Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

ааагт----L,

* А Л1


Рис. 9.15. Конструкции вторичных уплотнений

I------


соединения между сопрягаемыми деталями нет, уплотнение осуществляется в результате контакта вторичного уплотнения с сопрягаемыми деталями. Вторичные уплотнения контактного типа поджимаются к уплотняемым поверхностям вала и упругоустановленного кольца давлением среды и усилием пружин.

Резиновые кольца круглого сечения являются наиболее распространенным типом контактного уплотнения. Это объясняется простотой формы, высокой герметичностью, устойчивостью к действию больших перепадов давлений.

Размеры колец принимают в соответствии с ГОСТ 9833 - 73. Однако диаметр сечения резинового кольца должен быть возможно большим, чтобы при угловых и осевых колебаниях упруго-установленного кольца контактный поясок на поверхности вала не смещался, а компенсация смещений происходила вследствие деформации резинового кольца.

На основе практического опыта можно рекомендовать следующие значения диаметра rfo сечения и деформации сжатия 5 колец в зависимости от диаметра А вала (втулки):

d, мм . . . . 15-30 30-100 100-200 do, мм . . . . 4-5 5-6 6-8

5, мм ... . 0,5-0,7 0,7-1,3 1,3-2

При установке резиновых колец с радиальным натягом деформация сжатия составляет около 15 % диаметра сечения, что обеспечивает предварительное кон-

тактное давление рко = 0,8... 1,6 МПа [22]. При подаче давления р контактное давление увеличивается на sp, где S - коэффициент передачи давления в условиях всестороннего сжатия, определяемый в основном коэффициентом Пуассона ц (для резин .t = 0,48...0,496, поэтому S = ц/(1 - ц) = 0,9... 0,98 « 1 [28]).

Давление в зоне контакта резиновое кольцо - сопрягаемая деталь р = рко -Ь р.

В торцовых уплотнениях с парами трения из высокотвердых материалов износа колец практически нет и соответственно нет осевого смещения резинового кольца. В уплотнениях, в которых происходит осевое изнашивание колец пар трения, возникает осевое смещение резинового кольца. Осевым смещениям резинового кольца препятствует трение, что необходимо учитывать при расчете сил, действующих в торцовом уплотнении, причем при расчете следует принимать не силу трения движения, а силу трения покоя (силу страгивания). Сила страгивания в условиях смазывания водой и действия давления весьма велика (рис. 9.16) [28].

В аппаратах с перемешивающими устройствами для сред, в которых химическая стойкость резин недостаточна, резиновые кольца помещают во фторопластовые оболочки, изготовляемые точением [28]. При этом сила страгивания уменьшается в 3 - 4 раза.

Обобщение опыта эксплуатации торцовых уплотнений с резиновыми кольцами позволяет выделить следующие


Рис. 9,16. Зависимость силы страгивания колец из резины ИРП-1225 от диаметра вала при различных давлениях рабочей жидкости

типичные случаи повреждения резиновых колец:

отвердение, растрескивание, потери формы (признаки превышения допускаемой температуры для данной марки резины, ее старения; процесс накопления остаточных деформаций, приводящих к потере формы, особенно активно протекает с повышением температуры);

набухание, размягчение, разругпение резиновых колец (признаки химического воздействия рабочей среды на резину и неправильного ее подбора, проявляющиеся в некоторых случаях даже при незначительном отклонении концентрации и температуры жидкости от допускаемых);

прилипание резиновых колец к валу (резины некоторых марок имеют хорошую адгезию к металлу и при длительном контакте прилипают к валу, образуя эффект зависания упругого элемента; для этих условий рекомендуются фторированные резины);

царапины и прорези на резиновых кольцах (обычная причина - острые кромки на валу, на канавках, на шпоночных пазах).

Резиновые кольца устанавливают в канавки с открытым или закрытым торцом (рис. 9.17), Канавки с открытым торцом более предпочтительны, так как

Рис. 9.17. Канавки под резиновые кольца: а -с открытым торцом; б -с закрытым торцом

ОНИ технологичнее и допускают свободу деформации резинового кольца в осевом направлении. Практически любая среда содержит примеси, которые изменяют химическую активность среды, что может вызвать набухание резины, увеличение сечения кольца и силы трения.

