Уплотнительные устройства - Макаров Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
_ 1) определенное отношение площади, на которую передается давление жидкости, к площади поперечного сечения уплотнительного элемента;
2) свободное относительное движение деталей уплотнения;
3) отсутствие выдавливания уплотнения в зазоры и заклинивания подвижных деталей;
4) свободный отвод жидкости в атмосферу, если бы она проникла через уплотнение в начале работы.
Различают дифференциальное уплотнение с плавающим стержнем и плавающим кольцом. В качестве материала для уплотнений применяют резиновые кольца с защитными фторопластовыми шайбами, пройитанный пеньковый или асбестовый сальник и др.
23
Дифференциальное уплотнение с плавающим стержнем
Определим минимальное отношение размеров стержня ,
обеспечивающее надежную герметизацию соединения (рис. 10). Усилие, действующее на поршень,
F = jTDY
Изменение давления по длине уплотнения
dJ-= ^-(D^~d^ =-Kkf(D-d)pz,
где k = — коэффициент ради-
ального давления.
После интегрирования получаем
Pr = крг = kpi0t D+d .
Определим наибольшее значение из уравнения равновесия плавающего стержня
і
F — -J- (D2 — d*) pz0 + J kfn dp, dz
О
или
/ _ Akfl \
F = ^(D* -d*)p20 + -%d(D+d)p20{I -е D+d).
Для обеспечения надежной герметизации необходимо, иметь > 1 и желательно, чтобы было >• 1.
Минимальное ,значение отношения имеем:
а) для = 1
(14,
б) для = 1
Akfl
где N = tD+d .
24
~Тр I \ I
Z ^r- 11 г "* 0
IL Щ \ csi Г Jk iQ.li V 2
Рис. 10. Дифференциальное уплотнение с плавающим стержнем:
1 — уплотнение; 2 — плавающий
стержень
Корень со знаком минус не имеет смысла, так как отношение будет отрицательное.
Таким образом, отношение , обеспечивающее надежную
работу уплотнения, зависит от отношения d, kn f.
а) При = I, k = 0,67, / = 0,09 для = 1
0,70, для < I 4 ^ 0,75;
б) При = 0,5, k = 0,67, f = 0,09 для = 1
S== 0,62, для = I A ^ 0,66.
Значение > 1 не имеет смысла.
Без учета сил трения должно быть
Pr _kS .
P - Sy >1-
Следовательно,
Sy _ (D2 — d2) ^ fc S- Da ^ к>
где
S,=-? (D2-d2); S = ^.
При А; = 0,67 и f = 0 (-?-) = 0,57.
\ / min
В настоящее время такие уплотнения успешно применяются в неподвижных соединениях и при небольших скоростях вращения, например в запорных вентилях (ГОСТ 4340—68—4361—68).
Дифференциальное уплотнение с плавающим кольцом
Изменение давления в уплотнении (рис. 11) по его длине
S= =
= (± d -f- Di -)- D2 ± D) nkfpz, (15)
где pz — осевое давление в уплотнении. Знак плюс у диаметров d и D соответствует трению при движении, повышающему контактное давление в уплотнении, знак минус — понижающему. Принимаем у диаметров d и D знак минус.
25
Уравнение (15) запишем в следующем виде:
dp г __ 4?/ [(^ ~h 6O (^2 4* ^i)]
dz •
Обозначим
л _ -4fe/ [(D + d) - (D2 + D1)]
[(D2-d2)(Dj-Dl)]
2 г
Pr, ,11 ..
Рис. 11. Дифференциальное уплотнение с плавающим кольцом:
1 — плавающее кольцо; 2 — уплотнительное кольцо
Интегрируя уравнение (16), получим
Pz = Pz^az-Для данной конструкции обычно имеем
D-D2 =D1- d.
При этом условии А = 0 и, следовательно,
Pz = Pz О = const-
Осевое давление рг определим из уравнения равновесия плавающего кольца
F = JL [(D2 - d2) - (D22 - Dl)] р2 +
H
+ } kfpji (D1 + D2) dz, (17)
о
где H — длина уплотнения.
Обозначим: Sy = -^-[(D2—d2) «« (D2 — D?)]; S =(D2—d2).
Тогда F = -j- (D2 — d2) р — Sp.
26
Уравнение (17) можно написать в следующем виде: pS = Sypz + kn/Я (D1 + D2) рг.
Откуда
HO
Следовательно,
Рг __________________^______________
P Sy **Ь knfH (D1 -f- D2) 9
— = й. Рг
Pr kS
T “ Sy + knfH (D1 + D2) •
(18)
Принимая ¦— = 1, имеем
S^Sy+-2nftf^±^-. (19)
Без учета сил трения должно быть
Pr _ Sk > .
P ~ Sy
S
Следовательно, < k 0,67.
Для надежной работы этого уплотнения при отклонениях размеров уплотнительных колец в пределах допусков на изготовление предусматривается сообщение между собою уплотнительных полостей для выравнивания в них давлений. Несоблюдение этого требования не обеспечивает надежности герметизации.
Во избежание выдавливания набивки в зазоры должны предусматриваться фторопластовые прокладки. При отсутствии прокладок относительное перемещение металлических колец затрудняется и уплотнение может выйти из строя.
Одностороннее дифференциальное уплотнение с плавающим кольцом
На рис. 12 представлено одностороннее дифференциальное уплотнение поршня и штока. В этих уплотнениях неподвижное соединение уплотняется резиновым кольцом, поставленным с натягом; в подвижном соединении применяется одностороннее дифференциальное уплотнение с защитными кольцами от выдавливания резины в зазор.
Определим размеры уплотнения, обеспечивающие надежную герметизацию соединения.
Условие равновесия плавающего кольца поршня
PS - TijS-T2jIrT з + PzSg,
27
где
T і TiDlJpri T2 MD1IJ1Pn T з SiD2I2IzPi Sy = ^-(D2-D2l); S = ^-(D2-D22); Pr=Pzj-Ijt
где т =
г
Ввиду малости размера I значение рг принимаем постоянным по длине кольца. Подставляем значения составляющих в уравнение равновесия кольца
