Xi герметизация (уплотнение) соединений элементов гидросистем



страница1/8
Дата09.08.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
  1   2   3   4   5   6   7   8

Глава XI
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ (УПЛОТНЕНИЕ) СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОСИСТЕМ

Под герметичностью гидросистемы понимается непроницае­мость жидкости, находящейся под некоторым избыточным давле­нием, через стык двух перемещающихся одна относительной другой или неподвижных жестких поверхностей деталей, не составляющих единого целого.

Герметичность достигается устранением зазора между уплот­няемыми поверхностями с помощью уплотнения из какого-либо мягкого эластичного материала (рис. 337, а) или созданием малого зазора между поверхностями соединяемых деталей (бесконтакт­ное уплотнение) (рис. 337, в).

Беззазорное (или близкое к нему) соединение, представленное на рис. 337, а, достигается с помощью уплотнительного элемента из мягкого материала, помещаемого между уплотняемыми поверх­ностями и . Уплотнительный элемент под действием внешней силы или сил давления жидкости поджимается к этим поверх­ностям, создавая плотный контакт.

На рис. 337, б схематически показаны возможные каналы в узле уплотнения подвижного штока, которые должны быть плотно перекрыты мягким уплотнительным элементом . Оче­видно, что наибольшую трудность представит перекрытие канала , т. е. герметизация стыка подвижного соединения, ввиду чего точность и чистота обработки поверхностей, образующих этот канал, должны быть высокими. Герметизация (перекрытие) кана­лов , образованных уплотнительным элементом и неподвиж­ными поверхностями узла, обеспечивается значительно проще. Утечки, обусловленные проницаемостью (неплотностью) мате­риала уплотнительного элемента , устраняются применением для его изготовления соответствующих плотных материалов, в качестве которых в основном используются резины и резиноподобные материалы.

Рис. 337. Принципиальные схемы герметизации гидравлических элементов


Процесс герметизации резиновыми деталями осуществляется за счет внедрения сжатой резины в неровности контактирующих с ней поверхностей; при этом происходит заполнение резиной микроканалов уплотняемой поверхности и перекрытие их.

Очевидно, что при движении контактирующих с резиной по­верхностей процесс перекрытий этих микроканалов, по которым происходит утечка герметизируемой среды, затрудняется и тем сильнее, чем выше скорость движения. При движении уплотняе­мого штока (поршня) резиновая деталь, находящаяся в сжатом состоянии, стремится принять изменяющуюся по ходу конфигу­рацию уплотняемой поверхности, сжимаясь на выступах уплот­няемой поверхности, и, восстанавливается на впадинах.

В соответствии с этим максимально допустимая скорость уплотняемой детали определяется во многом при всех прочих равных условиях скоростью восстановления резиновой деталью своей формы.

Из двух возможных видов подвижных соединений — с посту­пательным и вращательным движением деталей уплотнительного узла более трудно обеспечить герметичность последних соеди­нений. Это обусловлено тем, что в соединениях с поступательным движением имеют место сравнительно небольшие скорости уплот­няемых поверхностей; кроме того, скользящий контакт уплотни­тельного элемента в них происходит по большой поверхности, которая для уплотнения штока равна длине его окружности, умноженной на величину хода. Ввиду этого развивающееся при работе уплотнения тепло рассредоточивается по большой поверх­ности, тогда как в соединениях с вращательным движением это тепло концентрируется на очень небольшой поверхности контакта уплотнительного элемента с валом.

Полную герметичность подвижных соединений практически невозможно обеспечить; в частности при прямолинейном возврат­но-поступательном движении некоторое количество жидкости будет переноситься подвижной уплотняемой деталью в виде жид­костной пленки, которая удаляется с этой поверхности уплотни­тельным элементом (кольцом) и образует с течением времени отры­вающиеся капли. В этом случае обычного течения жидкости через зазоры уплотнения не наблюдается, а происходит лишь заполнение под действием давления жидкостью микрокамер на поверхно­сти движущейся детали в уплотняемой среде и частичное опораж­нивание этих камер вследствие расширения жидкости при выходе этой поверхности в не уплотняемую среду с меньшим давлением.

Ввиду того, что более высокая герметичность достигается усложнением конструкций и ужесточением точности их изготовле­ния, стремиться к получению ее следует лишь для уплотнений внешних соединений, тогда как для внутренних можно допустить некоторую строго регламентированную герметичность.

В технических требованиях на уплотнения во всех странах оговорена допустимая утечка жидкости, которая для соединений внешних деталей агрегатов с пря­молинейным движением обычно составляет 1 - 5 капель за каждую тысячу ходов.