Важное значение имеет место расположения канавки - во втулке (рис. 9.18, а) или во вращающемся кольце (рис. 9.18,6). Резиновое кольцо 2 (рис. 9.18, а) при повышении давления деформируется и вдавливается в зазор между кольцом 3 и втулкой 1. При снижении давления в результате действия сил упругости кольцо 2 стремится сдвинуть кольцо 3 относительно втулки 1, нарушая контакт колец 3, 4 пары трения. При установке кольца 2 в канавке, выполненной в кольце 3 (рис. 9.18, б), силы, обусловленные упругостью резины, при колебаниях давления стремятся прижать кольцо 3 к кольцу 4. В результате угловых биений и установочных перекосов вала резиновое кольцо 2 имеет в торцовых уплотнениях перемешивающих аппаратов постоянные вынужденные перемещения по втулке 1, достигающие 3-4 мм [28].

Одним из важных параметров, определяющих износостойкость резиновых колец, является радиальный зазор между валом (втулкой) и деталью, в которой установлено кольцо. При некотором зазоре (в зависимости от твердости резины и действующего перепада давлений) часть кольца начинает выдавливаться в зазор. Кривые на рис. 9.19 отделяют области параметров, для которых характерно выдавливание резинового кольца в зазор, от областей, в ко-




Рис. 9.18. Варианты расположения канавок под резиновые кольца

fl, МПа


Рис. 9.19. Кривые влияния радиального зазора и перепада давлений на выдавливание кольца круглого сечения в зазор при различной твердости резины по Шору: 7 - 90; 2 - 80; 3 - 70

торых выдавливания нет. При выдавливании колец в зазор и их вибрации происходит усталостное разрушение колец в области зазора.

Фторопластовые кольца (рис. 9.20) менее надежны по сравнению с резиновыми кольцами, однако их применение оправдано высокой стойкостью в агрессивных средах и при температурах, превышающих термостойкость резины. В торцовых уплотнениях, в которых уплотнительные кольца имеют конические поверхности, герметичность обеспечивается по поверхностям Л и £, в результате постоянного поджатия кольца силой F пружины и давлением р. Кольцо пары трения имеет возможность углового перемещения относительно вала в основном в результате совместного скольжения с кони-


Рио. 9.20. Уплотнительные кольца из фторопласта с коническими (а) и сферическими (б) поверхностями

ческим кольцом по поверхности вала В. Однако вибрационное скольжение кольца по валу при наличии даже небольшого количества абразивных частиц в среде может привести к местному изнашиванию кольца и вала.

В торцовых уплотнениях, в которых уплотнительные кольца имеют сферическую поверхность, угловую подвижность колец пар трения обеспечивает сферическая форма поверхности А, поэтому скольжение по поверхности Е здесь принципиально исключено. Большая герметичность двухпоясковой поверхности Б и более широкая площадь контакта поверхности А обусловливают высокую износостойкость уплотнения. Кольца следует устанавливать на вал с натягом 0,5 - 2 мм при диаметре вала 15 - 200 мм.

Вторичные уплотнения силы)онного типа вьшолняют из резины (см. рис. 9.15, в) для торцовых уплотнений низкой нагруженности, фторопласта (рис. 9.15, г) для высококоррозионных жидкостей и металла (рис. 9.15, д,е) для работы при высоких температурах, давлениях и для криогенных сред. Особенностью силь-фонных уплотнений является то, что все относительные перемещения упругоустановленного кольца пары трения компенсируются эластичностью сильфона, что допускает большие погрешности в установке колец пар трения.

При применении сильфонных уплотнений упругоустановленное кольцо пары трения не теряет подвижности в осевом направлении (что часто бывает в уплотнениях контактного типа) при утечке среды, которая образует твердые отложения на поверхности вала перед вторичным уплотнением.

Применение резиновых сильфонов позволяет расширить диапазон применения торцового уплотнения на среды с содержанием твердых включений свыше 1 % по объему.

