Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Применение кольцевых проточек на шлифованной поверхности не повышает герметичности соединения, но позволяет скапливаться в них твердым частицам, попавшим в щель.
Уплотнение газа в щелевых уплотнениях производится за счет дросселирования газа под действием сил трения в -процессе его протекания по длинной кольцевой щели.
Такие уплотнения применяют в масляных и топливных насосах, а также иногда в компрессорах сверхвысокого давления, например в четырехступенчатом компрессоре до 4000 кгс/см2 [26].
При работе неподвижных щелевых уплотнений возможно уменьшение зазоров с течением времени за счет зарастания их (облитерации) вследствие адсорбции полярных молекул рабочей жидкости на поверхностях щели и наличия в масле смолистых образований [6].
Щелевые уплотнения применяются в гидравлических устройствах при любых давлениях жидкости и скоростях перемещения поршня (вала).
Рассмотрим определение утечки жидкости через щелевые уплотнения.
Утечка жидкости в кольцевом зазоре
Ламинарное истечение жидкости. Как показывают опыты, при нормальной температуре масла и малых щелевых зазорах устанавливается ламинарное истечение жидкости. Объем вытекающей жидкости прямо пропорционален давлению.
139
Для втулки, расположенной с зазорами между цилиндром и штоком, утечка происходит по наружной и внутренней поверхностям. Утечка жидкости в кольцевой щели [79]
где і = -j----гидравлический уклон; hL — потеря напора на
длине L; R2— наружный радиус кольцевого зазора; — внутренний радиус кольцевого зазора.
Потери напора на трение жидкости в зазоре по аналогии с фор-' мулой Дарси—Вейсбаха
X — коэффициент гидравлического сопротивления трения в кольцевой щели или коэффициент Дарси; при ламинарном движении
Пользование этими зависимостями для Qy и hL требует вычислений с предельной точностью, что представляет известные затруднения при расчетах.
Так как размер щели s в уплотнениях очень мал по сравнению с диаметром штока (поршня), то часто пренебрегают кривизной поверхностей, образующих щель, и заменяют кольцевую щель плоской, получая при этом вполне удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных.
Для дальнейших исследований принимаем зависимости, соответствующие плоским щелям [63.
Из уравнения Бернулли для реальной жидкости потери давления при протекании жидкости через зазор
где Pa — давление жидкости в полости, в которую происходит истечение из зазора; APf — перепад давлений на длине втулки, расходуемый на преодоление жидкостного трения; Ap0 — перепад давлений, расходуемый на создание скоростного напора; Арм —¦ перепад давлений, расходуемый на преодоление местных сопротивлений на входе в зазор и на выходе из зазора.
При ламинарном истечении
где
^ D\ + D\ dO= D2-D1
I ?*2 ~Ь Di .
“Г п >
«64 г-, 2 us
Х =TiS- ПРИ Re = —
Ap = P — Pa = Ар/ + Ap0 + Ар„,
140
где k3 — коэффициент, учитывающий эксцентричность расположения штока относительно втулки, /гэ я=* 1-=-2,5; г].— динамический коэффициент вязкости; L — длина втулки; s — радиальный зазор; d — диаметр штока.
Приняв Qy ^ п dsu, где и — средняя скорость движения жидкости в зазоре, получим
Перепады давлений
Apv = -lj-(u2 — ul);
Apu = АрвЫХ + Aрвх = Iu JjL и*,
где ?м = |вх + 5ВЫХ — коэффициент местных сопротивлений на входе в зазор и на выходе из зазора; U0 — скорость жидкости перед входом в зазор. Подставляя эти выражения, получим
ьр=р-р.
Приняв и0 <=» 0, получим
с1+и “*¦+ -jgr «¦- <р-- р.)=о-
Решаем квадратное уравнение относительно и.
Расход жидкости через зазор с учетом всех потерь будет
Qy = я dsu.
Часто ввиду малого влияния величинами Ap0, Арм можно пренебречь, тогда Ap Ар/.
Турбулентное истечение жидкости
В ряде устройств имеет место работа при разогретых жидкостях, увеличенных зазорах для предупреждения заклинивания нагретых латунных, порщней в стальных цилиндрах (например, диаметральный зазор до 0,2—0,3 мм и выше) и повышенных давлениях.
При этом допускаются повышенные утечки через щелевые зазоры. Они могут учитываться при расчетах соответствующих устройств.
В этом случае числа Рейнольдса достигают значений, превосходящих критические. Режим течения жидкости устанавливается турбулентный.
Турбулентное течение вероятно для сжиженных газов (например, азота) и воды при s = 0,02 мм и р0 ^ 10 кгс/см2, а для минеральных масел V = 20 сСт при s = 0,10 аш и р0^ 100 кгс/см2.
141
При движении жидкости в трубопроводах критическое значение числа Рейнольдса, при превышении которого происходит переход от ламинарного течения к турбулентному, согласно исследованиям считается ReKp = 2320.
В кольцевых же щелях при перемещении деталей друг относительно друга и возможной их вибрации критические числа лежат значительно ниже.
Для кольцевых щелей согласно исследованиям [6] критиче-
Sll
ское число Рейнольдса ReKp = 600—г-1000, если принять Re = —.
Рассмотрим турбулентное истечение разогретой жидкости, при котором будет иметь место максимальная утечка.
Формула Дарси—Вейсбаха для трубопроводов с внутренним диаметром D