Рис. 338. Схемы двухступенчатых уплотнений штока силового цилиндра

Для повышения надежности герметизации внешних штоков (ва­ликов) гидроагрегатов высокого давления часто применяют двух­ступенчатые уплотнения (рис. 338). Герметизирующий элемент первой ступени лишь снижает давление пе­ред вторым (внешним) элементом, граничащим с внешней средой, не обеспечивая при этом полной гер­метичности. Камера между ступе­нями уплотнения сообщается (обыч­но через обратный клапан) со сливной линией гидросистемы, благодаря чему внешний герметизирующий элемент находится под давлением в этой линии.

В уплотнении, представленном на рис. 338, а, первой ступенью уплотнения является металлическая втулка 1 с гарантированным малым зазором и второй — резиновое кольцо 3 круглого сечения. Полость 2 между ними соединена со сливом.

В уплотнении, показанном на рис. 338, б, первая ступень 1 представляет собой металлическую манжету с тонким усом, прижимаемым к штоку давлением жидкости, и вторая — резино­вое кольцо 2 круглого сечения. Полость 3 между этими уплотне­ниями соединена каналом 3 со сливом.

Применяются также уплотнения с тремя и более уплотняю­щими элементами (для уплотнения агрессивных сред), камеры между которыми соединяются со сливной линией системы или, через дренажную трубку с баком. В замкнутые камеры между уплотнениями часто подводится герметизирующая среда (жидкость или газ) под давлением, превышающим на 0,5 – 1 давление уплотняемой среды.

УПЛОТНЕНИЯ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (СТЫКОВ)

Уплотнения приработкой деталей и прокладками. Герметиза­цию неподвижных соединений осуществляют различными средст­вами преимуществен-но прокладками) зазора между сопрягае­мыми деталями, причем контактное давление в соединении должно превышать давление уплотняемой среды.

Герметичность соединения обеспечивается лишь при условии, что точки контакта сопрягаемых пар образуют замкнутую линию, что может быть осуществлено:



  1. заполнением неровностей уплотняемых поверхностей легко деформируемыми прокладками (рис. 339, а, д — ж);

  2. деформацией внешней силой обеих или одной из уплотняе­мых поверхностей (рис. 339, б — г) (герметизация трубопроводных соединений);

  3. взаимной приработкой поверхностей уплотнения, при кото­рой увеличиваются число и размеры точек соприкосновения.

Поскольку обеспечить такую точность, при которой точки контакта образуют замкнутую линию, приработкой поверхностей затруднительно, последний способ применяется лишь для внут­ренних соединений.

В практике распространен первый способ герметизации (рис. 339, а), который пригоден для уплотнения поверхностей неподвижных соединений с недостаточно высокой чистотой их обработки.

В качестве прокладок применяют различные эластичные материалы, способные компенсировать неровности и другие про­изводные дефекты. Мягкие прокладки должны быть предохранены от выдавливания, для чего их помещают в канавки, образующие замкнутые полости. Если эти средства не предусмотрены, необхо­димо, чтобы сила* трения прокладки о контактные поверхности была больше силы от давления жидкости на ее боковую поверхность, что в основном достигается выбором толщины и ширины прокладки.

Рис. 339. Схемы герметизации Рис. 340. Схемы уплотнений с помощью

стыков мягких прокладок
Прокладочные уплотнения показаны на рис. 340, а — е. Уплотнительные прокладки с прямоугольным поперечным сече­нием, изготовленные из эластичного материала, размещаются обычно в канавках и рассчитываются на полное с некоторым избытком их заполнение (рис. 340, в)\ для этого поперечное сечение канавки должно быть на 30% меньше поперечного сечения уплотнительного кольца (прокладки).

Если требуется обеспечить точное взаимное расположение деталей соединения, а также необходимо разгрузить прокладку от усилий затяжки, применяют соединение, показанное на рис. 340, г — е. Объем прокладки в этом случае должен быть несколько меньше (на 10—15%) объема канавки, однако сечение ее в свободном состоянии должно быть таким, чтобы при сборке происходило сдавливание резины по высоте на 20—25%.

Если выполнить на одной поверхности конический выступ, а на опорной поверхности — соответствующей формы впадину, прокладка будет вдавлена выступом во впадину, благодаря чему герметичность соединения повысится (рис. 339, е). При выборе высоты выступа должны быть учтены эластичные свойства про­кладки.

В масляных гидроагрегатах при давлениях 75 и темпе­ратурах до в качестве прокладок обычно применяют паронит. Для давлений до обычно применяют алюминиевые и медные прокладки шириной 3 - 6 и толщиной 1,5 - 2 . Для более высоких давлений и температур применяют прокладки из стали и других металлов.

К последнему типу уплотнений можно отнести соединение труб с помощью развальцовки (см. рис. 304), в котором разваль­цованная часть трубы служит прокладкой между конусными деталями соединения (штуцера и ниппеля).

