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

зазора, при котором происходило травление рабочей среды, для чего перед началом испытаний фиксировался угол, при котором клапан плотно садился на седло вентиля. Затем поворотом махо­ вичка вентиль открывали до появления сплошного травления воздуха, и также фиксировали угол. Зная углы и конструкцию резьбы штока вентиля, определяли зазор. Травление воздуха производилось из четырех баллонов емкостью 50 л каждый. На­ чальное давление в баллонах равнялось 350-ІО5 Н/м2, конечное давление — 5 -ІО5 Н/м2, время истечения — 4 ч 49 мин.

При испытании клапана с уплотнителем из поликапролактама наблюдалось явление самоуплотнения зазора. Для возобновле­ ния травления необходимо было периодически увеличить зазор по сравнению с первоначальным. За время травления зазор при­ шлось увеличить с 11-ІО"6 до 106-ІО“6 м, Объяснить это можно тем, что при высоких давлениях и температурных режимах в зоне истечения поликапролактам сохраняет свои упругие свойства и после снятия нагрузки с уплотнителя стремится вернуть уплот­ няющую поверхность в исходное положение (в сторону умень­ шения зазора). Полиформальдегид сохранял зазор в процессе всего опыта. По окончании эксперимента обнаружено, что подушка клапана с уплотнителем из поликапролактама никаких дефектов не имела. На уплотнительной подушке из полиформальдегида образовалась дугообразная промоина: на дуге примерно 15° произошло эрозионное разрушение глубиной до 0,3-10“ 3 м. В результате Клапан был выведен из строя. При затяжке макси­ мальным усилием маховичка вентиля герметичности получить не удалось, так как имело место сплошное травление из-под клапана.

Анализируя приведенные данные, можно констатировать, что металлопластмассовые клапаны с уплотнителем из поликапро­ лактама более стойки к эрозионному разрушению воздухом, чем клапаны с уплотнителем из полиформальдегида.

Таким образом, из всего сказанного следует, что при проекти­ ровании арматуры в пневмогидравлических системах высокого давления с уплотнительными элементами необходимо учитывать ряд условий работы последних: температуру окружающей среды, место расположения и конструктивное исполнение арма­ туры и т. д. В зависимости от условий работы уплотнителей сле­ дует выбирать для них тот или иной материал.

§ 12. Пластмассы для герметизации соединений трубопроводов

Выбор материала уплотнителя

К соединениям трубопроводов гидравлических систем подъемно­ транспортных машин предъявляют весьма жесткие и специфиче­ ские требования. Эти требования включают в себя обеспечение полной герметичности при всех условиях эксплуатации системы, высокую вибропрочность, минимальный вес, способность выдер­

85

жать заданное число переборок при высокой герметичности, тех­ нологичность изготовления и обеспечение взаимозаменяемости.

Опыт использования пластмасс в качестве уплотняющих ма­ териалов показал, что полимеры могут быть с успехом применены не только в клапанных устройствах, но и для уплотнений соеди­ нения трубопроводов. Причем исследования, проведенные и опи­ санные ниже, показали, что полимерные прокладки определенной формы, конструкция которых отличается от обычных металличе­ ских и резиновых прокладок, обладают рядом преимуществ перед ними в условиях эксплуатации транспортных машин.

В этом плане ниппельное соединение трубопроводов с пласт­ массовой линзой, конструкция которых описана выше, представляет определенный интерес. Применение этих линз позволило значи­ тельно снизить усилия, которые требуются при затягивании нип­ пельного соединения. Максимальное усилие, требующееся для создания герметичности при давлении 500-ІО5 Н/м2 в ниппельном соединении с условным проходным диаметром Dy = 15-10' 3 м, не превышало 160 Н на плече обычного гаечного ключа. Для создания герметичности при этом же давлении с линзами Dy = = 10-10' 3 м достаточно еще меньшего усилия (затягивание можно производить рукой без ключа).

Однако современные литературные источники не дают ника­ ких данных о применении полимерных линз в качестве уплот­ няющих элементов в пневматических и гидравлических системах. Установлено, что принципиальное заключение о возможности использования новых пластмасс в качестве уплотняющего эле­ мента в системах высокого давления можно сделать только после тщательного анализа работоспособности выбранного материала в конкретных условиях.

Для предварительной оценки работоспособности выбранного материала можно испытать прокладку в приспособлении, пред­ ставляющем собой элемент открытого фланцевого соединения с линзовым уплотнителем (рис. ,38). Через вентиль 2 подается рабочая среда (вода, масло АМГ-10 и др.), давление контроли­ руется по образцовому манометру 3. Приспособление автономно, дает возможность легко заменять элементы фланцевого соедине­ ния 1 и испытывать линзы с различной величиной условного про­ хода. Для предварительной оценки выбранного материала линзы должны быть изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТ 10493—63 для стальных линз. Эти линзы необходимо подвергнуть следующим видам испытаний: 1) статическим испытаниям — путем выдержки под непрерывным давлением в течение времени, равного времени цикла работы машины; 2) динамическим испыта­ ниям — путем производства циклов (цикл должен состоять из подачи рабочей среды noj], определенным давлением и сброса дав­ ления до 0); 3) испытаниям на вибрационную стойкость с пара­ метрами вибрации по ТУ на данную машину. Испытания по перо­ вым двум пунктам нужно производить при нормальной, повышенной

86

и пониженной температурах. Испытания по третьему пункту до­ статочно производить при нормальной температуре.

