Xi герметизация (уплотнение) соединений элементов гидросистем


Прочие вопросы конструирования уплотнительного узла



страница8/8
Дата09.08.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   2   3   4   5   6   7   8

Прочие вопросы конструирования уплотнительного узла. Ка­чество рассматриваемого уплотнения зависит от способа компо­новки уплотнительного узла относительно уплотняемой среды и герметизации подвижного в осевом направлении кольца.

Наиболее рациональной является схема с наружным подводом жидкости к уплотнительным пояскам (см. рис. 393, а и 395), при котором улучшается отвод тепла от места трения, а также умень­шается вероятность попадания в зазор между уплотнительными кольцами твердых частиц, которому в этом случае противодейст­вует центробежная сила.

Работа торцового уплотнения во многом зависит от герметиза­ции и способа обеспечения осевого перемещения подвижного в осе­вом направлении кольца. Наиболее пригодными для герметизации этого соединения при нормальных температурах являются рези­новые кольца круглого сечения. При работе в условиях высоких температур и агрессивных сред применяется металлический сильфон (рис. 393, б и в).

Металлический сильфон одновременно используют и в качестве пружины для создания уплотняющего усилия в осевом направ­лении. Надлежащим размещением торцовых поверхностей колец относительно эффективного диаметра сильфона (рис. 396, а) можно также регулировать контактное давление на торцовых по­верхностях уплотнительных колец в зависимости от рабочего дав­ления уплотняемой среды.

При разработке торцовых уплотнений с сильфоном необходимо учесть возможность возникновения резонансных явлений и в част­ности явлений, обусловленных крутильными колебаниями, вызываемыми силами трения между скользящими поверхностями колец. Изменения величины этой силы вызовут колебания в за­крутке сильфона, амплитуда которых может при известных условиях недопустимо возрасти. Возможность подобных колебаний особенно реальна при малой скорости, когда движение вращаю­щегося кольца фактически чередуется с остановками. Сильфон при остановке кольца будет закручиваться до тех пор, пока его со­противление кручению не превысит силу трения покоя. После того как вращающееся кольцо придет в движение коэффициент трения понизится и энергия закрученного сильфона вызовет заброс угловой скорости кольца с переходом его через равновесное поло­жение и последующей остановкой; после этого цикл повторится.

Рис. 396. Схемы торцового уплотнения с прижимом подвижного кольца с помощью сильфона (а) и магнитного взаимодействия (б)


Для поджима подвижного в осевом направлении кольца к не­подвижному обычно применяются одно- (см. рис. 393, б и в) и много­пружинные (см. рис. 393, а и г) устройства. Недостатками устрой­ства первого типа являются трудность обеспечения равномерного прижима (создания уплотняющего давления) по всей торцовой по­верхности уплотнительных колец, а также габаритные ограничения в осевом направлении. Применение многопружинных устройств упрощает регулирование усилия поджима, которое в этом случаев достигается изменением количества пружин. Кроме того, послед­ние устройства имеют меньшую, чем однопружинные, длину в осевом направлении.

Пружину можно устанавливать как на не вращающейся, так и. вращающейся детали, однако во избежание завихрения жидкости, создающегося вращающейся пружиной, ее рекомендуется устанав­ливать на не вращающейся детали.

Предварительное прижатие подвижного в осевом направлении кольца к неподвижному в некоторых конструкциях торцовых уплотнений осуществляется силами магнитного взаимодействия. В этой схеме (рис. 396, б) посаженное в корпусе кольцо, изготов­ленное из магнитного сплава, создает магнитные силы, которые притягивают подвижное кольцо из ферромагнитного материала. Это обеспечивает равномерное прижатие подвижного кольца к не­подвижному, а также высокую герметичность уплотнения, обус­ловленную частично силами молекулярного взаимодействия.

При применении уплотнения с магнитным прижимом жидкость не должна быть загрязнена стальными частицами, для чего перед уплотнением устанавливается магнитный уловитель.

Уплотнения этого типа, выпускаемые некоторыми иностранными фирмами, рекомендуются для давлений уплотняемой среды 210 при .

Рис. 397. Схемы устройств для принудительного ведения уплотнительного кольца


Для того чтобы исключить передачу крутящего момента, обус­ловленного трением колец, через эластичный поджимной элемент, в уплотнениях большого размера применяют устройства для предотвращения от проворачивания подвижного в осевом направ­лении уплотнительного кольца. Для этого применяют различные механические средства фиксации с помощью шпонки (рис. 397, а), штифта (рис. 397, б), шлицев (рис. 397, в) и пр., из которых наи­более совершенным является многошлицевое соединение. При небольших размерах уплотнения крутящий момент передается подвижному кольцу уплотнения через сильфон или поджимную пружину. Концы витков пружины в сжатом состоянии закреп­ляются в пазах соответствующих деталей (рис. 397, д).

