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

(Ь-й),мм

PIPh


0,5 0,25

б РосМПа О 20 Wt,MUH

Рис. 10.2. Зависимость деформации кольца

набивки Д от осевой нагрузки:

/ - набивка типа ЛП; 2 - тефлоновая набивка

Рис. 10.3. Релаксация напряжений в набивке, опрессованной при р„ = 10 МПа при времени выдержки:

1-30 мии; 2 - 10 мии; 3 - 1 мин

набивки за счет имеющихся пустот между нитями основы и частичного выдавливания смазочного материала. В дальнейщем деформация уменьщается и может происходить лишь в результате сжатия волокон и выдавливания смазочного материала. Наличие густого смазочного материала определяет релаксацию напряжений в набивке во времени (рис. 10.3).

Кроме свойств самой набивки на механизм герметизации сальникового уплотнения влияет множество других факторов: характер движения детали (вр ащательное, возвр атно-посту нательное); скорость движения; материал детали; физико-химические свойства рабочей среды; допускаемые утечки и др.


Одним из главных факторов, определяющих механизм герметизации, является скорость скольжения набивки относительно движущейся детали. Сальниковые уплотнения шпинделей арматуры характеризуются малыми скоростями скольжения и повышенными требованиями к их герметичности, поэтому они работают в режимах трения без смазочного материала с набивками без пропитки или в режимах, близких к трению консистентного (вязкопластичного) смазочного материала. Для оценки возможности работы такого уплотнения предложен критерий pv [5], где - контактное давление набивки на вал, МПа; V - скорость скольжения, м/с. При РкИ > 5,6 необходимо применять смазывание от постороннего источника или рабочей средой. Так, сальниковые уплотнения валов, плунжеров и других деталей, движущихся с большими скоростями, должны смазываться и охлаждаться самой рабочей средой или специально подаваемой затворной жидкостью, поэтому через них обеспечивают некоторую (обычно капельную) утечку жидкости. Пропитка смазочным материалом здесь имеет значение лишь в начальный период приработки уплотнения и в процессе его подтяжки - исключает трение без смазочного материала и пригорание набивки. В процессе эксплуатации смазочный материал из набивки постепенно вымывается и свойства набивки изменяются (рис. 10.4). В результате набивка теряет эластичность и дальнейшая



б) г)

Рис. 10.4. Схемы работы сальникового уплотнения с мягкой набивкой:

а - новая набивка, капельные утечки рабочей жидкости (черного цвета); б - подтяжка набивки, выделение пропитки из набивки (белого цвета) и уменьшенные утечки рабочей жидкости; в - нормальная работа после подтяжки; г - набивка потеряла эластичность, при подтяжке пропитка не выделяется, утечки рабочей жидкости повышенные, необходима замена набивки

подтяжка И герметизация сальника становятся невозможными. Набивки, изготовленные из материалов на основе фторопласта-4, теряют эластичность вследствие спекания волокон под действием давления и температуры. Наблюдается также потеря эластичности набивок при их работе в растворах солей вследствие насыщения набивок солями.

При больших скоростях скольжения на работу сальниковых уплотнений существенное влияние оказывает давление рабочей среды. При давлении жидкой среды до 1,0 МПа механизм герметизации сальниковых уплотнений вращающихся валов насосов заключается в создании в пакете набивки радиальных напряжений больших, чем давление жидкости перед уплотнением [9]. Напряжения в набивке и контактные давления в основном определяются нажимным механизмом и физико-механическими свойствами набивки. Утечки через сальниковое уплотнение происходят через неплотности набивки в контакте с микронеровностями поверхности вала и вследствие биений вала.

При давлении рабочей среды более 1,0 МПа напряжения в пакете набивки от действия давления превышают напряжения, создаваемые подтяжкой набивки. Со стороны высокого давления между набивкой и валом создается щель. В этой зоне падение давления жидкости незна-

Р/Ро

Рис. 10.5. Кривые распределения давления жидкости по длине контакта при давлении жидкости:

; - 0,4 .МПа; 2 - 1,5 МПа

12 Под ред. А. И. Голубева и Л. А. Кондакова


Рис. 10.6. К расчету напряжений в сальниковом уплотнении

чительно. Основная часть перепада давлений приходится на последние кольца набивки со стороны низкого давления.

