Г И Я Б Е С К О Н Т А К Т Н Ы Х У П Л О Т Н Е Н И Й
Освоение от года к году возрастающего объема информации чрезвычайно затруднено многозначностью и синонимичностью тех нического языка, а также отсутствием достаточно четкой класси фикации того или иного типа машин. Это относится и к различным конструкциям уплотнительных устройств, разработанных в на стоящее время для весьма широкого ряда машин и аппаратов. Несмотря на довольно значительный период развития уплотни тельной техники, классификация ее до настоящего времени еще не завершена и ограничена в основном классификацией уплотнений контактного типа [12, 19, 29]. Что же касается классификации и определения основных понятий бесконтактных уплотнений и за крепления за каждым из них одного, строго присущего ему, тер мина, то в этой области работы фактически отсутствуют.
Исходя из этого, в настоящей работе предпринята попытка классификации всего ряда бесконтактных уплотнений и разра ботки терминологических понятий, определяющих этот ряд, его отдельные элементы, принципы и особенности' их работы. Такая попытка позволит увеличить «количество знания относительно каждого из рассматриваемых объектов, позволяя рассматривать этот объект с различных сторон и обнаружить в нем новые отно шения, которые он без этого не мог бы заметить» [47].
Однако прежде чем приступить к классификации бесконтакт ных уплотнений и рассмотреть терминологические понятия, опре деляющие их, остановимся на некоторых основных положениях.
В качестве основы для последующего изложения рассмотрим понятия, определяющие термины «уплотнение» и «дросселиро-. вание».
Под у п л о т н е н и е м понимается действие, в результате которого ликвидируется переток жидкости или газа из одной уплотняемой камеры в-другую. В случае полной ликвидации перетока жидкости уплотнение будет абсолютным (полным). В слу-
6
чае наличия перетока жидкости уплотнение будет частичным (не полным).
Под д р о с с е л и р о в а н и е м понимается действие, ана логичное уплотнению, назначением которого является не ограни чение (частный случай) или полная ликвидация перетока жидкости - из камеры в камеру, а сохранение этого, перетока в пределах, не обходимых для работы всего механизма в целом.
Таким образом, назначением у п л о т н и т е л ь н о г о д е й с т в и я ( у п л о т н е н и я) является максимальное ограничение перетока жидкости из камеры в камеру, поскольку этот переток является вредным как исходя из экономических соображений (по теря ценного сырья или бесполезная циркуляция его из зоны вы сокого давления в зону низкого), так и исходя из требований техники безопасности (когда это касается перетока агрессивных, токсичных или пожароопасных сред в атмосферу рабочего поме-, щения).
Назначением д р о с с е л и р у ю щ е г о |
д е й с т в и я (дрос |
|||
с е л и р о в а н и я ) является сохранение объема |
жидкости, |
про |
||
текающей из камеры в камеру, в |
количествах, |
необходимых |
для |
|
работы механизмов, например для |
работы |
механизмов контроля |
||
и управления. |
|
|
|
|
Принципиально между этими действиями различия не суще ствует, поскольку как процесс уплотнения, так и процесс дроссе лирования характеризуются необратимым переходом потенциаль ной и кинетической энергии жидкости в тепло, однако назначение этих устройств, -производящих «уплотнение» или «дросселирова ние», различно и поэтому каждое из них должно классифициро ваться отдельно.
Введенные понятия позволяют перейти к терминам, непосред ственно характеризующим конструкцию уплотнительных устройств.
Под у п л о т н е н и е м понимается также отдельная деталь или совокупность деталей, образующих механизм, которая или которые ограничивают или полностью ликвидируют переток жидкости из камеры в камеру..
Таким образом, одно* и то же понятие « у п л о т н е н и е » используется и для определения действия и для определения детали или механизма, что приводит к многозначности этого термина. В последнем случае, т. е. для определения конструкции, совер шающей уплотнительно’е действие, больше подходил бы термин «уплотнитель». Однако от этого термина приходится отказаться, так как в технической литературе термин «уплотнение» широко применяется как понятие, определяющее и действие, и конструк цию [12]. В этой связи автор отходит от концепции А . М. Ампера [47], полагавшего, что «по мере того как открываются новые от ношения, следует менять классификацию». Классификация любых объектов должна учитывать исторически сложившуюся термино логию в той степени, в которой она соответствует современному
7
уровню знаний. Введение новых понятий в этом случае является лишь отрицательным фактом, поскольку требует значительного
изменения уже сложившихся понятий в смежных |
отраслях |
|
техники. Это может привести, а в случае А . М . |
Ампера и |
|
привело, к неприятию даже весьма серьезных работ |
по клас |
|
сификации. |
признакам различают у п л о т н е н и я |
|
По конструктивным |
||
н е п о д в и ж н ы х и |
п о д в и ж н ы х д е т а л е й . Последние |
|
могут быть к о н т а к т |
и ы м и и б е с к о н т а к т н ы |
м и. |
Под к о н т а к т н ы м у п л о т н е н и е м понимают устрой ство, уплотняющее действие которого осуществляется в резуль тате непосредственного контакта движущихся его деталей с не подвижными.
Классификация и терминология контактных уплотнений рас смотрены в работах [12, 19].
Под б е с к о н т а к т н ы м у п л о т н е н и е м понимают устройство, уплотняющее действие которого осуществляется в ре зультате потерь энергии при движении жидкости в каналах, обра зованных элементами вращающихся и неподвижных его поверх ностей при наличии гарантированного зазора, обеспечивающего отсутствие непосредственного контакта между этими поверх ностями.
По принципу действия бесконтактные уплотнения могут быть разделены: а) на бесконтактные уплотнения статического действия; б) бесконтактные уплотнения динамического действия.
Под б е с к о н т а к т н ы м у п л о т н е н и е м с т а т и ч е с к о г о д е й с т в и я понимают устройство, уплотняющее действие которого осуществляется в результате действия гидро динамических сил, возникающих в результате трения жидкости
об элементы |
поверхностей уплотнения, и в результате местной |
|
турбулизации потока жидкости. |
д и н а м и |
|
Под б е с к о н т а к т н ы м у п л о т н е н и е м |
||
ч е с к о г о |
д е й с т в и я понимают устройство, |
уплотняющее |
действие которого осуществляется в результате развития им дав ления, противодействующего уплотняемому, а также в результате трения жидкости об элементы поверхностей уплотнения и в ре зультате местной турбулизации потока жидкости. /
При этом также различают следующие понятия: уплотняемая камера и уплотняемое давление, уплотняющая камера и уплот няющее давление.
Под у п л о т н я е м о й к а м е р о й понимают камеру, за полненную жидкостью или газом, находящуюся под избыточным давлением или вакуумом, утечку'жидкости из которой необходимо исключить или ограничить.
Под у п л о т н я ю щ е й к а м е р о й понимают камеру, за полненную жидкостью или газом, находящуюся под избыточным давлением или вакуумом, приток жидкости в которую необходимо исключить или ограничить. Уплотняющей камерой может быть и
8