Торцовое уплотнение из неметаллических материалов. Пред­ставляет интерес торцовое уплотнение, одно из колец которого изготовлено из фторопласта, твердой резины и прессованной дре­весины. Подобное уплотнение допускает более высокие, чем ман­жетные уплотнения, давления жидкости, обладает малым трением, менее точно в изготовлении и обеспечивает высокие герметич­ность и срок службы (до 10 000 и более).

Схема подобного кольца показана на рис. 398. Контактная часть ориентирующегося кольца а выполнена из твердой резины (твердость по Шору 95).

Надежность и срок службы этого уплотнения зависят от формы кольца, которое должно быть достаточно жестким, чтобы проти­водействовать радиальным силам давления уплотняемой среды и обеспечивать приработку. Этим усло­виям наиболее полно отвечает кольцо трапециевидной формы.

В отличие от торцового уплотнения с кольцами, изготовленными из твердого материала, коэффициент разгрузки рассматриваемого уплотнения несколько изменяется с повышением давления, что обусловлено изменением диаметров и кольца под действием давления жидкости, а также деформа­цией его кромки со стороны рабочей среды. В результате действия этих факторов образуется щель, сужающаяся в направлении утечек жидко­сти, вследствие чего соответственно повышается разгружаю­щий эффект давления жидкости, затекающей в эту щель. Для уменьшения влияния давления на коэффициент разгрузки умень­шают размер консольной части кольца .



Рис. 398. Схемы торцового уплотнения с резиновым уплотнительным элементом


УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР

Для герметизации подвижных соединений, предназначенных для работы под высоким давлением (500 и выше), приме­няют мягкие уплотнительные кольца и набивки, а также металли­ческие или комбинированные кольца из мягкого и жесткого ма­териалов.

Резиновые уплотнительные кольца могут применять, если исключить возможность выдавливания резины в зазор при отно­сительно высоких давлениях (8000—10 000 ). В качестве Защитного кольца в этом случае применяют неразрезное металли­ческое кольцо фасонного сечения, которое расширяясь под дей­ствием сил давления жидкости, полностью устраняет зазор в сое­динении.

На рис. 399 представлены схемы уплотнительных устройств для высоких давлений среды, действие которых основано на ис­пользовании принципа нескомпенсированных площадей, заклю­чающегося в том, что жидкость воздействует на уплотнительный элемент через промежуточное устройство, усиливающее это воз­действие.

Типичным уплотнением этого типа является уплотнение с по­мощью Т-образного уплотняющего кольца 1 из синтетического каучука (рис. 399, а), к которому с обеих сторон прилегают по несколько разрезных опорных колец 2 малого сечения из более жесткого, но упругого материала (например, фторопласта-4). Усилие, развиваемое давлением жидкости на Т-образное кольцо, передается на соответствующие, в зависимости от направления давления, опорные кольца 2, которые, деформируясь под дейст­вием этого давления в радиальном направлении, герметизируют зазор, устраняя возможность выдавливания в него резинового Т-образного кольца.

Контактное давление опорного кольца может быть вычислено без учета жесткости материала по выражению



где и — торцовые поверхности соответственно Т-образ­ного и опорного колец.

Поскольку площадь Т-образного кольца больше площади опорного кольца (), последнее будет поджиматься к сопряженным поверхностям с контактным давлением, превышающим давление уплотняемой среды. Это уплотнение пригодно для работы при давлениях до 1500 и выше.

Рис. 399. Схемы уплотнений для агрегатов высоких давлений


Уплотнение подобной схемы, предназначенное для давлений 700 , показано на рис. 399, б. Давление жидкости, дейст­вующее на резиновое коль­цо 1, расширяет, сжимает проставочные кольца 2, прижимая их к уплотняе­мым поверхностям. Под­бором величины площади резинового кольца 1, на которую действует давление жидкости, и площади проставочных колец 2 можно получить требуемое уси­ление контактного давления.

Для обеспечения герметичности при малых давлениях должно быть предусмотрено некоторое расширение концов губок (уса) по сравнению с основанием. Высота этих губок не должна быть излишне большой, поскольку увеличение ее связано с повышением трения.

