Файл: Вуколов В.М. Детали из пластмасс в пневмогидравлических системах.pdf

При практическом определении удельных давлений гермети­ зации для поликапролактама, полиамида П-68 и полиформаль­ дегида следует учитывать некоторые особенности свойств материа­ лов. На основании экспериментальных данных установлено, что размер деформации и конечная площадь контакта существенно зависят: от величины нажатия на седло; качества обработки и под­ готовки уплотнительных поверхностей; времени воздействия уси­ лия на уплотняющую поверхность; температуры окружающей и

Рис. 30. Схема установки для испытания металлопластмассового клапана с помощью рычажнопт приспособления:

1 — испытуемый вентиль; 2 — рычажное при­ способление; 3 — запорно-дренажный вентиль; 4 — манометр; 5 — запорный вентиль G —

собственный вес рычага; Q — сила, с которой клапан от­ крывается под действием воздуха; — расстояние от опоры до центра клапана; /2 — расстояние от опоры до центра тяжести рычага; /3—расстояния от опоры до точки приложения нагрузки

рабочей среды; насыщенности влагой поверхности уплотнителя. Для получения надежных данных об изменении величины удель­ ного давления герметизации в зависимости от указанных факто­ ров выбранный материал проверяется в приспособлении рычаж­ ного типа, схема которого представлена на рис. 30.

Клапан ставится на седло в рычажное приспособление после соответствующей обработки (чистовой подрезки). Вначале кла­ пан прижимается к седлу только с усилием от веса рычага G. За­ тем под клапан подается сжатый воздух под различными давле­ ниями и определяется усилие на клапан в начальный момент про­ пуска воздуха (рис. 29). На рис. 31 приводится характеристика клапана из поликапролактама при испытании на рычажном при­ способлении. Среднее значение усилия, действующего на клапан

73

при начале пропуска воздуха, линейно возрастает с увеличением давления воздуха Р б. Обращает на себя внимание направление этой прямой при уменьшении Рб. Она пересекает ординату Рб — О при <2уп = 400 Я

зывает продолжительность действия приложенной к уплотнителю нагрузки. В процессе испытаний при повторных замерах клапан частично разгружался путем сброса давления рабочей среды с последующей подачей ее для другого замера. На замеры уси­ лия уходило определенное время, которое менялось при каждом замере. Отсюда для всех графиков qyn = f (Рб) характерно пикообразное изменение удельного давления герметизации.

При температуре 360 К вследствие увеличения эластичности поликапролактама изменение величины усилия, а также время действия этого усилия на уплотнитель оказывают меньшее влия­ ние на изменение qyn, о чем свидетельствуют величины амплитуды отклонения qyn от среднего значения и количество точек

74

с максимальным значением амплитуды. При температуре 293—300 К величина амплитуды и количество пик с большими амплитудами больше, чем при температуре 360 К.

На основании опытных данных при определении удельного давления герметизации для поликапролактаМовых уплотнителей можно принять следующие значения постоянных b в уравнении (3) при температуре 295—298 К 0,88—0,9; при температуре 361 К 0,92—0,95.

При определении удельного давления герметизации большое значение имеет материал, из которого изготовлен уплотнитель [15]. На рис. 33, а показан характер изменения qyn в зависимости от материала: капролона (сплошная линия) и полиформальдегида (штриховая линия). Как видно из графика, тип материала уплот­ нителя существенно влияет на величину qyn. Опыты показали, что для определения qyn можно принять следующие значения постоянной Ь: для уплотнителей из капролона 1,5—2; для уплот­ нителей из полиформальдегида 2—3. Предположения о том,

(штриховая) и при узкой (сплошная) уплотнительных поверх­ ностях. Проведенные испытания с клапанами, имеющими разную ширину уплотнительной поверхности, позволяют сделать следую­ щий весьма важный практический вывод: при поддержании плот­ ности лучшие результаты получаются с более широкой уплот­ нительной поверхностью, так как при этом удельные давления qyn получаются значительно меньше, чем для клапанов с узкой уплот­ нительной поверхностью.

При расчете и проектировании предохранительных клапанов важно знать характер изменения удельного давления гермети­ зации в зависимости от продолжительности действия нагрузки (рис. 33, в). При температуре 350—370 К эти изменения незна­ чительны, а при температуре 223 К практически отсутствуют.

Многочисленные исследования, проведенные по определению удельного давления герметизации в реальных конструкциях в за­ висимости от действия различных внешних факторов, дают осно­ вание полагать, что для практических расчетов необходимо коэф­ фициент b в уравнении (3) несколько увеличить и принять для уп­ лотнений из поликапролактама равным 1— 1,5, а для уплотне­ ний из полиформальдегида 2,5—3,5; постоянную а следует при­ нимать для уплотнений из поликапролактама и капролона равной 50—120, а для уплотнений из полиформальдегида 10— 180. Нижний предел коэффициента b и постоянной а следует брать при давле­ ниях до 100-ІО5 Н/м2, верхний — при более высоких давлениях.

