Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

5.7. Уплотнение подвижных соединений

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

Область применения уплотнений – герметизация входных и выходных валов машин. Уплотнения предупреждают утечку масла из корпуса машин и защищают внутренние полости корпуса от внешних воздействий (проникновения пыли, грязи и влаги), герметизируют полости в машинах, содержащих газы и жидкости при высоких давлениях или под вакуумом. В роторных машинах необходимо уплотнение вращающихся валов и роторов; в поршневых машинах – уплотнение возвратно-поступательно движущихся частей.

Все системы уплотнений делят на контактные и бесконтактные. В первом случае уплотнение достигается непосредственным соприкосновением подвижной и неподвижной частей уплотнений. К числу этих уплотнений относят сальники, манжеты, разрезные пружинные кольца, торцовые уплотнения. Во втором случае контакт между частями уплотнения отсутствует. Уплотнительный эффект достигается с помощью центробежных сил, гидродинамических явлений. К числу этих уплотнений относят лабиринтные уплотнения, отгонные резьбы, отражательные диски, ловушки.

Контактные уплотнения обеспечивают более высокую герметичность соединений. Их недостатки:

  • ограниченность допустимых скоростей относительного движения;
  • изнашиваемость и потери уплотнительных свойств с износом.

Бесконтактные уплотнения:

  • не имеют пределов по скорости относительного движения;
  • срок службы не ограничен;
  • уплотнительные свойства ниже, чем у контактных уплотнений;
  • полной герметизации можно добиться лишь применением дополнительных устройств.

Контактные уплотнения

Сальник – кольцевая полость вокруг вала, набитая уплотняющим материалом. Для набивки применяют хлопчатобумажные ткани, шнуры, вываренные в масле, фетр, асбест и подобные материалы с добавлением металлических порошков (свинца, баббита), графита, дисульфида молибдена и других самосмазывающихся веществ. Недостаток – повышенный износ, сопровождающийся потерей уплотнительных свойств, и неприспособленность к высоким окружным скоростям.

Для компенсации осуществляют затяжку набивки. Надёжность сальника резко возрастает при подводе смазки. При смазке уменьшается коэффициент трения, тепловыделение и повышается герметичность. Периодическая подтяжка требует внимания обслуживающего персонала. Перетяжка сальника приводит к перегреву и выходу уплотнения из строя.

Манжетные уплотнения – выполненное из мягкого упругого материала кольцо с воротником, охватывающим вал. Под действием давления в уплотняемой полости воротник манжеты плотно охватывает вал с силой, пропорциональной давлению. Для обеспечения постоянного натяга воротник стягивают на валу кольцевой пружиной. Манжета должна быть расположена воротником навстречу уплотняемому давлению; при обратном расположении давление отжимает воротник от вала. При необходимости двустороннего уплотнения устанавливают две манжеты с воротниками, направленными в разные стороны. Наружную сторону манжеты плотно крепят к корпусу.

Манжеты чаще всего изготовляют из пластиков типа поливинилхлоридов и фторопластов, превосходящих кожу по упругости и износостойкости. Полихлорвиниловые манжеты выдерживают температуру до 80 °С. Фторопластовые манжеты могут работать при температурах до 300 °С.

Армированные манжеты для валов представляют собой конструкцию, устанавливаемую в корпус; манжету изготовляют из синтетических материалов. Воротник манжеты стягивается на валу кольцевой витой цилиндрической (браслетной) пружиной строго регламентированной силой.

Манжеты изготовляют прессованием или пресс-литьём (с опрессовкой внутренних металлических элементов) из эластичных, износостойких, масло- и химически стойких пластиков и резины. Браслетные пружины изготовляют из пружинной проволоки диаметром 0,2-0,5 мм и подвергают закалке и среднему отпуску, защищают кадмированием, цинкованием. Поверхности, по которым работают манжеты, должны обладать твёрдостью не менее HRC 45 и иметь шероховатость не более Ra = 0,16-0,32 мкм.

