Об’ємний гідропривод: Конспект лекцій (Лекції 1-36: Загальні відомості про об’ємний гідропривод. Нові прогресивні технології і перспективи розвитку гідроприводів), страница 68

Принцип дії динамічного гвинтового ущільнення оснований на використанні сил тертя (фрикційної дії) рідини, заповнюючої гвинтову канавку обертового гвинта, на нерухомій втулці, в результаті чого виникає напір, який діє в напрямку вісі гвинта. В залежності від напрямку обертання і напрямку нарізки гвинта (вала) цей напір буде або протидіяти напору, обумовленому перепадом тисків на кінцях гвинтових канавок, або підсумовуватися з ними. У першому випадку при обертанні гвинта виникають сили, які будуть відкидати рідину, яка заповнює канавку, в ущільнюєму камеру. При цьому нагнічений ефект такого пристрою може перевищити витоки рідини через гвинтову канавку і радіальну щілину між гвинтом і втулкою, обумовлені перепадом тиску. Внаслідок чого перетікання рідини з ущільнюємої порожнини насоса в передманжетну камеру с при цьому повністю припиняються.

Оскільки дія цього пристрою заснована на гідродинамічному терті рідини, ущільнюючі пристрої цього типу ефективні лише при досить високій коловій швидкості (порядка 1 м/с).

Зважаючи на складності гідродинамічних явищ, які виникають при роботі такого динамічного дроселя, точний розрахунок потоку рідини через канавку обертового гвинта ускладнений, тому обмежуються приблизними розрахунками з наступною перевіркою. При цьому допускають, що оскільки радіальні зазори між поверхнями втулки і гвинта невеликі, перетіканням рідини через них можна знехтувати.

Принципова залежність утворюємого при обертанні гвинта перепаду тисків від діючих тут факторів виражається

, де μ – динамічна в’язкість рідини;

ω –кутова швидкість гвинта;

D і l_к – діаметр і довжина гвинтової канавки;

с – безрозмірний коефіцієнт, залежний від кроку гвинта, ширини впадини і профілю різьби; числові значення цього коефіцієнту можуть бути визначені лише дослідним шляхом.

Надійність дії подібного гвинтоканавочного ущільнюючого пристрою залежить від глибини і ширини канавки, числа канавок і різьби. Число k канавок у напрямку вісі гвинта, довжина канавки l_к і число заходів різьби z визначаються в залежності від довжини L нарізаної частини вала (гвинта):

; ; , де t – шаг нарізки;

a і c –ширина канавки і виступу гвинта;

α – кут нахилу твірної гвинтової поверхні до площини, перпендикулярної до вісі обертання гвинта (вала).

З наведеного виразу випливає, що ефективність ущільнюючого пристрою зростає із збільшенням величини канавки, що обумовлено ростом рідинного тертя фрикційного ефекту.           Так, наприклад, зменшення довжини гвинтової канавки на 20% призвело до збільшення потоку (при n=500 об/хв) в три рази.

Враховуючи сказане, довжину гвинтової частини вала належить вибирати як найбільшою, а заходів різьби - максимальним .

На ефективність дії ущільнюючого пристрою впливає форма і розміри канавки. На практиці використовують канавки прямокутного перерізу при співвідношенні глибини b і ширини a, рівному , доводячи це співвідношення до .

При зменшенні відносної глибини канавки a/b підвищується вплив рухомої стінки на поле швидкостей по глибині канавки і відповідно підвищується фрикційний ефект.

Застосування цих динамічних пристроїв має особливі переваги в разі жорстких вимог в області повного усунення зовнішніх виток рідини.

Найбільш важливими факторами, які впливають на роботу ущільнення і визначають його довговічність, є колова швидкість і пов’язана з нею температура, яка розвивається на поверхні тертя. При підвищенні колової швидкості, а відповідно і температури довговічність зменшується.

         Підвищення частоти обробки валика зменшує знос ущільнюючої манжети. При збільшенні середньої висоти нерівностей оброблюваної поверхні витрати на тертя зростають, причому тим інтенсивніше, чим більше робочий тиск. Для надійної роботи манжетних ущільнень робоча поверхня валика, яка контактує з манжетою, повинна мати чистоту обробки не нижче  0,8.

При радіальному битті ущільнюємого вала герметичність ущільнення неминуче порушується.