ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 109
Скачиваний: 1
выбраны в пределах оптимальных значений, обеспечивающих ма ксимальную уплотнительную способность динамических уплотне ний. Поэтому выбор геометрических характеристик винтовых уп лотнений осуществляют методом последовательных приближений. Определяя, например, по оптимальному значению ß01IT величину осевого шага
Soc |
ß o n T > |
которую округляют до ближайшего целого значения 5оС и по за висимости (104) уточняют угол наклона винтовой линии ß.
Этот метод осуществляется последовательно до тех пор, пока приемлемым выбором величины S'oc не обеспечится достаточно оптимальные ßonT и zonT как для нарезки на втулке, так и для нарезки на винте.
Г Л А В А VI
К О М Б И Н И Р О В А Н Н Ы Е У П Л О Т Н Е Н И Я
'Анализ работы бесконтактных уплотнений показывает, что по
сравнению |
с контактными они обладают большей |
надежностью |
в работе, |
имеют более длительный срок службы, |
не нуждаются |
в обслуживании, имеют малое тепловыделение и значительную демпфирующую способность как от радиальных (для уплотнений радиального типа), так и от осевых (для уплотнений торцового типа) вибраций. Эти особенности делают бесконтактные уплотне ния незаменимыми при уплотнении валов быстроходных машин и агрегатов. Однако наличие утечек жидкости через эти уплотне ния в случае неподвижного вала ограничивает диапазон их при менимости. Для расширения этого диапазона оказывается полез ным использовать комбинированные уплотнения, состоящие из контактных и бесконтактных.
Особенности работы и некоторые конструкции комбинирован ных уплотнений рассмотрены ниже.
2 8 . К о м б и н и р о в а н н ы е б е с к о н т а н т н ы е и к о н т а н т н ы е у п л о т н е н и я
Наиболее известными, традиционными типами контактных уплотнений являются сальниковые уплотнения, поэтому этот тип уплотнений наиболее часто используется и в комбинации с бес контактными уплотнениями.
На рис. 80 представлена конструкция комбинированного уплот нения, разработанного в соответствии с патентом ФРГ для аппа ратов с быстроходными перемешивающими устройствами. Вал аппарата 1 установлен на двух опорно-упорных подшипниках качения 9. На валу насажена вращающаяся втулка 8. К фланцу 2 аппарата крепится корпус уплотнения 3, имеющий неподвижную кольцевую втулку 5, камеру сальникового уплотнения с сальни ковой набивкой 7, камеру 6 для ее охлаждения и патрубок 4 для отвода протечек уплотняемой жидкости.
141
Основная особенность рассматриваемой конструкции заклю чается в том, что сальниковое уплотнение работает в ней в течение всего периода эксплуатации машины или аппарата. Поэтому срок службы агрегата (машины) зависит в основном от срока службы этого уплотнения. Применение в этой конструкции бесконтактных уплотнений лишь уменьшает давление перед сальниковой набив кой до пределов, допускающих ее использование. Этим удается в значительной степени расширить диапазон использования саль никовых уплотнений, однако срок службы уплотнений этого типа
|
|
зависит |
лишь |
от |
конст |
|||||
|
|
руктивных |
характеристик |
|||||||
|
|
сальникового |
уплотнения |
|||||||
|
|
и |
физико-химических |
|||||||
|
|
свойств |
его набивки. |
|||||||
|
|
На |
рис. |
|
81 |
показана |
||||
|
|
комбинация манжетного и |
||||||||
|
|
винтового уплотнений, в |
||||||||
|
|
которой использованы ос |
||||||||
|
|
новные |
принципы |
конст |
||||||
|
|
руирования |
|
|
контактных |
|||||
|
|
манжетных |
|
и бесконтакт |
||||||
|
|
ных винтовых уплотнений. |
||||||||
|
|
Манжетное |
|
|
уплотнение, |
|||||
|
|
используемое |
.в |
рассмат |
||||||
|
|
риваемой1 |
|
|
конструкции, |
|||||
|
|
представляет |
собой |
ман |
||||||
|
|
жету |
|
|
обычного |
типа, |
||||
|
|
поджимаемую ' к |
вращаю |
|||||||
|
|
щемуся |
|
валу |
кольцевой |
|||||
|
|
пружиной |
2. |
В отличие от |
||||||
Рис. 80. |
Схема комбинированного уплотне |
общеизвестных |
конструк |
|||||||
ния (патент Ф РГ 1001069) |
ций |
манжетных |
уплотне |
|||||||
|
|
ний, в |
которых зона вала |
|||||||
|
|
в точке контакта с цилинд |
||||||||
|
|
рической |
|
|
поверхностью |
манжеты отполирована (V 9), рассматриваемая конструкция имеет в указанной зоне контакта винтовые канавки, образованные путем штамповки, травления, пароструйной обработки, резания и т. д. Винтовые канавки при вращении вала способствуют возникнове нию сил, противодействующих утечкам жидкости из уплотняемой камеры в рабочее помещение.