На рис. 10.5 показаны экспериментальные кривые распределения давления жидкости по длине сальникового уплотнения при низком и повышенном давлениях рабочей жидкости. Расчет контактного давления между набивкой и валом, а также закона распределения давления среды по длине сальникового уплотнения является весьма приближенным вследствие влияния на них большого числа факторов, которые трудно учесть. В соответствии с расчетной схемой, показанной на рис. 10.6, осевые и контактные (радиальные) давления распределяются по экспоненциальному закону:

Рос = Ро ехр [2а/(/-х)/Ь];

р, = аро ехр [2а/(/х)/Ь].

(10.1)

При выводе этих соотношений было принято Рк = арос- Коэффициенты трения / набивки по корпусу и валу считали одинаковыми. При х = I принимали Рос = Ро- Этот расчет больше пр1шеним к сальниковым уплотнениям, работающим при низких давлениях жидкости. Для характерных значений параметров (а = 0,5; /=0,1; число колец набивки i = 1/Ь = 6) контактное давление при X = О в 1,82 раза больше, чем при х = I.

В связи с этим с повьшгением давления жидкости следует выбирать более жесткую набивку (с меньшим коэффициентом а) и ограничивать число колец набивки. Распределение давления жидкости по длине уплотнения можно получить, если принять, что градиент



давления пропорционален контактному давлению:

Р = Ро

1 - ехр -

а I А Ъ

(10.2)

где А - параметр, характеризующий уплотняющие свойства набивки [А > 1).

Отношение а/А можно считать постоянным лишь при малых давлениях рабочей среды. С повышением давления неравномерность сжатия колец набивки возрастает. С увеличением степени сжатия набивки отношение а/А также увеличивается, что приводит к более резкому снижению давления на кольцах набивки со стороны атмосферы и значительному отклонению кривой распределения давления в сальниковом уплотнении от экспоненциальной.

Мощность, Вт, теряемая при трении в уплотнении [19]:

N = пшЪро (е"- - 1),

где ( = l/b - число колец набивки.

Для ориентировочных расчетов мощности принимают а к 0,5; / = 0,01. ..0,1.

Утечки, дм/ч, жидкости через сальниковое уплотнение рекомендуется оценивать по следующим формулам [5]:

при вращательном движении (для валов)

9 10-з.ро

при возвратно-поступательном движении (для штоков)

Q = K

утечки газа - по формуле lODSPo

где d - диаметр вала или штока, мм; D - диаметр камеры сальникового уплотнения, мм; 5 - зазор между валом или штоком и сальниковой набивкой.

мм; Ро - перепад давлений, МПа; ц - динамическая вязкость среды. Па с; ц - отношение динамических вязкостей газа и воды при 0°С; /с„ - коэффициент, зависящий от размера и вида сальниковой набивки; /с„ = 0,85... 1.

Опыты показывают, что зазор 5 тем больше, чем больше скорость скольжения, температура набивки и износ поверхностей (вала, штока), ниже теплопроводность набивки и хуже смазывание уплотнения. Согласно экспериментальным данным можно принимать 5 = = 0,006...0,015 мм. При вращательном движении валов утечки через уплотнения, работающие в воде с перепадами давлений менее 1 МПа, составляют 0,1 - 10 дм/ч, а при больших диаметрах валов (около 0,5 м) они могут достигать 100 дмч и более.

При возвратно-поступательном движении плунжеров и подобных деталей утечки среды выше, чем при вращательном движении, вследствие увлечения среды движущейся в осевом направлении поверхностью детали. Износостойкость и качество работы сальникового уплотнения можно характеризовать тремя факторами [9]: периодом работы уплотнения без обслуживания; наработкой до перенабивки сальника; наработкой до замены защитной втулки (вала). Необходимость замены набивки нельзя рассматривать как отказ машины (например, насоса), так как это сравнительно простая и непродолжительная операция. Необходимость частичной или полной замены набивки определяют по появлению повышенной утечки рабочей среды, которая не может быть устранена подтяжкой сальника. Замена набивки не требует разборки машины. При предельном износе защитной втулки для ее замены требуется разборка машины, т. е. выход из строя защитной втулки сальникового уплотнения приводит к отказу машины.

