Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
32. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УПЛОТНЕНИЕ С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ВТУЛКОЙ ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ
На рис. 98 изображено уплотнение, подвергавшееся испытаниям для соединений с вращающимся валом.
Уплотнение состоит из плавающей втулкц (бронза Бр.АЖ 9-4), имеющей возможность свободно перемещаться в радиальном направлении. Полость между корпусом и втулкой уплотнена с помощью манжетного уплотнения (ГОСТ 8752—70) при снятой пружине. Торец втулки притерт к графито-баббитовому упорному кольцу, образуя при этом торцовое уплотнение. Нормально втулка находится в неподвижном состоянии. Запланированная утечка жидкости происходит между внутренней поверхностью втулки и валом.
Если же давление жидкости превышает допустимое, то при обжатии втулки, происходящем из-за разности давлений, соприкасаются микронеровности ее и вала, и втулка начинает вращаться. При этом резко возрастает сопротивление вращению вала ^температура уплотнительного узла.
Первоначальный диаметральный зазор между валом и втулкой был принят 0,04—0,07 мм.
Зависимость утечки жидкости через уплотнение с деформируемой втулкой в зависимости от рабочего давления и числа оборотов вала представлена на рис. 99.
Из графика видно, что при давлении жидкости от 0 до 50 кгс/см2 и числе оборотов вала от 0 до 2500 об/мин (9,2 м/с) утечка не превосходила 310 см3/мин, что является весьма малой величиной. При дальнейшем увеличении давления утечка резко падает. С увеличением числа оборотов вала утечка возрастает (диаметр вала 70 мм, наружный диаметр втулки 76 мм, диаметральный зазор между валом и втулкой при сборке 0,04—0,06 мм, масло веретенное АУ* t = 17° С).
Притереть
Рис. 98. Гидродинамическое уплотнение с деформируемой втулкой
171
Как видно из результатов испытаний, данная бронзовая втулка может успешно использоваться при давлениях 50—60 кгс/см2. Для более высоких давлений необходимо изменить размеры втулки.
Максимальное давление, допускаемое деформациями втулки (до выбора зазора), может быть определено по ранее выведенной зависимости
Рпред — k'Q
(133)
где
Ci0 — C7 — C1C2C8L; C1 —
k^nd 12цЬ ’
2 2r*+rl 3E р _ г2
Cs — C6rE; C6 — kJ^d — C^L ; C7 _ C5rB; C5 — C2 — C3 C4;
,2 ’
C4 =
ЗE
После подстановки соответствующих значений коэффициентов получаем
Сю —
1
2d
г2—г2
H В
Г в
E
Рис. 99. Зависимость утечки жидкости через уплотнение с деформируемой плавающей втулкой от рабочего давления и числа оборотов вала в минуту:
Давление, при котором выбирается зазор,
S0E
Рпред
k г„
2 г:
/ — п = 0; 2 — п — 500 об/мин; 3 — п = 1500 об/мин; 4 — п — 2500 об/мин
Рпред
Подставляя значения входящих величин, получим
25- 1(Г4-1.15-IO6
35 Л 2~3.8а________M
да\3,82—3,52 3 /
(134)
Учитывая, что k' 1 и возможны колебания модуля нормальной упругости для бронзы E =(0,85-:-1,15)106 кгс/см2, имеем довольно точное совпадение с опытными данными. В нашем случае, сказывается также имеющееся ограничение в прогибе втулки (благодаря упору ее в торец кольца), вследствие чего &'<==* 1. Другие возможные конструктивные решения уплотнения с деформируемой втулкой представлены на рис. 100.
На рис. 100, а представлена примерная схема соединения, содержащая манжетное неподвижное уплотнение и подвижное
172
торцовое уплотнение, работающее при малых давлениях жидкости.
На рис. 100, б показано щелевое уплотнение, выполненное в виде плавающей кассеты.
1 і I-
. J
Рис. 100. Схемы применения щелевого уплотнения в сочетании с торцовым уплотнением: а — щелевое уплотнение в виде плавающей втулки с манжетами; б — щелевое уплотнение в виде плавающей кассеты; в — щелевое уплотнение в виде плавающей втулки
На рис. 100, в изображено соединение, состоящее из плавающей втулки, манжетного и торцового уплотнений.
Материал втулки может быть бронза, латунь и другие, исключающие появление задиров при случайном трении в паре с металлом вала.
33. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ТОРЦОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
При работе торцовых уплотнений со скоростью вала 5—10 м/с допускаемое среднее контактное давление при длительной работе обычно не превосходит 15—20 кгс/см2.
173
При повышении давления происходят значительное повышение температуры поверхностных слоев, разрушение масляной пленки, разделяющей неподвижную и вращающуюся детали уплотнения, и задиры рабочих поверхностей, вследствие чего уплотнение выходит из строя.
Для устранения этих недостатков с целью повышения применяемых давлений при высоких скоростях вращения вала целесообразно ввести гидродинамические торцовые уплотнения с подводом смазки рабочих поверхностей за г-гпят п-
Рис. 101. Схема гидродинамического торцового уплотнения при одностороннем направлении вращения с клиновым и ступенчатым вариантами канавок
Так как жидкость, протекающая в зазоре, соединена с остальным объемом жидкости, находящейся в уплотнении, то создаются благоприятные условия для уменьшения разогрева рабочих поверхностей и температуры в масляной пленке.
На рисунке дана схема уплотнения для одностороннего направления вращения. Как показывают расчеты, допускаемое давление для гидродинамических торцовых уплотнений при длительной работе может быть значительно повышено при сравнительно простой и компактной конструкции уплотнительного устройства. Через канавки а происходит подвод жидкости к клиновым зазорам.