Экспериментальные исследования уплотнения этого типа с точки зрения отработки его оптимальной конструкции, обеспе чивающей минимум утечек жидкости через зону уплотнения и ми нимальные потери мощности, показали, что оптимальными пара метрами нарезки являются: а) угол подъема спиральной линии
нарезки |
а |
= |
30-^45°; |
б) ширина |
канавки нарезки на |
валу |
а = |
|
= |
0,100-^-0,175 мм; |
в) ширина |
цилиндрической |
кольцевой |
||||
|
142
кромки манжеты b — 0,38-г-0,75 мм; г) число заходов нарезки г = 3-5-6.
Рассмотренная конструкция комбинированного уплотнения по лучила довольно широкое распространение в машинах н аппара тах, выпускаемых различными фирмами СШ А, где 'она известна под названием уплотнения типа.«хайдросил» [10].
Однако, несмотря на большую известность и рекламу этого типа уплотнения, тщательный анализ его работы показывает, что наряду с положительными достоинствами оно обладает и при сущими только ему недостатками. Эти недостатки проявляются обычно при пуске и остановке агрегата, когда центробежные силы, отжимающие губку манжеты от поверхности вращающегося вала
Рис. 81. |
Манжетно |
Рис. 82. Манжетно-вин |
винтовое |
уплотнение |
товое уплотнение фир |
|
|
мы «Даймлер — Бенц» |
с винтовой нарезкой, уменьшаются, в результате чего под дей ствием эластичности материала манжеты и натяжения кольцевой ■ пружины, губка начинает прижиматься к поверхности вращаю щегося вала и изнашиваться. Износ поверхности губки будет тем больше, чем длительнее будет режим пуска и остановки машины или аппарата и чем чаще в течении срока службы уплотнения будут производиться остановки машины. Таким образом для ма шин, процесс эксплуатации которых связан со значительным ко личеством пусков и остановок (подкачивающие химические насосы и компрессоры, реакторы и перемешивающие устройства перио дического действия и т. д.), применять уплотнения типа «хайдро сил» нецелесообразно.
Для расширения области применения комбинированных уплот нений фирма «Даймлер— Бенц» (ФРГ) уменьшила глубину винто вой нарезки на вращающемся валу установки. В разработанной ею конструкции комбинированного уплотнения (рис. 82) поверх
143
ность вала тщательно шлифуется п полируется, после чего на эту поверхность с помощью специального инструмента наносятся не глубокие геликоидальные риски, не образующие замкнутой вин товой линии. Сборка уплотнения осуществляется так, чтобы ци линдрическая часть губки манжеты устанавливалась на некотором расстоянии от края геликоидальных рисок. Во время работы ци линдрическая часть поверхности манжеты 3, соприкасающаяся
Рис. 83. Комбинированное уплотнение
с поверхностью вала, изнашивает и отшлифовывает эту поверх ность до полного исчезновения геликоидальных рисок. В резуль тате такой приработки манжеты и вала геликоидальные риски остаются лишь с внешней 1 и с внутренней 2 сторон контактной цилиндрической линии [42]. Область применения этих уплотне ний ограничена областью небольших давлений, поскольку имею щиеся в его конструкции геликоидальные риски не являются оптн-
Рис. 84. Уплотнение с двусторонней винтовой нарезкой
мальными. Работают эти уплотнения с расширяющимся кониче ским зазором и не могут обеспечить значительное противодействие перетоку -уплотняемой среды через уплотняемую зону. Тем не менее использование их вполне оправдано при уплотнении узлов подшипников качения.
На рис. 83 показано комбинированное уплотнение [17], со стоящее из контактного манжетного уплотнения 1 и бесконтакт ного лабиринтно-вихревого уплотнения 2. Лабиринтно-вихревое
144
уплотнение, смонтированное непосредственно на валу насоса, вы полнено с трапецеидальной нарезкой и имеет длину 82 мм при радиальном зазоре 0,3—0,4 мм и шаге нарезки равном 4,2 мм. Конструкция уплотнения такого типа обеспечивает удовлетвори
тельную работу насосап |
при давлении в уплотняемой камере до |
||||
10 кгс/см2'при условии работоспособности манжетного |
уплотне |
||||
ния (как в статическом |
— |
0, так и в динамическом |
п |
> |
0 состоя |
|
|
ниях) лишь в пределах удерживаемого давления (до 3,5 кгс/см2). В ряде случаев у-плотнения такого типа выполняют с двусто ронней винтовой нарезкой (рис. 84). При этом винтовая нарезка может создавать в центральной части уплотнения как разрежение, так и давление, а также может иметь неравномерную глубину по
длине уплотнения.
2 9 . К о м б и н и р о в а н н ы е б е с к о н т а к т н ы е и с т о я н о ч н ы е у п л о т н е н и я
В связи с тем, что конг жтные и бесконтактные уплотнения, используемые в комбинированных бесконтактных и стояночных уплотнениях, должны обеспечивать уплотнительный эффект в раз личные периоды эксплуатации машин или аппарата, то в их кон струкциях должны быть предусмотрены специальные элементы, выключающие из работы те из уплотнений, работа которых в этот период нерациональна. При этом указанные элементы должны ра ботать автоматически в зависимости от частоты вращения вала.