Применяются также комбинированные прокладки из несколь­ких слоев различных уплотнительных материалов (металлов и органических материалов). В частности хорошие результаты показали кольцевые гофрированные металлические прокладки (рис. 341, а) с обрезиненными поверхностями (толщина прокладки от 1,2 и выше) и металлические рифленые прокладки, впадины гофров которых заполнены при вулканизированной резиной (рис. 341, б). Герметизация при этом осуществляется в основном за счет мягкого материала. Гофрированные прокладки представ­ляют собой тонколистовые гофрированные или рифленые кольца с заполнителем или без него. Прокладки изготовляются из листо­вого материала толщиной от 0,25 до 0,8 . Число гофров на каж­дой стороне прокладки обычно больше 2 - 3.

Применяются также кольцевые прокладки из мягкого мате­риала с металлической оболочкой иного вида, полностью или частично заполненной мягким уплотнительным материалом (рис. 341, в). Мягкий материал служит герметизирующим элемен­том, металлическая же часть придает уплотнению необходимую жесткость.

Рис. 341. Схемы уплотнительных прокладок


Прокладка, показанная на рис. 341, г, представляет собой проволочную плетенку с резиновым заполнителем; в прокладке, изображенной на рис. 341, д, металлический каркас помещен внутри резиновой части. Прокладка, показанная на рис. 342, е, представляющая металлический каркас (оболочку толщиной 0,2 – 0,65 ), заполненный резиной, применяется в тех случаях, когда необходимо устранить контракт резины с металлическими частями уплотнительного узла.

На рис. 341, ж – и показаны резиновые кольца различных сечений, привулканизированные к металлическим шайбам. На рис. 342 показана одна из этих прокладок треугольного сечения для уплотнения болта. Кольцо после затяжки принимает форму манжеты, которая обеспечивает предварительный натяг.



Металлические прокладки фасонного профиля. С целью сни­жения усилий, требующихся для сжатия прокладки, применяют фасонные и в частности гребенчатые (реечные) (см. рис. 339, ж) прокладки, требуемая деформация которых ограничивается де­формацией (смятием) гребешков. Эти прокладки обычно изготов­ляются из металлов с твердостью ниже твердости материала фланцев (из алюминия, меди и др.), однако применяются прокладки из материала более твердого, чем материал фланцев. Гребни в этом случае врезаются в материал фланцев, герметизируя стык (см. рис. 339, в). Прокладки с шагом гребней 1 - 2 и толщиной от 2 до 5 гребешки располагаются концентрично с большим или меньшим числом рядов (применяются до давлений 700 и выше для температур до ). Недостатком прокладок из твердого материала является то, что вследствие деформирования поверхности фланцев их практически невозможно использовать повторно. Если материал прокладки мягче материала фланцев, то деформируются только гребни прокладки без порчи фланцев.

Рис. 342. Схема герметизации болта


Следует иметь в виду, что при утечке жидкости, обусловленной неплотностями в контакте рабочих поверхностей и в особенности при наличии в жидкости твердых загрязненных частиц, проис­ходит гидроабразивная эрозия, вызываемая течением жидкости через эти неплотности с большой скоростью.

Распространенным типом уплотнения неподвижных соедине­ний является также уплотнение при помощи колец круглого сечения (см. стр. 600). Конструктивные варианты уплотнительных узлов этого типа приведены на рис. 343, а - е. Резиновые кольца круглого сечения применяются для герметизации неподвижных соединений до давлений 1500 и выше. При применении их устраняется необходимость в сильной затяжке болтов, как при обычных прокладках.



Рис. 343. Уплотнения неподвижных соединений резиновыми кольцами круглого сечения


Особые преимущества эти кольца имеют при применении их в узлах с регулируемым положением деталей. К подобным узлам относится узел уплотнения регулировочного винта предохрани­тельного клапана (рис. 343, д). Изменение положения регулиро­вочного винта 1 при его повороте, не нарушают герметичности уплотнения 3. Контровка винта 1 осуществляется контргай­кой 2.

В неразборных соединениях распространено уплотнение круг­лым кольцом, помещаемым в треугольную канавку (рис. 344, а). Уплотнение отличается простотой изготовления и высокой гер­метичностью. Предельное рабочее давле­ние ограничивается лишь величиной за­зора между сопряженными поверхностями и прочностью металлических деталей. Раз­мер канавки (сторона равнобедренного прямоугольника) выбирается равным , где — диаметр сечения кольца в свободном состоянии. Поскольку кольца находятся в подобных соединениях в пе­ренапряженном (деформированном) со­стоянии, соединение обычно не допускает повторного монтажа.



