Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 33. Зависимость предельного давления и предельного значения fp'rv от скорости вала для резиновых манжет и колец
скорость вращения
кинематический коэффициент вязкости воздуха.
Для сухого воздуха при / - 20° С и V = 15,06* IO"6 м2/с, Kf — 2,23* IO"2 ккал/(м*ч-град).
Индекс f указывает на среднее значение соответствующих величин, отнесенное к окружающей вал среде (жидкости или воздуху); индекс v указывает на поверхность вала.
Аналогично коэффициент теплоотдачи от вала к жидкости Xf
“ж = Nu/ -J-- ккал/(м2 • ч • град), где при Re/ = 10ч-103 Nu/ =
= 0,50Re?-sP^M(Aj°'!t;
при Re/ = IO3 2- IO5 Nii/ =
0,25Re/ Pr"
0,6Dr0,38 I Pr
\ Pri
I)0-25
•J •
Здесь Pr/ = —----критерий Прандтля, где а = —-------коэф-
фициент теплопроводности жидкости; с — теплоемкость жидкости; у — удельный вес жидкости.
Для веретенного масла Я/ = 0,123 ккал/(м-ч-град), при t = = 60° С г] = 0,745-IO"7 кгс-с/см2, v = 0,815-IO"5 м2/с, Cp = = 0,4 ккал/(кг-град); y = 890 кгс/м3. Примем отношение
(?Г~'-
Указанный расчет является необходимым для выбора допускаемого режима работы уплотнения при условии отсутствия превышения допустимой максимальной местной температуры нагрева вала, исключающей обугливание резинового уплотнения по рабочей поверхности и выход уплотнения из строя.
Исходя из теплового режима, на основании расчетных и опытных данных, ориентировочные значения максимальной скорости
80
вала V в м/с (диаметр 70 мм) при отсутствии давления жидкости будут следующими:
Для резиновых колец, установленных в прямой канавке .......^7
Для резиновых колец в наклонной канавке ,................. ^lO
Для армированных манжет ..................................<с:15—20
Из уравнения (72) следует, что максимальная скорость зависит от р'п dy Ily I2y Sa и др.
Как видно из рис. 33, это подтверждается и опытом, при малых скоростях вала (у ^ 0,2-н0,4 м/с) можно допускать большие давления жидкости, например до р — 200-Г-400 кгс/см2, что имеет важное значение для проектирования ряда устройств.
Радиальные уплотнения, установленные наклонно по отношению к оси вала
Максимальное давление жидкости, при котором применяют радиальные контактные уплотнения для соединений с вращательным движением, как было рассмотрено выше, ограничивается местным нагревом уплотнения и участка вала, с которым оно соприкасается.
Можно значительно улучшить условия работы уплотнения, если восстанавливать слой смазки и охлаждать участок местного нагрева.
Этой цели служат контактные уплотнения, установленные наклонно относительно оси вала. В последнее время нашли применение [20] наклонно установленные кольца круглого поперечного сечения (рис. 34).
Также можно устанавливать и другие уплотнительные элементы. При этом подвод смазки производится только на части поверхности прилегания.
Для возобновления смазки на половине поверхности прилегания уплотнения необходимо иметь для кольца
d tga d2\
для манжеты
d tg a ^ /.
Чем больше наклон канавки, тем больший участок вала под уплотнением будет смазываться и лучше охлаждаться, но будет несколько увеличиваться утечка жидкости.
Можно рекомендовать установку двух наклонных колец, что может обеспечить первому уплотнительному кольцу смазку поверхности прилегания с обеих сторон кольца.
Рис. 34. Уплотнение вала с помощью наклонно установленного кольца
81
Сечение канавок такое же, как для канавок, перпендикулярных оси вала.
Как показывают эксперименты, применение уплотнительных колец, установленных в наклонных канавках, выполненных на внутренней поверхности цилиндра, является весьма желательным, так как в этом случае имеют место минимальные потери энергии и наиболее высокая долговечность уплотнений.
Применение уплотнительных колец, установленных в наклонных канавках, сделанных на наружной поверхности вала, не дает уменьшения потерь энергии, и даже наоборот, при этом потери увеличиваются по сравнению с кольцом, установленным в перпендикулярной канавке.
Определение давления жидкости, допускаемого прочностью резинового кольца
Как показывают эксперименты, при применении высоких давлений у уплотнительных элементов с малым поперечным сечением, например у колец круглого поперечного сечения, на внутренней рабочей поверхности появляются трещины, приводящие к разрыву кольца.
Приближенное значение касательных напряжений на внутренней поверхности кольца, возникающих под действием сил трения при вращении вала, определяется по формуле
тсР — 0,8р/-4- тпр,
<*2
где'р — давление жидкости; f—коэффициент трения; d — внутренний диаметр кольца; d2 — диаметр сечения кольца.
Давление жидкости, определяемое из условия прочности кольца, не должно превосходить
I,25rnprf2
P<—?~-
Если скорость вращения вала будет иметь некоторые периодические колебания, например за счет работы гидропривода, то в этом случае могут проявиться и усталостные явления, понижающие значение тпр. Для колец в нормальных канавках ртах = = 40-Г-100 кгс/см2; и -в наклонных канавках ргаах = 60ч-4-150 кгс/см2. Меньшее значение ртах соответствует валу 0 180 мм и большее — валу 0 70 мм.