В настоящее время известно большое количество схем, обеспе чивающих отключение контактных уплотнений из работы при до стижении валом установки определенных частот вращения. Однако для конструкторов наибольший интерес должны представить лишь те схемы, в которых использован эффект действия центробежных сил на элемент, отключающий контактное уплотнение от работы или включающий его в работу, а также схемы, в которых для ука занных действий использовано гидравлическое давление от уста новленного на валу агрегата рабочего колеса насоса. Известно, что величины центробежных сил и гидравлическое давление про порциональны квадрату частоты вращения вала, поэтому они могут быть использованы для обеспечения указанных действий.
На рис. 85 представлена конструкция комбинированного уплот нения, состоящего из динамического лопастного и стояночного торцового уплотнения [2]. Рассматриваемое уплотнение предна значено для обеспечения герметичности камеры Б относительно рабочей среды, заполняющей под давлением р камеру А установки. Уплотнение состоит из вала 1 с установленным на нем фигурным корпусом 12, имеющим на своей периферии лопастное уплотне ние 6, смонтированное с гарантированным зазором 5Т относительно статора установки 17. Корпус 12 поджимается гайкой 2 к торцо вому бурту вала 1 через цилиндрическую втулку 14 и втулку 3, имеющую плоский торец с отшлифованной поверхностью С. Кор-
10 Э . А. Васнльцов |
145 |
|
пус |
12 |
|
|
|
|
|
8, |
расточку, |
|
в |
которую |
входит |
|
по5 |
|||||||||
|
|
имеет цилиндрическую |
|
|
|||||||||||||||||||
движный |
корпус уплотнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17. |
|
|
|
|||||||
|
с закрепленной на нем вращаю |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
щейся втулкой 7 торцового уплотнения. Неподвижная втулка |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
9, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В ниж |
||
торцового уплотнения установлена в корпусе агрегата |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
13, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
имеет цилиндри |
|||||||
ней своей части подвижный корпус уплотнения |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. |
|
|
|
|
|
|
|
ческий выступ служащий для центровки на нем цилиндрической |
|||||||||||||||||||||||
пружины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
на цилин |
|||||||
|
которая с другой стороны центрируется |
|
|||||||||||||||||||||
дрическом |
выступе |
|
вращающегося корпуса |
|
|
|
10, |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
Цилиндриче |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ская втулка |
|
|
|
|
е |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
имеет в левой |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
своей |
|
части |
паз |
|
|
|
|
8, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в кото |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рый входит выступ |
|
подвиж |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ного корпуса |
уплотнения |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
благодаря12 |
|
чему |
|
последний1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вращается совместно |
с |
кор |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пусом |
12 |
|
и валом |
|
|
и имеет |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
возможность осевого |
переме |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щения |
|
|
относительно |
кор |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пуса |
|
8 |
|
|
на |
|
величину |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Внутренняя |
|
|
поверхность |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15, |
|
|
корпуса |
уплот |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подвижного |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нения |
|
имеет |
|
шлифованные |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пазы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
сов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
образующие |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
местно |
с |
|
торцовой |
поверх |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ностью |
|
|
втулки |
|
|
сужаю |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щееся к наружному диаметру |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конусное |
|
|
|
|
|
|
4. |
|
в |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пространство, |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
котором |
|
установлены регу |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лирующие шарики |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В статическом положении |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(/г = |
0; |
|
|
13 |
|
|
|
половина |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхняя |
|
|||||||||||
|
|
7 7 ////////////7 /Г 1 7 |
|
|
рисунка) |
|
|
цилиндрическая |
|||||||||||||||
Рис. |
85. Комбинированное уплотнение [2 ] |
пружина |
|
|
|
отжимает |
под |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вижный |
|
корпус уплотнения |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 влево |
|
до упора вращаю |
|||||||||||
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
щейся |
|
и неподвижной L |
вту |
||||||||||
лок торцового уплотнения. Между подвижным корпусом уплотне |
|||||||||||||||||||||||
ния |
|
и вращающимся корпусом |
|
образуется осевой зазор |
При |
этом регулирующие шарики 4 отжимаются от периферии к оси вра щения вала 1 вплоть до непосредственного контакта с.цилиндриче ской поверхностью втулки 3. Контакт торцовых поверхностей втулок 5 и 7 торцового уплотнения и неподвижного контактного уплотнения 16 с внешней цилиндрической поверхностью подвиж ного корпуса уплотнения 8 препятствует проникновению рабочей среды из-камеры высокого давления А в камеру низкого давле
ния Б .
В рабочем положении (п > 0; нижняя половина рисунка) при достижении валом определенного числа оборотов лопастное уплот нение 6 развивает; на внешнем своем диаметре давление по вели
146