Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
6
3. ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ НАДЕЖНОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ И РАБОТЫ УПЛОТНЕНИЙ
Для правильного проектирования контактных уплотнительных устройств очень важно определить условия, при которых обеспечивается надежная герметизация полостей. Надежную герметизацию как в состоянии покоя, так и при движении обеспечивают только контактные уплотнения.
При применении контактных уплотнительных устройств мягкие уплотняющие детали (резина, пластмасса и др.) должны плотно прилегать к сопряженным с ними деталям соединения за счет предварительного поджатия и поджатия рабочим давлением жидкости, входить во все микронеровности механической обработки и не допускать при движении зазора, по которому могла бы происходить утечка жидкости или газа.
В случае применения металлических контактных уплотняющих деталей (торцовые уплотнения, металлические манжеты, металлические сальники и т. д.) под действием предварительного поджатия и давления запираемой жидкости уплотняющие детали также должны прижиматься к деталям соединения и по возможности упруго деформировать неровности сопрягаемых поверхностей, уменьшая при этом величину возможных зазоров.
Если зазор в соединении двух деталей будет очень мал, то возникающее за счет молекулярного сцепления поверхностное натяжение слоя жидкости между двумя деталями, препятствующее утечке жидкости, должно быть больше давления рабочей жидкости. Величина поверхностного натяжения зависит от физико-механического состояния как уплотняемой среды, так и уплотняющего элемента (смачиваемость поверхностей, взаимодействие между молекулами протекающей среды и уплотняющих поверхностей, вязкость жидкости и др.).
Условие отсутствия утечки жидкости через зазор в этом случае
р — рй^Ар3,
где р — давление рабочей жидкости; рл — давление в смежной области; Aps — потери давления на преодоление сил поверхностного натяжения слоя жидкости.
Так как величина Aps даже для очень малых зазоров незначительна, то практически для обеспечения герметичности необходимо на всем пути перемещения иметь зазор, равный нулю.
Как показывает опыт, для запирания жидкости или сжатого газа под давлением, а также при отсутствии избыточного давления необходимо создать при сборке на запирающих поверхностях уплотнения некоторое давление предварительного поджатия
Po > 0. (1)
Это поджатие должно обеспечивать отсутствие зазоров в соединении на всем пути движения по всему периметру уплотнения
s = 0,
7
Все контактные уплотнительные устройства должны устанавливаться на место с предварительным поджатием на запираемых поверхностях.
При работе агрегата уплотняющий элемент под действием давления среды не должен стремиться отходить от деталей уплотняемого соединения: с увеличением рабочего давления должно увеличиваться поджатие уплотняющего элемента. Уплотнение должно обладать свойствами самоуплотнения, т. е. должно быть обеспечено условие
Pr = Ар, (2)
где А — постоянная величина; рг — давление на запирающих поверхностях.
Отношение —¦ должно стремиться к единице или быть больше ее.
Если удельное давление рг будет превышать рабочее давление запираемой среды р, то в этом случае под давлением жидкости произойдет автоматическое ее самозапирание, даже если бы имела место потеря предварительного поджатия, например, за счет износа. Поэтому при проектировании гидравлических устройств для повышения надежности действия уплотнений стремятся обеспечивать условие, проверенное практикой, рг > р. Там, где оно обеспечивается, уплотнение работает более надежно, утечка жидкости при работе меньше.
Величина отношения давлений на запирающих поверхностях применяемых уплотнений характеризуется следующими данными:
1) резиновые манжеты имеют -у- 0,985ч-1,01;
2) резиновые кольца, запирающие жидкость, работают, при наличии отношения давления «=< 0,8;
3) сальниковые дифференциальные уплотнения с плавающим стержнем, применяемые в запорных вентилях, запирают сжатый воздух под давлением до 140 кгс/см2 без применения жидкости
при наличии отношения давлений 1,2.
Необходимая величина поджатия р0 для запирания жидкости при отсутствии давления определяется следующей приближенной зависимостью:
/ А \т
Ро=\~г) >
где А, /я—постоянные величины; I—длина контакта уплотняющей детали на поверхности запирания.
Для масла АМГ при I = 0,2ч-2 см, согласно опытам Ю. А. Носова [54], получено при t = 25° Cm= 0,8 и A= 0,565. При t = = —60° С необходимое значение р0 увеличивается в два—четыре раза (по сравнению с применяемыми уплотнениями эти данные
8
являются завышенными). Выбор величины р0 существенно влияет на конструкцию уплотнений, а также на герметичность соединения и силу трения, возникающую при движении. •
Влияние отношения рг!р и величины предварительного поджатия P0 на герметичность соединения будет рассмотрено ниже.
Для уплотнительных устройств, работающих при вращательном движении, должно выдерживаться условие: местная температура на поверхности прилегания контактных уплотнений tM должна быть меньше опасной температуры ^on, определяемой из условий повреждения материала уплотнений или масляной пленки на поверхности контакта
