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

При этом торцовое уплотнение теряет герметичность: происходит выплеск среды, сопровождающийся быстрым износом поверхно­ стей пары (-—-0,1 км за 1 мин работы), и все описанные очертания поверхностей трения теряются.

Аналогичный характер износа наблюдали и при использовании в качестве абразива кварцевого песка, но интенсивность износа была значительно ниже.

Испытания на гидроабразивных средах показали, что даже при­ менением очень твердых и износостойких материалов в парах тре-

Рис, 120. Схема стенда для испытаний пар трения на агрессивных средах

ния не удается обеспечить длительную их работоспособность, если абразив в большом количестве попадает в зазор. Следовательно, необходима защита уплотнения от абразива.

Для исследований работы пар трения и отработки конструкции уплотнений для агрессивных сред во ВНИИГидромаше исполь­ зовали стенд, показанный на рис. 120.

Испытания проводили на кислотах (фосфорной, серной) и ще­ лочах NaOH различной концентрации с температурой до 100° С и давлением до 4 кгс/см2. Торцовое уплотнение 1 с исследуемой парой трения помещали в корпус 2 стенда, частично заполненный средой (около 10 л). Давление среды создавалось сжатым воз­ духом.

В случае выхода из строя пары трения и прорыва среды наружу поворотом на 180° сектора 3 при помощи рукоятки уровень среды в корпусе 2 понижался настолько, что она уже не могла протекать через уплотнение. Это позволяло также производить осмотр и разборку уплотнения без слива среды из корпуса.

168

Описанные эксперименты можно считать ускоренными, по­ скольку в них сокращен период между отдельными циклами испы­ таний (увеличена их частота). Такое ускорение испытаний воз­ можно только для периодических процессов до тех пор, пока уве­ личение частоты не сказывается существенно на закономерностях самого процесса.

ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ

При исследовании кинематики и динамики уплотнений установ­ лено, что на их упругие элементы действуют вибрационные на­ грузки вследствие неточностей установки уплотнений и вибраций

Рис. 131. Вибрационный стенд для испытаний упругих эле­ ментов уплотнений

вала. Тем самым пружины, сильфоны, мембраны, уплотнительные кольца, манжеты, поводки и другие детали упругих элементов работают на усталость и вибрационное трение. Известно, что уста­ лостная прочность деталей определяется в основном величиной переменных напряжений и до больших значений частоты нагру­ жений не зависит от нее.

175

Во ВНИИГидромаше разработан вибрационный стенд для уско­ ренных испытаний упругих элементов уплотнений (рис. 131). Для создания вибраций элементов использован электромагнитный вибратор 1 с частотой колебаний от 5 до 5000 Гц и амплитудой от нескольких микрометров до 12,5 мм при максимальной динами­ ческой осевой нагрузке 200 кгс. Испытываемые элементы 2 (на рис. 131 показаны резиновые уплотнительные кольца) установлены в корпусе 3, который жестко связан с вибрирующим сердечником. Корпус 3 заполнен жидкостью, давление которой создается на­ сосом 4 или компрессором 5. Ускорение испытаний на усталость достигается повышением частоты вибраций и их амплитуды (если известна зависимость предела усталости от переменного напря­ жения).

На стенде возможно проведение ускоренных испытаний на усталость пружин, мембран, сильфонов; на усталостное разруше­ ние и истирание уплотнительных колец; на вибрационное трение и износ поводков, а также испытаний по подбору наиболее износо­ стойких материалов для них. На стенде можно определять резо­ нансные частоты колебаний упругих элементов.

РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Испытания четвертой группы — испытания износостойкости и надежности работы уплотнений в целом — можно назвать ре­ сурсными испытаниями. Стендовое оборудование здесь отличается простотой, надежностью, автоматичностью работы и должно быть приспособлено для одновременных испытаний группы идентичных уплотнений. Количество уплотнений, составляющих группу, опре­ деляется величиной разброса получаемых данных и желаемой до­ стоверностью результата. В каждом конкретном случае можно использовать методы теории надежности.

Из практического опыта ВНИИГидромаша группа торцовых уплотнений составляет приблизительно 4— 10 шт.

Для ресурсных испытаний на нейтральных или малоагрессив­ ных средах во ВНИИГидромаше применяют типовые стенды (рис. 132). Стенды такого типа применяют для частоты вращения валов 1000, 1500, 3000 и 6000 об/мин с диаметрами до 120 мм при давлениях сред 0—200 кгс/см2 и температуре до 120° С.