Герметичность соединения сильфонов с сопряженными деталями обеспечивается натягами с учетом старения резины (обычно натяги составляют 2 - 6 мм при диаметрах деталей 20-150 мм), пру-

жинами, прижимающими сильфон к деталям, и бандажами, надеваемыми с натягом на сильфон (см. рис. 9.26). Чтобы освободить сильфон от действия давления среды, при конструировании уплотнения предусматривают (см. рис. 9.36) детали, воспринимающие давление среды. При расчете сил, действующих на пару трения торцового уплотнения, необходимо учитывать взаимодействие сильфона с деталями, на которые он опирается.

Соединения сильфонов из фторопласта с сопрягаемыми деталями вьшолняют резьбовыми (см. рис. 9.31), конусными (см. рис. 9.33) и с помощью хомутов. Резьба на сопрягаемых деталях должна быть такой, чтобы резьбовое соединение затягивалось под действием момента трения в паре. Перед монтажом на резьбу наносят герметик анатерм-6 ТУ 6-01-1215-79.

Малая упругость, низкая прочность и холодотекучесть фторопласта-4 не позволяют применять уплотнения с сильфонами из этого материала при высоких и средних давлениях сред. С увеличением размеров сильфона и температуры среды допускаемое давление снижается. Для сильфонов на втулки диаметров 30-100 мм при внешнем воздействии среды (уплотнения насосов) допускается давление от 0,3 до 0,1 МПа при температуре не более 70 °С.

В аппаратах с перемешивающими устройствами фторопластовый сильфон работает при внутреннем воздействии уплотняемой среды. При изменении диаметра от 40 до 160 мм допускаемое давление изменяется в пределах от 1,2 до 0,6 МПа. С повышением температуры от 20 до 150 °С допускаемое давление уменьшается в 3 раза [28].

Прочность сильфона можно значительно повысить армированием [28]. Армированный сильфон (см. рис. 9.33) состоит из фторопластового сильфона, резиновых амортизаторов, вставляемых в гофры, и армирующих металлических колец, надеваемых на наружный диаметр сильфона. Кольца ограничивают дефор-



Мацию сильфона в радиальном направлении, амортизаторы служат упругой опорой для боковых стенок гофров, предохраняя их от чрезмерного прогиба при повышении внутреннего давления. Армирование приводит к увеличению жесткости сильфона примерно в 2,5 раза.

Мембраны редко используют в конструкциях торцовых уплотнений. Металлические мембраны могут воспринимать повышенное давление среды, но не обладают эластичностью при осевых и угловых перемещениях упругоустановленного кольца пары трения. Резиновые мембраны не выдерживают давления. Надежное закрепление мембран по внутреннему и внешнему диаметрам требует усложнения конструкции уплотнения. Конструкции торцовых уплотнений с мембранами имеют большие радиальные размеры.

Металлические сильфоны имеют большую упругость, прочность и жесткость. Их применяют при давлении до 7 МПа и температуре от -240 до 650 °С. Небольшая толщина стенок (до 0,4 мм) обусловливает их применение лишь в нейтральных средах, в которых материалы сильфонов имеют высокую коррозионную стойкость.

Наиболее распространены сильфоны двух видов; штампованные и сварные (см. рис. 9.15, е, д).

Штампованные сильфоны изготовляют в пресс-формах путем вытяжки и формования тонкостенных труб, сварные - сваркой мембран по внутреннему и наружному диаметрам.

Сварные сильфоны по сравнению со штампованными имеют следующие преимущества:

более широкий диапазон давлений и температур, обусловленный большей радиальной жесткостью гофр (в 3 - 5 раз) и большей номенклатурой материалов, из которых их изготовляют;

возможность использования сильфонов в качестве пружины с точно контролируемой рабочей характеристикой;

большая жесткость при скручивании;

больший предел выносливости; компактность.

Недостатки сварных сильфонов:

сильфоны подвержены усталостному разрушению по сварному шву;

эффективная площадь сильфона, на которую действует гидравлическая сила, изменяется при осевом перемещении сильфона, изменяя таким образом коэффициент гидравлической нагрузки. Это обусловливает высокие требования по установке торцового уплотнения.