Для давлений 1500 применяют также рассмотренные ранее Е-образные манжеты (см. рис. 369, в) с чугунным порш­невым кольцом , цредохраняющим манжету от выдавливания в зазор.

При высоких давлениях применяют также уплотнения (рис. 400), которые по своему устройству аналогичны уплотнению из эластомеров (см. рис. 361) с той лишь разницей, что они изготовляются из нержавеющей стали, бронзы или серебра. Герметич­ность этих уплотнений обычно создается, как в эластичных уплот­нениях, за счет внешней силы (рис. 400, а и б), а также в резуль­тате дополнительной деформации рабочей части уплотнения под действием рабочего давления. Эти уплотнения одновременно при­годны, если в них отсутствует какой-либо эластомерный элемент, для работы при высоких температурах.

При уплотнении этими кольцами поршня силового цилиндра предварительная плотность контакта обычно создается при помощи прижатия губ распорными кольцами 1 (рис, 400, а) или упругой мягкой набивкой 2 и 3 (рис. 400, б и в). Твердость металла уплот­няющего колеса должна быть ниже твердости сопряженной с ним поверхности.

Рис. 400. Схемы уплотнений U-образных металлическими манжетами


На рис. 400, г показана схема уплотнения штока силового ци­линдра с помощью пакета подобных металлических U-образных манжет, плотность контакта которых со штоком при нулевом и малом давлении достигается с помощью внешней силы (затяжки сальниковой буксы).

Наиболее трудным является обеспечение герметичности гид­роагрегатов и соединений трубопроводов в условиях высоких тем­ператур и особенно в сочетании с высокими давлениями. Это объясняется тем, что при повышении температур вязкость жидко­сти понижается, резины же стареют и детали из них теряют меха­нические свойства. Поэтому для уплотнения неподвижных сое­динений при высоких температурах (до ) и давлениях (300 ) применяют уплотнительные кольца круглого сече­ния, изготовленные из пластмассы. Созданы также конструкции гидроагрегатов с охлаждением уплотнительного узла, а также устройства для защиты гидроагрегатов от перегрева при высоких температурах окружающей среды.

Однако радикальное решение вопросов герметизации при высо­ких температурах (выше ) осуществимо лишь на базе применения жаропрочных мягких или металлических уплотнительных материалов, причем последние являются наиболее пер­спективными также для Гидроагрегатов, расположенных в зонах ядерной реакции. Они незаменимы и при применении некоторых жидкостей, обладающих специфическими физико-химическими свойствами.

Следует учесть, что при применении металлических уплотне­ний повышается требование к точности и чистоте обработки. Вы­сота микронеровностей контактных поверхностей при применении металлических колец должна быть не более 0,6 , размерная точ­ность обработки деталей плунжерных пар обычно выбирается рав­ной 0,8 на 1 диаметра плунжера.

Очевидно, для высоких температур пригодны рассмотренные выше металлические поршневые кольца. Для уплот­нения вращательных соединений пригодно торцовое уплотнение с термопрочными кольцами.

Для работы при температурах до и давлениях до 200 применяют асбестовые манжеты шевронного типа и асбестопроволочные манжеты, изготовляемые из асбестовой ткани саржевого плетения, армированной латунной проволокой. Подоб­ные манжеты выпускают преимущественно шевронного типа.

Хорошую герметизацию обеспечивают металлические пусто­телые манжеты шевронного типа (рис. 401, а), изготовляемые из стеллита, кобальта, нержавеющей стали, бронзы и других металлов с толщиной стенки 0,1 - 0,15 . Сжатие губок этих манжет при монтаже, требующееся для обеспечения герме­тичности уплотнения при малых давлениях не превышает 0,1 - 0,5 .

Рис. 401. Схемы металлических уплотнений плунжеров


Применяются также уплотнительные металлические манжеты (кольца) сплошного сечения, герметизирующая часть которых обычно выполняется в виде заостренного уса (рис. 401, б и в). Подобные манжеты применяются для уплотнения поршня и штока силового цилиндра при температурах до . Герметич­ность при отсутствии давления достигается здесь за счет предвари­тельной деформации заостренного уса. При повышении давления жидкости ус прижимается к сопрягаемой поверхности дополни­тельно и силой давления. Эти манжеты изготовляют из бронзы и мягкого чугуна при работе в паре со стальным азотированным цилиндром.

Хорошую герметичность в условиях высоких температур обес­печивают полые металлические кольца круглого сечения (рис. 402, а и б), которые применяют в основном в неподвижных соединениях.

На рис. 402, в показана схема такого кольца для герметизации крышки высокотемпературного клапана.

Рис. 402. Схемы установки в канавках полых металлических колец круглого сечения (а - б); в – уплотнение крышки клапана полыми металлическими кольцами круглого сечения


Глубину прямоугольной канавки (см. рис. 402, а), от которой зависит величина обжатия кольца, выбирают для неподвижных соединений из расчета деформации кольца при монтаже попереч­ного сечения, равной — для малых сечений и для больших сечений, где — внешний диаметр кольца.

Для предохранения кольца от чрезмерных окружных напряже­ний при монтажном обжатии его в канавке кольцо помещается в последней с минимальным боковым зазором . Наружный диаметр канавки под кольцо обычно выполняют таким, чтобы кольцо в свободном состоянии касалось с некоторым натяжением внешней стороны канавки, а по внутренней был обеспечен небольшой за­зор . Для этого наружный диаметр канавки выполняют на 0,02 - 0,25 меньше наружного диаметра кольца.

Обычно эти кольца не рекомендуется использовать повторно после демонтажа, так как они деформируются при монтаже за пре­делы упругой деформации, кроме того, остаточная деформация на отдельных участках уплотняемой поверхности, полученная в первом случае применения, может не соответствовать особенно­стям повторного монтажа.

Однако кольца с фторопластовым покрытием допускают монтаж и демонтаж до 15 раз, а кольца с покрытием из серебра — до 4 раз.

Кольца при изготовлении свариваются встык сопротивлением с последующим шлифованием заподлицо сварного шва. Оконча­тельные размеры кольца выдерживаются с точностью до 25 ; чистота обработки сопряженных с кольцом поверхностей должна быть не ниже ; следы обработки должны быть концентричны кольцу. Толщина стенок распространенных размеров колец из нержавеющей стали составляет от 0,1 до 0,5 .

Для повышения герметичности и коррозионной стойкости внешнюю поверхность кольца в зависимости от температуры покрывают фторопластом, серебром, индием и другими мягкими металлами. Кольца, предназначенные для работы при низких температурах, изготовляют из нержавеющей стали и покрывают фторопластом или серебром. Кольца, предназначенные для работы при низких и высоких температурах, изготовляют из инконеля или из тугоплавких металлов и покрывают серебром, золотом или пла­тиной.

Уплотнения с этими кольцами пригодны для работы при соответствующем выборе материала в диапазоне температур от до ; при применении специальных материалов тем­пературный интервал может быть расширен от до . Предельная температура для колец из нержавеющей стали состав­ляет от до . Уплотнения обеспечивают герметичность как при малых (0,1 - 0,2 ), так и при высоких давлениях. Максимальные давления рабочей среды — до 3500 .

Рис. 403. Схемы полых металлических колец


Применяются кольца следующих типов:

1. Кольцо из согнутой металлической трубки, концы которой сварены встык. В зависимости от толщины стенки трубки такие кольца (рис. 403, а) можно применять при давлениях до 30 - 50 .

2. Кольцо, заполненное инертным газом, который повышает радиальную его упругость и жесткость (рис. 403, б). Кольца, за­полненные газом под давлением ~50 , можно применять в зависимости от толщины стенки при давлениях от 70 - 100 .

3. Самоуплотняющееся (самораспорное) кольцо с отверстием в стенке со стороны рабочей среды (рис. 403, в), с помощью кото­рого внутрь кольца подводится внешнее давление. Величина давления среды для этих колец может быть доведена до 3500 . Первоначальный контакт кольца с уплотняемой поверхностью создается при монтаже за счет упругости материала сжимаемого кольца. При затяжке фланцев поперечное сечение кольца дефор­мируется, в результате поперечное сечение его становится близ­ким к квадратному с округленными углами, причем плотный (герметизирующий)контакт происходит по четырем точкам (рис. 404, а). С повышением давления кольцо деформируется (расширяется) в канавке, в результате площадь контакта и контактное давление, а также герметичность увеличиваются. При определенном давле­нии кольцо практически принимает форму канавки.



Рис. 404. Схемы, иллюстрирующие применение полых металлических колец


Величина давления для первых двух типов колец лимитирует­ся опасностью потери ими (под действием внешних сил давле­ния жидкости) устойчивости, и кольцо, будучи деформировано (рис. 404, б), потеряет контакт с уплотняемой поверхностью.


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