Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
(Р — Ра)~ЪАр> Apv
или
P-Pa-Apf- A Pbx — А рвых > A Pv
При очень малых зазорах, сила трения изменяется не точно по закону Ньютона для жидкостного трения, и выведенные выше зависимости будут являться приближенными.
27, ЛАБИРИНТОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
Лабиринтовые уплотнения применяются для запирания жидкости, газа и пара. В лабиринтовом уплотнении рабочая среда подвергается дросселированию при ее движении через последовательно
149
расположенные сужения, при этом часть энергии переходит В тепло. Уплотнение не обеспечивает ПОЛНОЙ герметичности. ' Различают две основные разновидности лабиринтов — с односторонним расположением гребней (рис. 84, а) и с двусторонним
Рис. 84. Разновидности лабиринтового уплотнения: а — уплотнение с односторонним расположением гребней; б — уплотнение с двусторонним расположением гребней
(рис. 84, б). В первом случае движение потока прямолинейное, во втором — с поворотом струи на 180°.
Размеры лабиринтовых канавок и зазоры для герметизации можно подбирать методом Н. А. Спицина [74] по величине коэффициента сопротивления ф, выражающего потери энергии в протекающей среде в долях от живой силы на входе в лабиринт.
Чем больше величина безразмерного коэффициента сопротивления ф, тем больше потери энергии при протекании сквозь уплотнение жидкости или газообразной
шт Ii тжФм
* 0,2
У\60° 1 у 1OІ 1/
Ш///А Ш//л
о.г
г Vv/ Vs
*///////// у/УУ/Л * 0.2
Рис. 85. Изменение ф от отно-I
шения —
S
Рис.
86. Разновидности кольцевых выточек s в лабиринтах
среды и тем надежнее уплотнение. Для лабиринта из одной камеры при отношении в пределах от 0 до 20 будем иметь ср =
= 0,0287 — .
s
150
Значения > 20 в практике встречаются редко. Для малой ширины камеры I (меньше ширины свободной струи) значение ф в зависимости от отношения определяется графиком (рис. 85),
построенным при = const.
Обычно принимают s = 0,25-г-0,5 мм; для крупногабаритных быстроходных валов s = 0,5-f-l мм. Количество камер z и их размеры b и I выбирают так, чтобы коэффициент сробщ = Фі + + ф2 получился наибольшим.
На рис. 86 представлены различные варианты (1—5) кольцевых выточек, выполняемых на поверхности поршня при запирании сжатого газа.
Проведенные исследования [26] указанных выточек при уплотнении сжатого воздуха показали, что форма лабиринта имеет сравнительно малое влияние на герметичность такого уплотнения. Наилучшие результаты показал вариант 5, имеющий к тому же легкообрабатываемый профиль. Потери газа сильно зависят от величины диаметрального зазора в сопряжении поршня с цилиндром.
Приближенный расчет утечки газа и жидкости можно производить аналогично принятой выше методике для металлических поршневых колец.
Трение в лабиринтовых уплотнениях небольшое. Зазоры между цилиндром и поршнем должны быть малыми.
28. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О РАБОТЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ С ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Допускаемые давления
На рис. 87 представлены сравнительные расчетные данные о величине допускаемых давлений для различных разновидностей уплотнений в зависимости от скорости вала, полученные для вала диаметром 70 мм с учетом опытных данных.
Кривая 1 изображает зависимость рабочего давления от скорости вала для армированной манжеты (ГОСТ 8752—70). Кривая 2 показывает допускаемое среднее контактное давление для торцовых уплотнений. Материалы уплотнительного и опорного колец — латунь и сталь. Наружный диаметр уплотнительного кольца 85 мм, внутренний — 75 мм.
Кривая 4 изображает допускаемое давление жидкости для центробежного уплотнения, имеющего наружный диаметр диска D — 2d = 140 мм.
Кривая 3 изображает допускаемое рабочее давление жидкости при применении винтоканавочного уплотнения. Допускаемое
151
давление сильно зависит от вязкости жидкости: чем больше вязкость жидкости и скорость вращения вала, тем выше допускаемое давление.
Как видно из этого рисунка, при малых скоростях вращения вала, например до 1 м/с, можно эффективно запирать жидкость под давлением до_ 100—200 кгс/см2 при применении торцовых и манжетных уплотнений, а также уплотнений резиновыми кольцами. Для повышения долговечности уплотнений целесообразно применение наклонно установленных резиновых колец, а также
Рис. 87. Изменение предельных давлений в зависимости от скорости вала для
различных уплотнений:
1 — армированное манжетное (ГОСТ 8752—70); 2 — торцовое (сталь — латунь); 3 — винтоканавочное (веретенное масло, t = 30° С); 4 — центробежное (R = 2г0); 5 — винто-канавочное (масло веретенное, t = 50° С); 6 — гидродинамическое с деформируемой втулкой
торцовых уплотнений с подводом смазки (эксцентричных и гидродинамических).
При скорости вращения валов свыше 10 м/с может быть эффективным применение гидродинамических винтоканавочных, центробежных, торцовых и кромочных уплотнений.
Чем выше скорость вращения вала, тем выше запираемое давление, которое обеспечивают эти уплотнения. Хорошие результаты при напряженных рабочих режимах показывают торцовые уплотнения с эксцентрично установленными кольцами.