Рассмотрим эксплуатационные возможности применения кап­ рона, фторопласта, эбонита, полиэтилена в качестве уплотни­ теля соединений трубопроводов. Эти материалы выбраны по­ тому, что каждый из них является характерным для определен­ ной группы пластиков и результаты, полученные для них, пока­ зательны для всей группы. Кроме того, данные материалы нашли широкое применение в различного рода промышленной пневмо­ гидравлической арматуре.

Рис. 38. Фланцевое соединение для испытания линз

Анализируя результаты многочисленных экспериментов с этими материалами, мы пришли к следующим результатам.

1.Применение линз из полимерных материалов вполне до­ пустимо.

2.Лучшие результаты показали линзы, изготовленные из капролона.

Как в ниппельном, так и во фланцевом соединениях они выдер­ живают непрерывное статическое давление рабочей среды (400-4- -4-500) ІО5 Н/м2 в различных температурных условиях (220—323 К)

втечение длительного времени. Дали хорошие результаты и ди­ намические испытания (линзы выдержали несколько десятков тысяч циклов, 40% из которых при температуре 320 К). Испыта­ ния капролоновых линз на вибростойкость также прошли удачно. Работа устройства на вибростенде с перегрузкой более 5 g не отразилась на прочностных и герметизирующих свойствах линз.

3.Линзы из фторопласта надежно выдерживают в открытом фланцевом соединении значительно меньшее давление (порядка 100-10® Н/м2), они выходят из строя из-за значительного изме­

87

4—5 мин, после чего происходит разрыв линзы. Следовательно, в качестве материала для линз целесообразно применять полимер типа капрона ифторопласта. Однако полимеры типа фторопластов, имеющие предел прочности при растяжении в четыре-пять раз меньше, чем полимеры типа капрона, не могут использоваться в открытых соединениях. Эти материалы рекомендуется приме­ нять в ниппельном соединении, где накидная гайка армирует уп­ лотнитель (см. рис. 10, б). Эбонит в качестве материала для уплот­ нительных линз, .работающих при высоких давлениях, рекомен­ дован быть не может, так как из-за большой хрупкости не выдер­ живает высоких давлений сколько-нибудь длительное время.

5. Линзы из полипропилена плохо сопротивляются радиаль­ ному давлению рабочей среды. Даже при давлении порядка (50-^100) ІО5 Н/м2 и нормальной температуре в течение первого часа работы на линзах появляются трещины, вызывающие разру­ шение линзы и нарушающие герметичность.

6. Линзы из полиэтилена при нормальной температуре могут показать достаточную надежность в работе, хотя при этом и зна­ чительно изменяют свою внешнюю форму. Однако при повышен­ ных температурах (порядка 323 К) они под действием давления рабочей среды сильно деформируются и не обеспечивают герме­ тичность соединения.

7. Линзы из полиформальдегида, смолы П-68 и поликапро­ лактама показывают очень высокую прочностную стойкость и выдерживают давление рабочей среды до (400-4-500) ІО5 Н/м2 непрерывно в течение 100 ч и кратковременное (до 1 ч) давление порядка 800ІО5 Н/м2. При этом линзы никаких существенных де­ фектов не получили и могут повторно использоваться в соеди­ нениях. Повышенные и пониженные температуры на эти линзы

длительного механического воздействия, рекомендуется использо­ вать линзы из полиформальдегида, капролона, смолы П-68 и поликапролактама.

Для более полной оценки работоспособности выбранного ма­ териала необходимо определить предельное удельное давление на уплотнитель от осевого усилия затяжки. Величина удельного линейного давления определяется по формуле

ЯQy/Гуср) /^ср

88

Величина угла подъема a t средней винтовой линии весьма мала. (Для обычных диаметров в силовых резьбах меньше 0,06). На этом основании параметром а можно пренебречь, и формула (6) примет вид

Были подвергнуты испытаниям линзы из полиэтилена, полифор­ мальдегида, полипропилена, смолы П-68, поликапролактама.

Линзы из всех материалов показали высокую стойкость к осе­ вой внешней нагрузке. Все линзы в условиях отсутствия внутрен­ него давления рабочей среды выдерживали без существенного изменения формы удельные линейные давления до 500-ІО5 Н/м2, что соответствует усилию затягивания гайки при пользовании клю­ чом с нарушением принятых норм эксплуатации, т. е. соответ­ ствует осевому усилию, которое создается на гайке, если затяги­ вают ее ключом с увеличенным в 10 раз плечом приложения силы.

Частота вибрации элементов гидросистемы зависит от жесткости их крепления и соединения, причем она тем выше, чем больше жесткость всей системы. Можно ожидать, что частота колебаний трубопровода, закрепленного на агрегате с металлическими уплот­ нителями, будет больше частоты колебаний той же трубы с пласт­ массовыми уплотнителями. Это обстоятельство вызывает необхо­ димость проверить, как будут реагировать соединения трубопрово­ дов на вибрации, возникающие в гидросистеме при ее работе и транспортировке машин, а также как влияет выбранное соедине­ ние на вибрацию агрегата.

С этой целью необходимо проводить специальные испытания демпфирующих свойств линзовых соединений с количественной оценкой процесса демпфирования.

Линзы должны монтироваться в ниппельных закрытых соеди­ нениях 1 (рис. 39) центральной части трубопровода. Этот уча­ сток трубопровода должен иметь возможность устанавливаться под различными углами к вертикальной плоскости гидропанели, благодаря чему можно менять параметры вибрации. Испытания проводятся два раза: в турбопроводы панесли подается рабочая среда под давлением и без давления. Контроль давления произво­ дится по манометру 3, сброс давления осуществляется с помощью вентиля 2.

89