В аппаратах с перемешивающими устройствами применяют сварные сильфоны из стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632 - 72) в насосостроении - сварные и штампованные из той же стали. Диапазон допускаемых температур для сильфонов из этой стали - 196...-1-400 °С.

Пружины используют в торцовых уплотнениях для создания определенного начального контактного давления в паре трения (при выходе машины на рабочий режим контактное давление в паре трения увеличивается под действием гидравлической нагрузки). Пружины также служат упругим компенсатором при всех возможных осевых и угловых смещениях упругоустановленного кольца.

Циклическая нагрузка дополняется одновременно воздействием агрессивной среды с постоянным ее обновлением. Таким образом, материалы для пружин торцовых уплотнений следует выбирать не только по условиям высокой статической прочности и упругости, но и с учетом коррозионно-усталостных свойств.

Контактные давления в парах трения от действия пружин составляют 0,1 - 0,5 МПа (нижний предел для малых перепадов давлений жидкости, верхний - для больших). С увеличением диаметра вала и скорости скольжения в паре трения контактное давление от действия пружин обычно уменьшается. Для гидравлически разгруженных уплотнений контактное давление из условий надежности уплотнения принимают более высоким, чем для неразгруженных.

В торцовых уплотнениях для валов

диаметром до 70 мм наиболее широко применяют центральные винтовые пружины (см. рис. 9.27). Обычно эти пружины выполняют с малым числом рабочих витков (от одного до трех), чтобы по возможности сократить осевой размер уплотнения. Конструкция уплотнения при этом сравнительно проста, использование проволоки большого диаметра обеспечивает надежность торцового уплотнения при работе в коррозионных средах. Фирма «Бургманн» (ФРГ) выпускает торцовые уплотнения, имеющие центральную пружину с увеличенным числом витков, допускающие осевое перемещение ротора +4 мм.

При использовании вращающихся упругих элементов с центральной пружиной необходимо тщательное ее центрирование относительно вала, в противном случае на пружину могут действовать значительные силы инерции, смещающие ее и приводящие к односторонней нагрузке пары трения.

Недостатки центральной пружины: неравномерность распределения нагрузки по пояску трения в паре из-за неперпендикулярности торцов пружины ее оси и вследствие этого одностороннее изнашивание пары, сравнительно большой размер пружины в осевом направлении и неэффективность для больших размеров вала.

Упругие элементы с набором мелких цилиндрических пружин (см. рис. 9.28) имеют меньший осевой размер, чем элементы с центральной пружиной, и не имеют ограничений по диаметру вала. Применение набора мелких пружин позволяет увеличивать унификацию конструкций торцовых уплотнений; одну и ту же пружину можно использовать для уплотнений различных диаметров. Уплотняющее усилие можно регулировать, изменяя число пружин и сохраняя постоянным осевой ход упругого элемента. Недостатком упругих элементов данного- типа является малый диаметр (1 мм) проволоки пружин, что ограничивает ее применение в коррозионно-ак-тивных средах.

Упругий элемент с набором мелких пружин можно применять при больших осевых смещениях ротора. Фирма «Бургманн» (ФРГ) применяет такую конструкцию в уплотнениях турбогенератора с осевыми перемещениями ротора 60 мм при переходе от пускового режима к рабочему. Гибкость пружины - отношение ее длины к диаметру - больше предельной (возможна потеря устойчивости), поэтому каждую пружину надевают по внутреннему диаметру на направляющий штифт.

Конструкцию упругого элемента с набором мелких пружин не рекомендуется применять для сред с твердыми включениями. Пружины легко забиваются твердыми включениями, и упругий элемент теряет способность к осевым перемещениям.

Ограничения на размеры камер уплотнения, введенные международным стандартом ИСО 3069 - 74, привели к широкому применению волнистых пружин (рис. 9.21). Пружины изготовляют из ленты сплава 36НХТЮ (ГОСТ 14117 - 69). Элементы пружины соединяют точечной сваркой или скрепками. Пружина имеет очень небольшую высоту, и ее применение особенно оправдано для двойных торцовых уплотнений. В табл. 9.4 приве-


Рис. 9.21. Волнистая пружина



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76
Обычно для агрессивной среды используют фторированный каучук из листа Витон.