Уплотнение разрезными пружинными кольцами надёжно, оно может держать большие перепады давления и, при правильном подборе материалов, долговечно. Пружинные кольца изготовляют из закалённой стали, перлитного чугуна, кованой бронзы и устанавливают в стальном корпусе, термообработанном до твёрдости HRC 40-45. Наружную втулку уплотнения выполняют из закалённой, цементованной или азотированной стали. Кольца сажают в канавки корпуса с осевым зазором 0,005-0,020 мм. Под действием перепада давления кольца прижимаются торцами к стенкам канавок корпуса. Обычно устанавливают два-три кольца; при повышенном перепаде давления число колец доводят до пяти-шести.

В многокольцевых уплотнениях, работающих при высоких перепадах давления, наиболее нагружено первое, ближайшее к герметизируемой полости кольцо. Со временем на торцевой поверхности колец образуется ступенчатая выработка – результат прижатия кольца к стенке канавки. Для равномерного распределения нагрузки между кольцами и для подвода масла к трущимся поверхностям (при уплотнении маслосодержащих полостей) в первом (или в нескольких кольцах) выполняют разгрузочные отверстия.

Уплотнение резиновыми кольцами, вводимыми в канавки вала или промежуточной втулки, имеет ограниченное применение. Кольца выполняют из мягких сортов маслостойкой и термостойкой синтетической резины. Недостатки уплотнений резиновыми кольцами – ненадёжность работы, быстрый износ резины в процессе эксплуатации, неопределённость сил прижатия. Чаще применяют резиновые кольца в установках с возвратно-поступательным движением вала.

Торцевые уплотнения принадлежат к числу контактных уплотнений. На валу устанавливается диск, фиксирующийся от вращения относительно вала. Диск постоянно прижимается пружиной к укрепленной на корпусе неподвижной шайбе. Уплотняемая среда (жидкость, газ) может просачиваться через уплотнение в двух направлениях: через торец диска и через кольцевой зазор между диском и валом.

Торцевое уплотнение состоит из двух уплотнений: торцевого и радиального. Радиальное уплотнение работает в более лёгких условиях, чем торцевое, так как диск имеет незначительные перемещения вдоль вала. Здесь пригодно любое уплотнение – резиновыми кольцами, разрезными пружинными кольцами, сальниками, манжетами. Просачивание через радиальный зазор можно исключить полностью, уплотнив зазор мембраной, сильфоном.

Основное достоинство торцевых уплотнений заключается в том, что износ трущихся поверхностей компенсируется перемещением уплотняющего диска в осевом направлении под действием пружины. Торцевое уплотнение обладает свойством самоприрабатываемости; при правильном выборе материала трущихся поверхностей и подводе незначительного количества смазки уплотнение может работать в течение долгого времени при хорошем состоянии поверхностей контакта, обеспечивающем надёжное уплотнение.

Для поверхностей трения применяют антифрикционные пары: сталь-баббит, закалённая или азотированная сталь-бронза, графитовые и угольные композиции, пластики. В наиболее ответственных случаях применяют твёрдые сплавы (литые и металлокерамические) в паре друг с другом или с более мягкими материалами из числа указанных выше. Поверхности трения обрабатывают до шероховатости Ra = 0,16-0,32 мкм. Подвижные уплотняющие диски должны обеспечивать строгую перпендикулярность торцевой поверхности относительно цилиндрической поверхности, а также параллельность торцов подвижного и неподвижного дисков.

Уплотнение возвратно-поступательно движущихся деталей. Уплотнение штоков сальником. Возвратно-поступательно движущиеся штоки уплотняют чаще всего сальниками с набивкой из материала, соответствующего условиям работы уплотнения. При невысоких давлениях и температурах (штоки гидравлических, пневматических цилиндров) применяют уплотнение резиновыми кольцами, устанавливаемыми в выточки корпуса.

В условиях высоких давлений и температур применяют сальники с металлическими пружинно-затяжными кольцами. Уплотнение состоит из набора чередующихся конических и обратно-конических колец. При затяжке наружные кольца упруго расширяются, прилегая к поверхности корпуса, внутренние кольца сжимаются, уплотняя поверхность вала.