Предельный износ защитной втулки (вала) определяется видом сальниковой набивки, требованиями к герметичности уплотнения, трудоемкостью его обслу-


\\\\\\\\\ \ \ \ \ \ \ \ "


Рис. 10.7. Характер распределения износа защитной втулки вала насоса: а - фекального; б - для воды низкого давления; в - для воды высокого давления

живания и прочностью защитной втулки (вала). По характеру распределения износа вдоль защитной втулки вращающихся валов можно выделить три формы изношенной поверхности, соответствующие работе защитных втулок в насосах, перекачивавших фекальную среду (рис. 10.7, а), воду при низком (рис. 7.10, б) и высоком (рис. 7.10, в) давлении. При перекачивании среды с содержанием абразивных частиц наибольший износ втулки происходит со стороны рабочей среды. Относительно равномерное изнашивание втулки (немного более интенсивное у крышки сальника) происходит при работе в воде с небольшим давлением. При работе в воде с высоким давлением наибольший износ зафиксирован под кольцами набивки со стороны крьшг-ки сальника.

В насосах, перекачивающих гидроабразивные среды (например, грунтовых), происходит также изнашивание защитной втулки и расточки корпуса сальника 2 в контакте с фонарным кольцом I (рис. 10.7).

10.2. Сальниковые набивки

Размеры сечения сальниковой набивки определяются диаметром движущейся детали (вала, плунжера, шпинделя). При выборе набивки рекомендуется

руководствоваться следующими эмпирическими зависимостями [5]:

для машин Ь = (l,5...2,5)/t(;

для арматуры Ь = {\,\...1)уd.

Как правило, набивки выпускают квадратного сечения со стороной Ъ. Стандартные размеры сечений Ь согласно ГОСТ 5152 - 84 составляют следующий ряд, мм: 2,3,4, 5,6, 7,8,10,12, 14,16, 18,20, 22, 25, 28, 30, 32, 38, 42, 45, 50, 52, 55, 60, 65, 70. Стандарт распространяется на волокнистые и комбинированные сальниковые набивки. Волокнистые набивки подразделяют:

по виду волокнистого основания на хлопчатобумажные, из лубяных волокон, асбестовые, стеклянные, фторлоновые, фторопластовые, хлориновые, поли-феновые, капроновые, углеродные, металлические, смешанные;

по способу изготовления на набивки из чесаного волокна, крученые, плетеные, скатанные, дублированные, формованные, прессованные, смешанные;

по пропитывающим материалам на сухие, пропитанные маслами, жирами, восками, с добавлением порошковых материалов, прорезиненные различными клеями и резиновыми смесями, пропитанные синтетическими смолами и пластмассами, смешанные;

по вводимым специальным элементам на набивки с резиновыми шнурами, имеющими сечения различной формы, с резиновыми и пластмассовыми трубками и др.

Мягкие волокнистые набивки благодаря их эластичности и податливости наиболее эффективны в качестве уплотнений валов при сравнительно небольших давлениях сред. Они обеспечивают герметичность уплотнения при наличии изношенной поверхности вала (втулки). Такие набивки широко применяют для уплотнения шпинделей арматуры. При высоких скоростях скольжения, давлениях и температурах сред рекомендуются металлические и комбинированные набивки. Комбинированные набивки состоят из мягких текстильных волокон, пропитанных различными композиция-



ми, в соединении с армутрой или наполнителем из цветных металлов и сплавов. Основную группу этих набивок составляют асбометаллические.

Согласно ГОСТ 5152-84 выпускают крученые, плетеные и скатанные набивки. Крученые набивки изготовляют путем кручения нити. Плетеные набивки бывают сквозного плетения, с однослойным оплетением сердечника и многослойного плетения. Скатанные набивки изготовляют скатыванием полосы прорезиненной ткани в тугой шнур. Скатанные набивки выпускают с резиновым шнуром или без него.

Материалы набивок. В качестве материалов волокон и нитей набивок используют хлопок, волокна лубяных культур (льна, конопли, джута), асбест (хризотил-асбест, голубой или кроки-долит-асбест), стекло (боросилнкатное), пластмассы (капрон, фторопласт-4), углерод, металлы (медь, латунь, свинец).

Большая часть выпускаемых набивок - асбестовые. Хризотил-асбест ще-лочестоек, но имеет низкую стойкость в кислотах. Для кислых сред рекомендуются набивки из голубого асбеста.

Набивки выпускают сухими и пропитанными. Сухие набивки применяют в основном для арматуры. Благодаря отсутствию в этих набивках органических и других смазочных материалов их используют при высоких температурах рабочих сред. Для уплотнений вращающихся валов насосов и машин, работающих при высоких скоростях скольжения, сухие набивки непригодны вследствие их низкой износостойкости и плохой прирабатываемости.

Для пропитки набивок используют: нефтепродукты (цилиндровое масло), консистентный смазочный материал (технический вазелин), твердые углеводороды (парафин, церезин, озокерит); жиры и продукты растительного и животного происхождения (касторовое масло, технический жир); резиновые смеси и клеи (на основе натурального и синтетических каучуков); пластмассы (суспензию фторопласта-4, перхлорвиниловую смо-

лу и др.); порошковые материалы (графит, дисульфид молибдена, тальк, слюду, свинцовый сурик). Пропитанные набивки применяют как в машинах, так и в арматуре. Основная отрасль-потребитель этих набивок - машиностроение. Некоторые набивки, предназначенные для работы при высоких давлениях и температурах, изготовляют в виде прессованных колец из фольги (алюминиевой, медной, свинцовой). Пластичные набивки в виде массы, состоящей из асбеста, цилиндрового масла, графита, парафина и других веществ применяют редко. В табл. 10.1 указаны размеры, рабочие параметры и области применения набивок в соответствии с ГОСТ 5152-84.

Гарантийный срок хранения набивок - пять лет с момента их изготовления. Набивки асбестовые с полимерной пропиткой, а также набивку марки УС можно использовать в условиях тропического климата. Набивки марок АГ и АФТ рекомендуется перед монтажом прессовать в виде колец по размерам сальниковой камеры. Прессование проводят: для набивки марки АГ под давлением 35-40 МПа, для набивок марки АФТ под давлением 20-25 МПа. Перед прессованием колец для сальников, работающих в среде сжиженных газов при отрицательных температурах, набивку необходимо выдержать при температуре 100+ 10 °С в течение 1 - 1,5 ч для удаления адсорбированной влаги, которая может вызвать примерзание уплотнения к шпинделю арматуры. Перед прессованием колец из набивки марки АФТ для сальников арматуры, работающих в среде жидкого кислорода, набивку необходимо обезжирить погружением в среду хладона 113 по ГОСТ 23844 - 79 или четыреххлористого углерода марки А по ГОСТ 4 - 75. При установке сухих набивок допускается графи-тирование их поверхности.

Наиболее универсальными и перспективными являются фторопластовые набивки и набивки из углеродных нитей. Многие зарубежные фирмы, в том числе

Размеры, рабочие параметры и области применения набивок

Марка набивки

Характеристика набивки

Форма сечения

Размеры диаметра, стороны квадрата или прямоугольника, мм

Среда (рН)

Давление среды, МПа

Температура среды,

Место

установки

(АП)

Крученая,

асбестовая,

пропитанная,

графитиро-

ванная

Круглая

2; 3

Воздух, нефтепродукты, слабокислотные растворы, газы и пары (3-10)

Плетеная,

асбестовая,

сухая

4; 5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 30; 32; 38; 42; 45; 50

Нейтральные, агрессивные жидкие и газообразные среды (5-14)

Арматура

Круглая и

Аммиак жидкий

и газообразный

-70... 4-150

АП АП-31

Плетеная, пропитанная, графитирован-ная

квадратная

4; 5; 6; 7; 8: 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 30; 32; 38; 42; 45; 50

Нейтральные, агрессивные жидкие и газообразные среды, пар (3-10)

-70... 4-300

Нефтепродукты (3-10)

-30... 4-300

Жидкие нейтральные и агрессивные среды, нефтепродукты (3-10)

Насосы центробежные, поршневые.

Плетеная, асбестовая, прорезиненная, графитироваи-ная, сухая

3; 4; 5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18

Вода, пар, нефтепродукты, нефтяные газы, щелочи, органические продукты, пасты, угольные шла-мы, смолы, воздух (4-14)

-80.!. 4-450

Арматура

Квадратная

Насосы

АПРПС

Плетеная, асбестовая, с латунной проволокой, прорезиненная, гра-фитированная, сухая

3, 4, 5, 6, 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18

Вода, пар, нефтепродукты, нефтяные газы, щелочи, орга-

Прямоугольная

6x8; 8x10; 10x12

нические продукты, пасты, угольные шла-мы, смолы, воздух (4-14)

Насосы

АПРПП

Плетеная, асбестовая, с латунной проволокой, прорезиненная, пропитанная антифрикционным составом, графи-тированная

Квадратная

3; 4; 5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18

Вода, пар, нефтепродукты, нефтяные газы, щелочи, органические продукты, пасты, угольные шламы, смолы, воздух (4-14)

Арматура, насосы

Прямоугольная

6x8; 8x10; 10x12



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