Файл: Голубев, А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов.pdf

ПГ-50С, снабженными канавками (см. рис. 40, в), отношение alb =

Для гидростатических торцовых уплотнений ширина поверх­ ности трения значительно больше, чем для обыкновенных и гидро­ динамических уплотнений. Она определяется балансом сил в уплот­

печивать наименьшие деформации уплотняющих поверхностей пары трения. Нужно стремиться к осесимметричной форме колец с сечениями, близкими к прямоугольнику или квадрату.

Рис. 92. Схема к расчету напряжений в кольцах пары трения:

а — к о л ь ц о п е р е м е н н о й ш и р и н ы ; б — к о л ь ц о с б а н д а ж о м

Для колец, изготовленных из хрупких материалов, места пе­ рехода кольцевого выступа, образующего поверхность трения,

косновному сечению кольца должны иметь плавное скругление радиусом 1—3 мм. Это повышает прочность колец примерно в 2 раза по сравнению с переходом в виде острого угла [60].

Для приближенной оценки величины растягивающих напряже­ ний, возникающих при переходе от одного размера сечения кольца

кдругому (рис. 92, а) вследствие изменения радиальной деформа­ ции кольца, можно использовать формулу (радиус кругления принят равным нулю)

хрупких и твердых материалов (углеграфиты, силицированные графиты, керамика, твердые сплавы) является их вклейка в метал­ лические обоймы, крышки и т. п. Во ВНИИГидромаше и на НМЗ

132

широко применяют вклейку колец на клеевом лаке Ф-10, содержа­ щем фуриловую и фенолформальдегидную смолы, а также на фенол­ формальдегидной смоле.

Кольцо устанавливают в обойму с зазором 0,1—0,2 мм на диа­ метр. Шероховатость поверхностей под вклейку должна быть не выше V5. Поверхности тщательно очищают и обезжиривают (ацетоном, спиртом). Затем их промазывают клеем и выдерживают на воздухе не менее 30 мин до его подсыхания «до отлипа». Затем снова промазывают клеем и сушат «до отлипа». Обоймы нагревают до '—80° С, и в них вставляют кольца. Кольца прижимаются тор­ цами к обоймам с помощью струбцинок. Детали помещают в термо­ шкаф, в котором полимеризуется клей. Температура в термо­

в пустоты при испытании на герметичность. Затем кольцо с обой­ мой закрывают двумя крышками (рис. 93). В образовавшемся объеме создается вакуум, а снаружи с помощью пипетки наносят клей. Клей заполняет пустоты в местах нарушения герметичности. После этого клей повторно полимеризуется в термошкафу. Доводку колец производят после их вклейки в обоймы.

Лак Ф-10 и фенолформальдегидная смола допускают при эксплуатации температуры до 150° С. Для более высоких темпера­ тур рекомендуется вклейка колец на клее ВС-350. Технология вклейки приблизительно та же, однако выдержка в термошкафу

дуктах.

Для работы на воде, растворах солей и в агрессивных жидко­ стях (за исключением щелочей и сильных окислителей) применяют кольца, вклеенные лаком Ф-10.

Вклейка обеспечивает простоту и компактность закрепления колец. Одновременно повышается надежность и безопасность ра-

133

боты уплотнения, так как при возникновении трещин в кольцах они удерживаются клеем в обоймах и не разрушаются.

К недостаткам вклейки следует отнести отмечавшиеся ранее деформации вклеенных колец.

Прочное соединение колец с обоймами достигается при напря­ женной или прессовой их установке в обоймы, однако такая уста­ новка часто вызывает появление трещин в кольцах из хрупких материалов (ПГ-50С, ЦМ-332 и др.).

Значительно меньше напряжения и деформации при свобод­ ной установке колец (см. рис. 5, 6, 14). Свободную установку ко­ лец (без каких-либо плотно охватывающих их деталей) в боль­ шинстве случаев нельзя рекомендовать для колец из хрупких материалов, так как в этом случае их растрескивание сопровож­ дается полным разрушением колец.

рис. 92, б). Рассчитать натяг и толщину бандажа можно, исполь­ зуя выражения для напряжений в стенках составной трубы. Величина натяга А должна быть такой, чтобы при температурном расширении бандажа и кольца во время работы уплотнения натяг не уменьшался до предела, при котором возможно проворачива­ ние кольца моментом трения. Для бандажей поэтому желательно выбирать материалы с коэффициентами температурного расшире­ ния, близкими к коэффициентам колец.

Для приближенной оценки тангенциальных напряжений растя­ жения в бандаже и сжатия в кольце, если принять, что они равно­ мерно распределены по сечениям, можно использовать формулы

Если на наружную поверхность кольца с бандажем действует давление р, то тангенциальные напряжения сжатия кольца

Бандажи не вызывают значительных дополнительных дефор­ маций колец при работе уплотнений, поскольку они сравнительно тонкие и имеют равномерную толщину.

Испытания во ВНИИГидромаше уплотнений, снабженных кольцами из ПГ-50С с бандажами, при давлении воды до 50 кгс/см2, температуре до 70° С и скорости скольжения в парах до 20 м/с

134

показали достаточную надежность и герметичность таких уплот­ нений.

Остановимся на особенностях конструкции разъемных колец торцовых уплотнений.

Кольца из материалов с невысокой хрупкостью составляются из частей с пригнанными (шлифованными и притертыми) торцами. Крейн Пекинг (Англия) использует для закрепления и стягива­ ния колец металлические хомуты (см. рис. 21) на диаметры валов до 1500 мм либо резиновые бандажи на диаметры валов до 170 мм. В последних применяют углеграфитовые разломанные на две части кольца. Эти кольца могут быть изготовлены только из

колец их стыки были достаточно плотными. После разлома произ­ водили доводку поверхности трения кольца в собранном виде.

8. Учитывая большую опасность попадания абразивных ча­ стиц в зазор пары, следует применять конструкции уплотнений, в которых утечка жидкости направлена против действия сил инер­ ции (от периферии к центру). В таких уплотнениях утечки жидко­ стей значительно меньше [60], а условия охлаждения лучше, чем в уплотнениях с обратным направлением утечки. Вероятность засорения дросселирующих отверстий и капилляров в гидроста­ тических парах трения меньше в том случае, если они располо­ жены во вращающихся кольцах. При этом возможна также уста­ новка фильтрующих элементов, которые, вращаясь в жидкости, практически не засоряются.

9. При выборе варианта, какое из колец пары трения делать вращающимся, а какое — неподвижным, следует учитывать, что вращающееся в жидкости кольцо имеет значительно более высокий коэффициент теплоотдачи, чем неподвижное. Вращающееся кольцо поэтому желательно иметь из материала с более высоким коэффи­ циентом теплопроводности. Изменяя несколько форму колец пары трения —• применяя кольцевые выточки или отдельные карманы вблизи поверхности трения, можно улучшить отдачу тепла от пары и снизить ее температуру.

135

ций и коррозии (фреттинг-коррозия). При использовании угле­ графитовых вращающихся колец (см. рис. 3 и 5) вибрационного изнашивания втулок в контакте с ними не наблюдается, однако щелевая коррозия возможна (например, на морской воде со втул­ ками из хромоникелевых сталей).

Значительный вибрационный износ наблюдался в контакте обоймы вращающегося кольца со втулкой (см. рис. 42), выпол­ ненных из стали Х18Н9Т. Изношенная поверхность втулки за 700 ч работы при 3000 об/мин вала и давлении воды 160 кгс/см2 показана на рис. 95.

Чтобы защитить контактные поверхности от вибрационного износа, помимо использования материалов мягкий по твердому (пластмасса по металлу, углеграфит по металлу и т. п.), можно рекомендовать различные покрытия. Хромированные поверх­ ности в контакте с хромированными (твердое хромирование, тер­ мохромирование) имеют достаточную износостойкость при вибра­ ционном трении. Это относится и к оксидированным поверхностям титановых сплавов (ВТ-1, ВТ-3). По-видимому, для этих целей можно использовать плазменное напыление твердых материалов, азотирование, цианирование и другие процессы.

КОНСТРУКЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ УПЛОТНЕНИЙ

ПРУЖИНЫ

Большинство конструкций упругих элементов торцовых уплот­ нений включает пружины, обеспечивающие герметичность кон­ такта и компенсацию износа пары трения. Вместо пружин иногда используют также магнитное притяжение колец пары, но это усложняет и удорожает конструкцию уплотнения и не всегда возможно по условиям коррозионной стойкости соответствующих материалов.

При износе пары трения натяжение пружин уменьшается. Конструкция пружин должна обеспечивать снижение удельного давления с учетом полного износа пары трения не более 10—20%.

Усилие пружины должно быть значительно больше силы тре­ ния уплотнительных колец, манжет, сил жесткости сильфонов, мембран и других уплотнительных элементов. При сборке уплот­ нения всегда следует проверять свободу движения кольца пары трения под действием пружины и его подвижность в отношении перекоса.

Можно рекомендовать снимать полную характеристику упру­ гого элемента в сборе при его нагружении и разгрузке. При этом образуется петля гистерезиса нагрузки, величина которой опре­ деляется трением и свойствами уплотнительных элементов. Чем меньше ширина петли, тем меньше влияние дополнительных сил на работу пары трения.

137