Рис. 344. Схемы герметизации неподвижных соединений


Для уплотнения фланцев (привалочных поверхностей) применяются П-об-разные резиновые манжеты (рис. 344, б), помещаемые в выточке, выполненной на одной (или обеих) уплотняемой поверх­ности глубиной несколько меньше (на 0,2 - 0,3 ) ширины манжеты. Разность диаметров и выбирается такой, что­бы высота уса манжеты была равна (для ); ширина манжеты обычно равна соединении ; толщина стенки манжеты .

Металлические прокладки. При высоких давлениях и тем­пературах применяют металлические прокладки.

При выборе материала прокладки пользуются следующим правилом: если произведение давления жидкости, выраженного в , на температуру в превышает значение 10 000, приме­няют только металлические прокладки, а при меньших значениях применяют металлические и неметаллические прокладки. Как правило, неметаллические прокладки не рекомендуется исполь­зовать при давлениях выше 80 - 85 и температурах выше (исключение составляет чистый асбест, допускающий при низких давлениях температуру ).

Чистота обработки уплотняемых поверхностей фланцев должна быть не ниже 7-го класса.

УПЛОТНЕНИЕ ГИБКИМИ РАЗДЕЛИТЕЛЯМИ

Если требуется создать абсолютную герметичность при малом перепаде давления, обеспечивая при этом малое трение, то при­меняются гибкие разделители (диафрагмы или мембраны), из­готовляемые из резин, резинотканей и реже из металлов — бронзы и нержавеющей стали.

Диафрагмы, предназначенные для работы в условиях высо­ких температур, изготовляются из прорезиненных теплостойких асбестовых и стеклянных тканей с добавлением капроновой ткани для повышения прочности.

В качестве примера применения резинотканевых разделителей можно назвать фигурные диафрагмы газогидравлических аккуму­ляторов (см. рис. 253). Диафрагмы здесь не подвержены в работе действию сил давления, и их функции сводятся к разобщению сред. Эти разделители применяются в большинстве случаев в качестве уплотнительных элементов и реже для получения тягового усилия в гидроприводах автоматики с небольшими ходами (рис. 345). Центральная часть мембраны плотно зажима­ется между двумя металлическими дисками (кольцами).

Для повышения срока службы диафрагмы формуются с желоб­ками (зигами или гофрами) различных форм, которые обеспечи­вают изгиб диафрагмы без растяжения ткани. Максимальный ход плоских диафрагм равен примерно ширине зига или двойной его высоте (рис. 346, а), величина которого обычно не пре­вышает двойной толщины диафрагмы. Величина хода плоских диафрагм без зигов не должна превышать 7—10% диаметра ди­афрагмы.

Максимальный ход тарельчатых диафрагм (рис. 346, б) при­мерно равен двойной (или несколько больше) ее высоте . Высота тарельчатых диафрагм выбирается из расчета 2,5 на каждые 10 диаметра диафрагмы.

Рис. 345. Схемы применения гибких разделителей


Полезную (эффективную) площадь мембраны (рис. 347, а и б) вычисляют по объему вытесняемой ею жидкости при пере­ходе ее из положения а — в положение б: , где — ход мембраны, измеренный по ее оси.

Рис. 346. Разделительные диафрагмы Рис. 347. Расчетные схемы мембраны


Как первое приближение можно принять

,

где - наружный диаметр мембраны (диаметр заделки мембраны в корпусе);



- внутренний диаметр заделки (диаметр жесткой части).

Эффективная площадь мембраны обычно рассчитывается при значении близком к нулю по формуле



. (484)

При этом усилие, развиваемое мембранным приводом (собственной жесткостью мембраны пренебрегаем),



, (485)

где - перепад давления жидкости.

При приложении внешней нагрузки мембрана примет вид, представленный на рис. 347, в.

Применяются также разделители, допускающие значительные перемещения (рис. 348). При перемещении рабочего элемента (поршня) в направлении действия давления жидкости (рис. 348, а) мембрана перегибается, скатываясь на стенки цилиндра, плотно поджимаясь давлением жидкости к его поверхности (рис. 348, 6). Поршень при этом нагружен давлением жидкости на полную поверхность мембраны, а сама мембрана — на поверхность ее перегиба. Усилие, нагружающее мембрану, может быть приближенно вычислено по выражению



, (486)

где - диаметр цилиндра;



- ширина перегнутой части мембраны (зига);

- перепад давления жидкости.

Растягивающее усилие, приходящееся на единицу длину окружности витка диафрагмы,



.

Напряжение материала мембраны



,

где - толщина ткани мембраны.

Резинотканевые мембраны не допускают двустороннего нагружения, при котором образуются сложные перегибы (рис. 348, б), приводящие к разрушению материал.

Рис. 348. Схемы мембранных разделителей Рис. 349. Схемы герметизации с

с большим ходом помощью металлического сильфона




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница