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

деляемые в результате решения системы буждающихся или вынужденных Коле-линейных алгебраических уравнений: баний ведут к отказам уплотнений.

+ Кхх + Кох- -Вху

Куу + Коу - со (By, + В*) - (тк + тс)

-ю(Ву,+ В*) К,у + Коу-- (тк + Шс)

ют, - Кох

-юВ*

сотк - Коу

Максимальное перемещение плавающего кольца относительно вала в результате вынужденных колебаний находят по формуле (8.37). Бесконтактная работа уплотнения обеспечивается при условии, что максимальное значение суммы динамического перемещения кольца и его статического смещения относительно вала не превышает предельного смещения еп,ах-

При малом статическом смещении плавающего кольца относительно вала в случае упругой подвески с одинаковыми жесткостями (Хох = Коу = Ко) зынужденные колебания плавающего кольца описываются равенством и = = Ue"" (здесь и = х + iy). Действительное значение амплитуды этих колебаний находят по формуле

\и\ = А, {(Ко - юшк) [К„ +

-I- Ко - а)(тк + Шс)] + аВ* [а)(В„ +

+ В*)-К,]}{[К„ + Ко-

-ю(т + тс)У +

+ 1(о(В„ + В*)-К,У}-К

Условие бесконтактной работы плавающего кольца имеет вид \U \ < < Стах/", где п - коэффициснт запаса

{п > 1).

11.8. Конструкции уплотнений с плавающими кольцами

Недостаточное самоцентрирование, повышенное трение или раскрытие торцового стыка, возникновение самовоз-

Известен ряд технических решений, повышающих работоспособность уплотнений с плавающими кольцами.

Конструкции с повышенной центрирующей силой, в уплотнениях с цилиндрической щелью статическая составляющая гидродинамической силы при отсутствии кавитации направлена под прямым углом к линии центров кольца и вала, поэтому центрирующего действия не оказывает. Гидростатическая сила, возникающая вследствие местных потерь давления на входе в щель, в ряде случаев недостаточна для самоцентрирования плавающего кольца. Улучшение центрирования достигается путем повышения гидростатических и гидродинамических сил. Существуют две группы конструкций с гидростатическим центрированием, в конструкциях первой группы гидростатические силы создаются при течении рабочей среды в щели конфузорной формы: ступенчатой или конусной (рис. 11.19, а, б). Для получения конфузорной формы щели можно использовать силовые деформации уплотнительных поверхностей (см. рис. 11.19, в). В конструкциях второй группы для создания гидростатических сил организован подвод в щель рабочей среды под давлением через дроссели. Для дросселирования используют отверстия, щели, пористые вставки (рис. 11.19, г).

В конструкциях плавающих колец с гидродинамическим центрированием применяют элементы подшипников скольжения: скосы и ступени, само-


/ /

Рис. 11.19. Конструкции плавающих колец с повышенной центрирующей гидростатической силой:

а - с радиальной щелью ступенчатой формы; 6 -с радиальной щелью конусной формы; в -с деформируемыми элементами; г-с подводом рабочей среды под давлением в радиальную щель через дроссельные устройства

устанавливающиеся вкладыши, спиральные или шевронные канавки (рис. 11.20). Плавающие кольца с дополнительной опорной гидродинамической поверхностью, по данным ЛПИ им. М. И. Калинина, можно применять при перепаде давлений масла до 30 МПа. Перепад давлений на простом плавающем кольце не должен превышать 10 МПа. Особенностью уплотнений с гидродинамическим центрированием является то, что они, как правило, не обладают реверсивностью действия, т. е. работают при одном определенном направлении вращения вала. Общий недостаток уплотнений с повышенными гидростатическими или гидродинамическими силами связан с уменьшенным

Рис. 11.20. Конструкции плавающих колец с повышенной центрирующей гидродинамической силой:

а - со скосами или наклонными площадками; б - со ступенями; в - со спиральными канавками; г - с дополнительной опорной гидродинамической поверхностью

гидравлическим сопротивлением их и, следовательно, с большими утечками в сравнении с уплотнениями, имеющими тот же зазор и гладкие цилиндрические поверхности.

Конструкции с уменьшенной силой трения в торцовом стыке. Уменьшение трения в торцовом стыке служит одним из способов улучшения центрирования плавающего кольца. Наиболее просто уменьшить силу трения можно в результате гидравлической разгрузки торцового стыка. Конструктивно разгрузку осуществляют, выполняя на валу бурт или устанавливая на него втулку (см. рис. 11.18, а). Этим способом можно полностью устранить контакты торцо-




VZZZZZZZA


Рис. 11.21. Конструкции плавающих колец с уменьшенной силой трения в торцовом стыке:

о - с торцовой щелью ступенчатой формы; 6 - с торцовой щелью конусной формы; в-с подводом рабочей среды в торцовую щель под давлением; г -с подводом среды в торцовую щель от внешнего источника давления; й - с взаимно обратным торцовым дросселированием; е - с трением качения в торцовом стыке; ж - с упругим элементом

вых поверхностей и обеспечить в торцовом стыке жидкостный слой.

Частичную гидравлическую разгрузку торцового стыка без использования ступени на валу обеспечивают путем повышения давления в торцовой щели. Это достигается при конфузорной форме щели (ступенчатой, сужающейся конусной, рис. 11.21, а, б) либо при подводе в щель рабочей среды под давлением (рис. 11.21, в). Полную разгрузку торцового стыка можно обеспечить с помощью внешнего источника давления

(рис. 11.21, г), а также при использовании взаимно обратного торцового дросселирования (рис. 11.21,д) [20]. В последнем случае гидравлическая разгрузка плавающего кольца сопровождается увеличением утечек вследствие дополнительного расхода рабочей среды по торцовым щелям.

Уменьшить трение в торцовом стыке можно, заменив трение скольжения трением качения. С этой целью используют подпружиненные шарики (рис. 11.21,е), осуществляющие механическую разгрузку торцового стыка. Уменьшение трения достигается также при частичной замене скольжения торцовых поверхностей упругими деформациями эластичных уплотнительных элементов - резиновых колец, манжет (рис. 11.21.,ж).

На практике наряду с конструктивными решениями, улучшающими подвижность плавающих колец, применяют решения, затрудняющие их движение. Такие конструкции уплотнений целесообразно использовать, когда радиальный зазор превышает биение ротора, но отклонения от соосности его по отношению к корпусным деталям значительны (например, в процессе изменения температурного режима машины). Ухудшение перемещений плавающего кольца во время работы машины достигается гидравлическим нагружением торцового стыка в результате смещения его к наружной поверхности кольца. Начальную соосность кольца и вала обеспечивают при сборке машины либо во время пуска ее при ударе ротора по кольцу. Материалы кольца и ротора должны быть подобраны из условия предотвращения задиров уплотнительных поверхностей.

При размещении торцового стыка на наружном диаметре плавающего кольца (рис. 11.22) трение в стыке может быть настолько большим, что кольцо полностью теряет подвижность и начинает играть роль дополнительной опоры. В этом случае возможно совмещение в одном узле функций щелевого уплотнения и опоры ротора.

У /Л


Рис. 11.22. Конструкция плавающего кольца, совмещающего функции уплотнения и опоры ротора

Конструкции с повышенным сопротивлением раскрытию торцового стыка.

Способы предотвращения раскрытия торцового стыка следуют из анализа силовых факторов, влияющих на угловой поворот плавающего кольца [см. неравенство (11.13)]. Основным таким фактором является момент гидромеханической силы в радиальной щели. Уменьшить этот момент можно путем сокращения расстояния от торцового стыка до линии действия силы, как, например, в конструкции плавающего кольца, расположенного по обе стороны торцового стыка (рис. 11.23, а). Подбо-


Рис. 11.23. Конструкции плавающих колец с повышенным сопротивлением раскрытию торцового стыка

ром соотношения длины частей кольца, размещенных до и после торцового стыка, можно совместить точку приложения гидромеханической силы с плоскостью торцового стыка, сведя этим момент силы к нулю.

Одним из факторов, предотвращающих угловой поворот плавающего кольца, является момент силы, нагружающей кольцо в осевом направлении. Повысить этот момент можно, увеличив плечо прижимающей силы, для чего опорный торцовый поясок располагают на наружном диаметре кольца (рис. 11.23,6). Чтобы устранить опасность повышения гидравлической нагрузки и трения в торцовом стыке, предусматривают кольцевую проточку на торце кольца, которая должна сообщаться с рабочей средой.

Еще одним фактором, ограничивающим раскрытие торцового стыка, является момент сил упругой подвески плавающего кольца. Для увеличения этого момента можно использовать пружины, расподоженные в радиальном или осевом ндправлении с передней стороны плавающего кольца (рис. 11.23, в).

Конструкции уплотнений повышенной виброустойчивости. Угловые вынужденные колебания плавающего кольца могут вызвать повышенные утечки по торцовому стыку (детальный анализ этого явления дан в монографии [20]). Уменьшение амплитуды угловых колебаний является одним из средств предотвращения раскрытия торцового стыка в динамике. Эта цель достигается сведением к минимуму амплитуды радиальных биений вала, отстройкой системы плавающее кольцо - жидкостный слой от резонансных частот, введением дополнительного демпфирования перемещений кольца. Изменение (обычно увеличение) собственной частоты плавающего кольца можно обеспечить введением радиальной упругой подвески кольца (рис. 11.23, в). Одним из способов повышения демпфирования является установка плавающего




Рис. 11.24. Конструкция плавающего кольца повышенной виброустойчивости

кольца с малым радиальным зазором относительно корпуса (рис. 11.24). При угловых и радиальных перемещениях кольца происходит сдавливание слоя жидкости в зазоре, что создает сопротивление этим перемещениям вследствие внутреннего трения в жидкости.

Конструктивные требования и материалы. Уплотнения с плавающими кольцами отличаются большим разнообразием конструкций и условий эксплуатации. В связи с этим можно рекомендовать лишь усредненные, ориентировочные соотношения элементов конструкции.

В работе [20] указаны следующие диапазоны соотношений размеров: относительный радиальный зазор /)о/г = = (1...2)10"; относительная длина плавающего кольца /у/г = 0,2... 0,5; ширина торцового пояска = 2... 5 мм. Отклонение от плоскостности поверхностей торцового пояска не должно превышать 0,6...0,9 мкм, параметр шероховатости Ra должен находиться в пределах 0,08...0,16 мкм, отклонение от цилинд-ричности уплотнительных поверхностей плавающего кольца и вала (овальность, бочкообразность, седлообраз-ность, конусообразность, если она не задана специально) не должно превышать 0,1 радиального зазора.

Параметр шероховатости Ra этих поверхностей не должен превышать 0,25 мкм.

Материалы плавающих колец должны обеспечивать возможность получения требуемой точности и шероховатости поверхностей трения, а также стабиль-

ность (сохраняемость) размеров. Материалы плавающего кольца и вала должны иметь близкие температурные коэффициенты линейного расширения, хорошие противозадирные свойства, высокую износостойкость, а также химическую, коррозионную и эрозионную стойкость.

Для уплотнений с плавающими кольцами рекомендованы следующие материалы:

для вала:

стали 95X18 по ГОСТ 5632-72, ШХ15 по ГОСТ 801-78, высоколегированные стали 20X13, 30X13 по ГОСТ 5632-72;

легированные конструкционные стали 40Х, 38Х2МЮА, 35ХМ по ГОСТ 4543-71;

жаропрочные и жаростойкие сплавы ХН77ТЮР, ХН62МКВЮ по ГОСТ 5632-72;

для кольца:

бронза оловянная Бр05Ц5с5 по ГОСТ 613-79;

бронза оловянная БрОФб, 5 - 0,15 по ГОСТ 5017-74;

баббит Б83 по ГОСТ 1320 - 74;

чугун СЧ25 по ГОСТ 1412-85.

Для повышения антифрикционных свойств и износостойкости уплотнений вьшолняют азотирование, цементацию, фосфотирование или закалку поверхностей трения до твердости HRC 54 - 64. На поверхности трения наносят износостойкие покрытия хрома, вольфрама, молибдена, стеллита, окиси алюминия.

Для улучшения антифрикционных свойств материалов, работающих в среде осушенных газов, можно применять твердые смазочные покрытия типа дисульфида молибдена ДМ1 или фторопласта-4 по ГОСТ 10007-80.

Для пар трения, работающих в агрессивных Средах, рекомендуется применять хромистые коррозионно-стойкие стали 30X13, 40X13, 20Х17Н2 и 07X16Н6 по ГОСТ 5632-72 с упрочнением рабочей поверхности.

11.9. Магнитожидкостные уплотнения

Магнитожидкостным уплотнением называют бесконтактное щелевое уплотнение, в зазоре которого между движущейся и неподвижной деталями находится ферромагнитная жидкость, удерживаемая магнитным полем. Уплотнение работает по принципу гидравлического затвора. Магнитное поле создается постоянными магнитами, реже - электромагнитами. На рис. 11.25 схематично показано простейшее магнитожидкост-ное уплотнение фирмы «Феррофлюи-дикс» (США), предназначенное для защиты подшипников от попадания абразивных частиц [34]. Оно состоит из постоянного кольцеобразного магнита / и кольца 2, выполненного из материала с высокой магнитной проницаемостью. В зазоре между кольцом 2 и магнитопроницаемым валом 3 находится магнитная жидкость а.

Магнитные жидкости представляют собой коллоидные суспензии частиц магнитного материала (окиси железа и др.) [17]. Частицы должны быть весьма малого размера (3-10 н.м) во избежание их осаждения под действием силы тяжести и магнитного поля. Силы молекулярного притяжения между частицами могут привести к их слипанию, укрупнению и последующему выпадению в осадок. Для исключения этого явления в состав магнитной жидкости вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), адсорбирующиеся на поверхностях частиц с образованием двойных ионных слоев (рис. 11.26).


В качестве несущих жидкостей используют керосин, воду, эфиры, фтор-углероды, диэфир, трансформаторное масло, углеводороды, кремнийоргани-ческие жидкости и др., в качестве ПАВ - спирты, жирные кислоты, олеиновую и линолевую кислоты и алкил-бензосульфокислоты, в качестве магнитного материала - железо, кобальт и их окислы.

В 1971-72 гг. в США и Японии были созданы специализированные корпорации для производства магнитных жидкостей и магнитожидкостных устройств, в частности магнитожидкостных уплотнений, работающих в газовых и парогазовых средах, а также в вакууме. Зарубежные фирмы серийно выпускают магнитожидкостные уплотнения для валов диаметром 8-100 мм с частотой вращения 10000-1500 мин соответственно, работающие при. перепадах давлений несколько десятых долей мегапаскаля.

Имеются данные об использовании магнитожидкостных уплотнений в жидкостях. При этом состав магнитной жидкости должен быть таким, чтобы она не вступала в реакцию и не смешивалась с рабочей жидкостью и чтобы была исключена возможность их взаимной диффузии. Проблема создания таких магнитных жидкостей еще не решена. Существующие магнитожидкостные уплотнения позволяют герметизировать жидкость лишь в статике или при малых скоростях движения [34].

Имеются отдельные предложения по конструкциям магнитожидкостных уп-


Рис. 11.25. Магнитожидкостное уплотнение

Рис. 11.26. Структура магнитной ж.здкости: / - несущая жидкость; 2 - ферромагнетик; i -поверхностно-активное вещество



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