Нижний предел значений коэффициента Ь и постоянной а необходимо принимать в том случае, если агрегат будет работать с газообразной средой в диапазоне температур 320—350 К или

76

с водой, маслом AM Г-10 и другими маслами при нормальной тем­ пературе. В расчетах уплотнительных устройств для агрегатов, работающих с рабочей средой, имеющей температуру 223 К и ниже, необходимо принимать верхние значения этих коэффициен­ тов. Данное правило выбора коэффициентов не зависит от ве­ личины рабочего давления.

Рис. 33. Изменение удельного давле­ ния герметизации в зависимости от марки уплотнительного материала (а), от ширины седла уплотнительной по­ верхности (б) и времени действия на­

грузки при температуре 293К. (в)

В настоящее время все еще отсутствуют надежные рекоменда­ ции по выбору наиболее целесообразных удельных давлений на уплотнитель полимерного клапана для обеспечения герметич­ ности в течение длительного времени, например нескольких ме­ сяцев. Однако следует считать установленным тот факт, что для компенсации релаксационных Изменений в уплотнителе при дли­ тельном хранении газа в различных климатических условиях необходимо создать удельные давления на 20—30% больше при­ нятого по формуле (3), т. е. больше, чем это требуется для созда­ ния герметичности в начальный момент.

77

матуре с минимальным условным проходом рабочей среды. Еще' в более тяжелых условиях работают уплотнители дренажных вен­ тилей, в которых они подвергаются атмосферному воздействию.

Таким образом, использование данных, изложенных в настоя­ щей работе, при проектировании арматуры гарантирует от опас­ ности перегрузки уплотнителя, что является резервом их надеж­ ности и долговечности.

В настоящее время в натурных и лабораторных условиях проверена степень влияния внешних факторов не только на ве-

1

личину удельного давления герметизации, но и на работоспособ­ ность некоторых пластмассовых уплотнений в арматуре пневмо­ гидравлический системы высокого давления. Эти работы подтвер­ ждают то, что при создании уплотнительных устройств и выборе материала нужно проводить исследование влияния внешних условий на работу уплотнителей. Если проектируется конструк­ ция уплотнителя клапанного типа, то исследования нужно про­ водить на металлопластмассовых клапанах, а не на образцах, изготовленных из выбранного материала по ГОСТу.

За критерий надежности металлопластмассового клапана в про­ цессе этих испытаний следует принимать определенное коли­ чество циклов, при котором разрушение уплотняющей поверх­ ности пластмассового уплотнителя не происходит. При всех испытаниях металлопластмассовые клапаны следует устанавли­ вать в корпус той конструкции, для которой выбирается материал и тем самым исключить влияние конструктивного исполнения ар­ матуры на работоспособность уплотнений. Например, для про­ верки работоспособности уплотнителя в запорном вентиле можно рекомендовать стенд, схема которого изображена на рис. 34.

Для проверки влияния пониженных и повышенных температур на величину удельного давления герметизации отпадает необ­ ходимость в испытаниях при этих температурах всей системы

78

машины. Достаточно испытуемый узел смонтировать в закрытом теплоизолированном бачке, в который для обеспечения низких температур можно загрузить измельченный сухой лед, а для со­ здания повышенных температур подавать горячую воду. Темпера­ турный режим следует контролировать термопарой, закрепленной на корпусе агрегата, или термометром.

Для оценки работоспособности металлопластмассовых клапа­ нов в различных климатических условиях следует арматуру с опыт­ ными материалами уплотнителей монтировать в рабочую схему, имитирующую работу системы на машине. При этом уплотнители, которые проверяются при отрицательной температуре, должны предварительно в течение 2—3 суток выдерживаться в камере при относительной влажности 100%. Перед проверкой работо­ способности клапанов при повышенных температурах следует их выдержать в камере при относительной влажности 15—30%.

Результаты экспериментов показывают, что эти граничные условия наиболее полно и с достаточной степенью точности опре­ деляют работоспособность металлопластмассовых клапанов в транс­ портных агрегатах при температурах от 223—230 до 323 К.

В процессе эксплуатации пневмогидравлических систем не исключено попадание пыли и песка во внутренние полости дре­ нажной системы. Поэтому кроме определения влияния на работо­ способность клапанов температурных режимов и влажности сле­ дует определять влияние на уплотняющий материал клапана раз­ личных инородных микровключений. С этой целью необходимо провести сравнительный анализ результатов испытаний на долго­ вечность клапанов, под которые подавался чистый воздух и воз­ дух, загрязненный песком. Кроме того, из партии клапанов, пред­ назначенных для этого вида испытаний (100—200шт.), 10% должны быть подвергнуты дополнительной механической обработке, че­ рез 10—20 циклов работы для получения учитываемого количества инородных включений (для сравнительной оценки 10% клапанов не должны иметь инородных включений).

Для определения влияния качественного состояния седла

вает влажность материала уплотнителя. Чем более сухим является клапан, тем меньше продолжительность его работы. Влажные кла­ паны, т. е. клапаны, находящиеся в камере для просушивания

втечение нескольких часов, выдержали в 2,5—3 раза большее число циклов, чем клапаны, находящиеся в камере просушивания

втечение 2 сут. Клапаны, находившиеся в камере при относи­ тельной влажности 100%, надежно работают значительно боль­

79