Бесконтактные уплотнения

Щелевые уплотнения. Наиболее простой вид бесконтактного уплотнения – кольцевая щель между валом и корпусом. Уплотняющая способность кольцевой щели пропорциональна длине и обратно пропорциональна величине зазора. При практически осуществимых длинах щели и величинах зазора уплотнение это малоэффективно.

Уплотнения отгонной резьбой применяют для герметизации полостей, содержащих жидкости. На валу или во втулке (или одновременно) выполняют резьбу (многозаходную). Направление резьбы согласовывается с направлением вращения вала так, чтобы витки отгоняли уплотняемую жидкость в корпус. Уплотнение – нереверсивное; при перемене направления вращения витки гонят жидкость в обратном направлении – из корпуса.

Уплотняющая способность отгонной резьбы пропорциональна длине резьбового пояса, скорости вращения вала, вязкости жидкости, обратно пропорциональна высоте резьбы и очень зависит от зазора между гребешками витков и стенками отверстия. Уплотнение работает удовлетворительно, если радиальный зазор не превышает 0,05-0,06 мм. При зазоре свыше 0,1 мм уплотнение становится бесполезным.

Гребешковые уплотнения. Цель установки гребешковых уплотнений – разбить масляную плёнку, ползущую по валу, и отбросить масло действием центробежных сил в кольцевую полость, откуда оно стекает в корпус по дренажным отверстиям. Маслосбрасывающие гребешки выполняют непосредственно на валу или на съёмных деталях. При невысоких частотах вращения гребешок заменяют разрезным пружинным кольцом.

Уплотнение отражательными дисками. Отражательные диски устанавливают перед щелевыми уплотнениями с целью преградить доступ масла в щель и отогнать действием центробежной силы частицы масла.

Лабиринтные уплотнения применяют для уплотнения полостей, заполненных газом или паром. Действие их основано на торможении (завихрении) газа в узкой кольцевой щели с последующим расширением в смежной кольцевой камере большого объёма. В кольцевой щели давление преобразуется в скоростной напор; на выходе газа из щели давление восстанавливается, но только частично; часть давления расходуется на необратимые потери при завихрении-расширении. Чем больше эти потери (чем меньше сечение щели и острее образующие её кромки), тем меньшая доля давления восстанавливается в камере, тем эффективнее работает уплотнение.

Последовательной установкой ряда камер, разделённых узкими щелями, достигают существенного уменьшения перетекания. Лабиринтные уплотнения применяют при высоких окружных скоростях и температурах, когда исключена возможность установки контактных уплотнений.

Лабиринтное уплотнение не может полностью исключить истечение газа. Непрерывное движение газа вдоль лабиринта лежит в основе принципа действия лабиринта и является непременным условием функционирования. Лабиринт может только ослабить поток газа через уплотнение.

Гидравлические центробежные уплотнения состоят из крыльчатки, вращающейся в замкнутой кольцевой полости, в которую залита уплотняющая жидкость (масло, вода). Центробежной силой жидкость прижимается к периферии полости. Разность центробежных сил, действующих на жидкость со сторон крыльчатки, определяет давление, которое держит уплотнение.

Уплотнение сегментными кольцами. Сегментные металлические кольца – это кольца, разделённые в радиальном направлении на несколько частей (обычно на три). Такое уплотнение сложно в изготовлении и требует тщательного монтажа, но оно надёжно и способно выдерживать весьма высокие давления и работать при высоких температурах.

Комбинированные уплотнения. Для повышения надёжности устанавливают последовательно два (и более) уплотнения разного вида. Некоторые виды уплотнений хорошо взаимосвязываются друг с другом и встраиваются в один узел без значительного увеличения габаритов.

Уплотнение неподвижных соединений

Для обеспечения герметичности плоские стыки уплотняют листовыми прокладками из упругого материала. На прокладках ставят крышки маслосодержащих резервуаров, работающих под давлением или вакуумом, фланцы трубопроводов. Прокладочный материал выбирают в зависимости от условий работы, давления, температурного режима. Для уплотнения применяют: прокладочную бумагу толщиной 0,05-0,15 мм, кабельную бумагу (бумагу, пропитанную бакелитом или другими синтетическими смолами), прокладочный картон толщиной 0,5-1,5 мм, прессшпан. Наилучшими свойствами обладают прокладки из синтетических материалов.

