Уплотнительные соединения. Уплотнения продольного движения. Уплотнение привалочных поверхностей фланцев и крышек. Эксплуатация трубопроводов, страница 4

6.2.5 Уплотнения торцового типа

Для работы в условиях высоких давлений жидкости и оборотов Вила и в особенности в сочетании с высокими температурами нашли Применение уплотнения торцового типа, в которых движущаяся уплотмиицая поверхность контактирует с внешней поверхностью вала в плоскости, перпендикулярной к оси вала.

Схема уплотнения показана на рисунке 13. Уплотнение состоит Я нагруженного пружиной 1 уплотнительного кольца 2, изготовленного из мягкого антифрикционного металла и контактирующего с ним по торцу металлического опорного кольца (буксы) 4 высокой твердости. Уплотнительное кольцо крепится либо к вращающемуся валу, либо соединяется с неподвижным корпусом, а опорное в первом случае крепится в корпусе и во втором - на вращающемся валу. При этом одно из колец должно иметь свободу перемещения вдоль оси, благодаря которой оно с помощью пружины 1 прижимается ко второму кольцу.

Пружина 1 создает предварительное контактное давление на поверхностях колец 2 и 4, достаточное для предотвращения утечек жидкости при нулевом или близких к нему давлениях рабочей среды. При увеличении давления к усилию пружины 1 добавляется усилие давления Р1 жидкости, действующей в направлении действия пружины, благодаря чему контактное давление (удельная нагрузка) скользящей пары будет повышаться пропорционально увеличению этого давления. Уплотнение подвижного элемента (кольца) по поверхности осевого скольжения осуществляется обычно с помощью круглого резинового кольца 3 или иных уплотнительных средств.

Эти уплотнения могут применяться при окружных скоростях уплотняемого узла до 50м/с и выше и при давлениях уплотняемой среды до 40МПа. В зарубежной практике именно торцевые уплотнения нашли наибольшее применение для герметизации вращающихся валов.

Для снижения контактного давления площадь f = (dj -dj), на

Которую действует давление pi жидкости, прижимающее подвижное в осевом направлении кольцо 2 к вращающемуся кольцу 4, меньше площади F = (d[-dj), по которой происходит контакт этих колец. Правильным подбором отношения, которое называется коэффициентом уравновешивания, можно получить контактное давление колец ниже давления рабочей среды.

Допуская, что непосредственный контакт поверхностей скользящей пары отсутствует (действующие силы уравновешены) и что течение жидкости в зазоре подчиняется гидродинамическому закону, условие равновесия осевых сил, приложенных к подвижному в осевом направлении кольцу, будет иметь вид

p_cpF-Apf±T-P_np = 0

где Рср - среднее давление жидкости в зазоре между прилегающими поверхностями колец;

Лр = р,-р₂ - перепад давления между давлением pi уплотняемой среды и давлением рз в сливной полости. При условии, что сливная полость соединена с атмосферой Лр = р,;

Т - сила трения кольца;

Pap ~ усилие затяжки пружины.

Ввиду того, что в правильно сконструированном уплотнении сумма Т + Р„_р обычно не превышает 5-8% осевого усилия давления жидкости, действующего на подвижное в осевом направлении кольцо, в расчетах ею пренебрегают. При этом допущении последнее уравнение примет вид

Допуская, что распределение давления жидкости в зазоре в ради-альном направлении по ширине уплотняющей поверхности будет линейным, что будет справедливо при условии параллельности поверхностей, образующих зазор, можно написать .

Всоответствии с этим равновесие сил давления жидкости на уп-лотнительное кольцо с учетом указанного расклинивающего действия жидкости при линейном распределении давления в зазоре наступит при условии

При указанном значении коэффициента к плотность контакта колец, требуемая для сохранения герметичности, достигается лишь действием усилия сжатия пружины 1. Поскольку распределение давления в зазоре может быть нелинейным, коэффициент к обычно выбирают больше 0,5, так как в противном случае усилие давления жидкости в зазоре может превысить прижатие колец, и уплотнение «раскроется».

Для уплотнений с шириной контактной поверхности £ = 4 + 5 мм при использовании масел малой вязкости рекомендуются следующие значения коэффициента уравновешивания: для давлений рабочей среды выше 0,8-1,0МПа значение к = 0,55+0,6 и ниже 0,8МПа значение к = 0,6+0,65.