На каждом стенде можно испытывать одновременно два уплот­ нения 1, установленных на консольных частях горизонтального вала.

Автоматичность работы стенда при длительных круглосуточ­ ных ресурсных испытаниях обеспечивается установкой: электроконтактных манометров, отключающих стенд при падении или повышении давления больше допустимого; электроконтактных термометров, регулирующих включение и выключение электро­ нагревателей 2 и выключающих стенд при аварийных изменениях температуры; реле максимального тока, отключающих электро-

176

питание стенда при превышении нормы мощности, потребляемой электродвигателем стенда 3 или насосом 4. Эти приборы снабжены системой сигнализации, указывающей, из-за какого нарушения режима работы произошла остановка стенда. Приборы системы автоматики стенда и счетчики часов его работы (кроме электроконтактных манометров и термометров, установленных вблизи

трения силицированный графит ПГ-50С по силицированному гра­ фиту ПГ-50С. Конструкция этих уплотнений отличалась от приве­ денной на рис. 42 только тем, что пара трения не имела канавок и основные диаметры уплотнения составляли: d — 118 мм, D x =

уплотнения с гидродинамической парой трения и основными раз­

В качестве примера зависимостей утечек от времени при дли­ тельных испытаниях на рис. 135 приведены кривые для уплотне­ ний типа, показанного на рис. 7, снятые на воде при давлении 40— 45 кгс/см2, температуре до 40° С и 6000 об/мин вала. Пары трения уплотнений, изготовленные из силицированного графита ПГ-50С двух типов: обыкновенные (d — 55 мм, D 1 = 54 мм, Ь 2 = 60 мм) и гидродинамические (d = 55 мм, D 1 = 53 мм, D 2 — 63 мм, b = = 5 мм, а = 2 мм, г = 5 мм, число канавок 8).

Для проведения ресурсных испытаний на агрессивных средах во ВНИИГидромаше используется стенд, предназначенный для одновременного испытания до четырех уплотнений, установленных

178

Рис. 134. Зависимость суммарного момента трения от давле­ ния для двух уплотнений с гидродинамическими парами тре­ ния (см. рис. 42): светлые кружки — неподвижный вал; чер­ ные — частота вращения вала 3000 об/мин

ч,л/ч

*

J

Рис. 135. Зависимость утечки от времени для уплотнений:

1 — с обыкновенной парой трения; 2 — с гидродинамиче­ ской парой трения

12*

в двух идентичных приборах (рис. 136). Приборы системой тру­ бопроводов связаны с бачками, заполненными агрессивной средой с давлением до 5 кгс/см2 и температурой до 100° С. Давление среды создается сжатым воздухом. Стенд автоматизирован так же, как и показанный на рис. 132. Кроме того, в бачках установлены элек­ тронные сигнализаторы уровня, которые отключают стенд при снижении уровня жидкости ниже допустимого.

Получаемые при ресурсных испытаниях результаты носят ста­ тистический характер и поэтому требуют соответствующей обра­ ботки. Разработка вопросов экстраполяции результатов испытаний, форсирования испытаний с целью более быстрого получения ре­ зультатов и рационального планирования эксперимента имеет

Рис. 136. Схема стенда для ресурсных испытаний уплотнений на агрессивных средах

очень большое значение при ресурсных испытаниях, так как сокра­ щает сроки окончания работ и ускоряет внедрение их результатов. Разработка этих вопросов тесно связана с изучением рабочего про­ цесса того или иного уплотнения и его моделированием.

Форсирование испытаний уплотнений может проводиться по давлению, температуре и скорости вращения. Методика пересчета результатов испытаний с одного параметра на другой для каждого элемента уплотнения различна и требует всестороннего исследо­ вания этого вопроса в каждом конкретном случае. В этом иссле­ довании должен быть рассмотрен также вопрос о взаимосвязи между надежностью элементов уплотнения и узла уплотнения

вцелом.

Взаключение остановимся на некоторых особенностях обо­

рудования и методов испытаний специальных уплотнений.

При испытаниях уплотнений с частотой вращения вала более 6000—8000 об/мин клиноременные передачи становятся ненадеж­ ными и должны заменяться редукторами. С ростом частоты вра­ щения все большее значение приобретают вопросы динамики и неустановившихся процессов, что требует повышения чувстви­ тельности и уменьшения инерционности контрольно-измеритель­ ного оборудования.

180