Для соединений, работающих при высоких температурах, применяют прокладочные материалы с асбестом (асбестовую бумагу, асбестовый картон). Паропроводы уплотняют паронитом – композиция асбеста с натуральной или синтетической резиной. Паронит выдерживает температуру до 450 °С. При высоких температурах применяют листовые прокладки из пластичных металлов – листового свинца, алюминиевой и медной фольги. Такие прокладки требуют повышенного усилия затяжки.

Широко применяют герметики – уплотняющие мази разнообразной рецептуры, преимущественно на основе натуральной или синтетической резины, с соответствующими растворителями. Для уплотнений, работающих при высоких температурах, применяют термостойкие мази. Герметики выпускаются в виде паст и лаков. Их наносят на уплотняемые поверхности поливом, кистью или шпателем.

Прокладки из мягких материалов после однократного пользования подлежат замене. Применяют армированные прокладки, состоящие из упругого материала (резины, пластика, асбеста и т.д.), заключённого в оболочку из мягкого металла (меди, латуни). Параметр Ra шероховатости должен быть не более 1,6 мкм, иначе добиться герметичности соединения трудно. Круглые фланцы уплотняют также упругими металлическими кольцами, чаще всего Z-образного сечения (так называемые гофровые кольца). Круглые фланцы с центрирующими буртиками уплотняют шнурами из упругих материалов (резины, синтетики), которые закладывают в канавки, проделанные в буртике. При таком расположении на стыке обеспечивается чистый контакт “металл по металлу”. Способ применяют только для “холодных” стыков.

Самый простой способ уплотнения ввертных деталей – смазывание витков резьбы герметизирующими составами. При этом способе затрудняется отвинчивание деталей вследствие “прилипания” герметизирующей мази к резьбе после некоторого периода эксплуатации.

Не рекомендуется применяемая в ремонтных условиях “подмотка” ближайших к торцу ввертной детали витков резьбы.

Простейший вид уплотнения – установка резинового кольца круглого сечения в канавке гильзы. В свободном состоянии кольцо выступает над поверхностью гильзы, при введении гильзы в рубашку кольцо сжимается и уплотняет стык гильзы и рубашки. Для увеличения надёжности уплотнения устанавливают последовательно несколько колец.

< 5.6. Проверка качества смазочных материалов, продуктов изнашивания в смазке Содержание 6.1. Шпоночные, резьбовые соединения, тормоза >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • 7.7. Обработка поверхности Обозначение шероховатости поверхности (смотри таблицу 7.3, таблицу 7.4): – знак I применяется для поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается; – знак II применяется для поверхности, которая должна быть обработана удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т.п.; – знак III применяется для поверхности, образуемой без удаления слоя материала, например, литьём, [...]
  • 7.6. Основы термообработки Термообработка металлов и их сплавов — процесс целесообразно выбранных операций нагрева и охлаждения, в результате которого повышаются механические свойства, изменяются физические свойства, а следовательно, увеличивается срок эксплуатации деталей. Основными видами термообработки являются: отжиг, нормализация, закалка и [...]
  • 7.5. Сопротивление материалов Модуль Юнга (модуль упругости первого рода) Е, МПа, Н/мм2 — постоянная упругости в законе Гука в пределах, когда деформация пропорциональна напряжению. Модуль Юнга численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза: для стали, Ест = (2,0-2,2)×105 МПа; для чугуна, Еч = 1,2×105 МПа; для меди, Ем = 1,0×105 МПа; для алюминия, Еал = 0,6×105 МПа; [...]
  • 7.4. Мерительный инструмент Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с. Мерительный инструмент В зависимости от назначения в процессе производства средства измерения и контроля линейных и угловых величин подразделяются на [...]
  • 7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики