Башта Т.М. - Машиностроительная гидравлика, страница 124

394). Плавающее кольцо а обычно ивготовляется ив графита или пластмассы. Надежность уплотнения вначительно вависит от ширины контактного пояска колец, причем с уменьшением ширины пояска Ь (см. рис. 393, а) уменьшается толщина масляной пленки, момент трения и температура в месте контакта. Кроме того, с уменьшением ширины пояска упрощаются также вопросы обеспечения требуемой точности и чистоты обработки трущихся поверхностей, а также улучшается их смаэка.

Прн увеличении ширины контактной поверхности ухудшаются условия отвода тепла, что приводит к повышению температуры в масляной пленке и соответственно к ивменению свойств смаэки а и воэможности ее испарения. В практике ширину пояска для диаметра кольца до 60 — 80 ми обычно принимают равной 3 э«и; при диаметрах 80 †1 мм эту ширину доводят до 5 — 6 эш.

При р 4 Рис. 394. Торцовое уплотиевие малых ДиаметРах Уплотнитель- со свободио плавающим гр»фитных колец ширина пояска сос- иым кольцом тавляет 1,5 — 2 ми. Минимальная ширина пояска Ь определяется условием преодоления сил трения кольца. Принято также ширину Ь выбирать равной (0,1 — 0,15) ««, где д — диаметр кольца.

Ширина кольца иэ мягкого материала выбирается меньше парного кольца ив твердого материала с целью устранения вреэания более узкого кольца в широкое, которое препятствовало бы свободе относительных перемещений колец в радиальном направлении. Точность иэготовления и чистота обработки деталей. Надежность и герметичность торцовых уплотнений, зависит от точности ивготовления и качества обработки скользящих поверхностей. Наиболее важное вначение, и в особенности при высоких скоростях скольжения, имеет соблюдение перпендикулярности этих поверхностей к оси вращения вала.

Величина допустимого торцового биения эависит от скорости, что обусловлено, тем, что если при малых оборотах подвижное в осевом направлении кольцо может полностью или частично компенсировать некоторые, нарушрния перпендикулярности поверхностей контакта к оси вращения, то прн больших числах оборотов эта компенсация станет невоэможной в силу действия снл инерции, в результате кольца потеряют вследствие обраэовавшегося клиновидного заэора плотность контакта, т. е.

при некотором эначении торцового биения ориентирующееся кольцо будет как бы «подпрыгивать», сохраняя контакт Число оборотов а минуту До 6000 Максимальное торцовое биение з мм ...... 0,0180 — 0,0126 6000 — 10 000 10 000 — 20 000 0,0126 — 0,0100 0,0100 — 0,00 <5 В ряде руководств приняты менее жесткие требования по торцовому биению, выполнение которых обеспечивает, при всех прочих благоприятных условиях, удовлетворительную работу уплотнения.

Так, например, перпендикулярность герметиаирующей плоскости к оси вала при окружных скоростях 40 л</сек рекомендуется выдерживать в пределах 0,01 лам на радиусе 25 лом. Максимальное торцовое биение, по зарубежным данным, для уплотнительных колец диаметром 50 лам при числе оборотов до 6000 в минуту не должно превышать 0,018 мм. Большое влияние на герметичность уплотнения окааывает плоскостность контактирующих (рабочих) поверхностей колец, нарушение которой не должно превышать 1 мл.

Ухудшение герметичности наблюдается также при волнистости рабочих поверхностей колец, что обусловлено утолщением масляной пленки, происходящим с воарастанием скорости относительного скольжения (вращения кольца); при иавестном значении волнистостн грузоподъемность масляного слоя с повышением скорости так сильно возрастает, что может привести вследствие утолщения масляной пленки к потере герметичности.

Допуски на торцовое биение и параллельность рабочих поверхностей частично могут быть снижены при применении уплотнительных колец со сферическими (см. рис, 393, в) контактнымн я онерхностямп. с опорным кольцом не по всей поверхности, а лишь в одной точке.

При некоторых же условиях зто кольцо может вступить в резулы тате колебательных движений, обусловленных торцовым биением, в резонансные колебания с амплитудой, превышающей величину торцового биения, вследствие чего герметичность будет потеряна. Кроме того, в колеблющийся торцовый зазор между кольцами смогут попадать частицы твердого загряанителя, что вызовет нанос рабочих поверхностей колец. Следует также отметить, что при искажении плоскостности и при перекосах поверхностей колец распределение давления в зазоре будет вследствие гидродинамического эффекта асимметричным, причем в одних местах оно мох<ет быть ниже, а в других выше давления уплотняемой среды. В первом случае жидкость затекает в зазор и во втором вытекает из него, причем, если зги расходы не соответствуют друг другу, возможен раарыв пленки, сопровождающийся эффектом кавитации и осевыми вибрациями подвижного кольца.

Допустимые торцовые биения для колец диаметром 50 лам приведены ниже: Нарушение плоскостности рабочих поверхностей колец может произойти также в эксплуатации и в особенности при работе в условиях высоких давлений (200 кГ(см' и выше). Искажения плоскостности и формы кольца при этих давлениях уплотняемой среды происходят в результате упругих его деформаций, при которых возникают конусность, волнистость и прочие дефекты рабочей поверхности, что неизбежно сопровождается нарушением плотности контакта.

Эти искажения усугубляются тепловыми деформациями, вызываемыми неравномерным нагревом колец. Поэтому кольца, применяющиеся в условиях низких давлений (см. рис. 393, а), окааались непригодными для работы при высоких давлениях. Ь Опыт показывает, что наиболее полно удовлетворяет условиям работы при высо- Ф) ких давлениях (100 кГ/си' и выше) кольцо .с симметричным относительно оси сечения стенки профилем (рис. 395), при котором воаможность искажения плоскостности Рр рабочей поверхности под действием сил давления жидкости и температуры сведена к минимуму.

Чистота обработки рабочих поверхностей н применяемые материалы. Опыты показывают, что наиболее рациональной является чистота обработки рабочих поверхностей уплотнительных колец, кото- Ь рая соответствует р $0. Уместно отметить, что этим требованиям удовлетворяет чи- зого уплотнения для вмстота, приобретаемая рабочими поверхно- сових лавленвй стями при наносе в практических условиях. Повышение чистоты обработки поверхностей выше и И приводит к повышению трения и температуры поверхностей скольжения. Герметичность при подобном повышении чистоты обработки практически не улучшается, Качество уплотнений зависит в аначительной мере от правильного выбора материала контактирующих колец.

В общем случае для деталей торцового уплотнения можно использовать материалы, применяемые в подшипниках скольжения. Широко применяется пара из бронзового или чугунного уплотнительного кольца со стальным цементованным опорным кольцом (буксой). Чугун более пригоден для работы с маловязкими маслами, керосином и бензином; при вязких маслах лучше испольаовать бронаовые кольца. Для масляной рабочей среды наилучшей парой являются кольца из графита и высококачественного гугуна. Применяют кольца с покрытиями герметиаирующих поверхпостей угольно-графитовыми, графито-металлическими и керамическими материалами, а также кольца из политетрафторэтиленовых 636 пластмасс с наполнителем (уголь или стекловолокно).

Угольнографитовый материал стоек при температурах до 380'С. Уплотнения из этого материала пригодны для работы при окружных скоростях до 60 м/сек и контактных давлениях до 30 кГ/сыэ. Для увеличения теплопроводности, прочности и ианосостойкости графитовый материал пропитывают баббитом, кадмием, медью, медными сплавами, бронзой, свинцом и серебром.

Хорошие результаты получены при работе уплотнений из графитовых материалов типа АГ-583-600, АО-СО, 45-1500. Для изготовления из этого материала колец могут быть использованы материалы угольных щеток электромашин в паре с инструментальными, нержавеющими и легированными сталями, а также стеллитом и карбидом вольфрама. В качестве материала для изготовления деталей скользящей пары применяется также графит марки СО-5 в паре со сталью 25ХМЮА, закаленной до 40 — 45 НАС. В масляной среде в паре с деталями из антифрикционного чугуна часто применяют также кольца из твердого синтетического каучука, пластмассы и прессованной древесины, тканей, пропитанных резиной и графитом керамических сплавов.

Так, например, хорошие результаты показали уплотнительные кольца из текстолита марки ПТК в сочетании со стальной закаленной буксой, а также кольца из металла и пластмассы, напыленной на одну из рабочих поверхностей пары. Для напыления применяют в основном порошки полиамидов или фторопласта-4.

Для обеспечения отвода тепла толщина напыленного слоя не должна превышать 0,8 — 1 зьв. Применяют также уплотнительные кольца из фторопласта и текстолитовых материалов, трение которых ниже на 25% по сравнению с трением металлических материалов (бронзы и др.). Уплотнение вращающегося действия иэ текстолита можно испольаовать при скорости до 30 м/сек и удельном давлении 100 вГ/сии. Опыт показывает, что допустимое контактное давление для фторопластовых уплотнений, работающих в минеральном масле, не должно превышать 15 кГ/смэ; для жидкостей с низкими смазывающвми свойствами (керосин, бензин и др.) контактное давление выбирают равным 6 — 8 кГ/слР. Для давлений до 15— 20 кГ/смэ и скоростей скольжения до 10 — 12 м/сел при достаточной смазке применяют пары чугун — бронза и закаленная сталь— чугун.

Для работы при высоких температурах и давлениях применяют твердые сплавы типа стеллита или карбида вольфрама в виде покрытия в паре с металлами, ващищенными рааличными неметаллическими покрытиями иэ керамики, фторопласта, полиамидных смол, углерода и др. В торцовых уплотнениях применяют также детали с керамическими покрытиями (окись алюминия нлн окись циркопия), обладающие высокой стойкостью при высоких температурах. Из керамических материалов этого типа распространен материал на основе окиси алюминия. Керамические кольца обладают хорошими показателями по износостойкости и сопротивлению коррозии.

Высокой иэносостойкостью в сочетании с другими конструкционными материалами обладает карбид вольфрама. Однако применение его в условиях широкого температурного диапааона затруднено аначительной разницей в тепловом объемном расширении в сравнении со сталями, поэтому он в основном применяется в виде тонкого покрытия одной из контактных поверхностей уплотнительного узла. В частности торцовое уплотнение кольцами из никелевого сплава и опорной стальной детали, покрытой карбидом вольфрама, применяется для герметизации насосов, предназначенных для работы на жидких металлах (эвтектическом сплаве калия и натрия) при 540' С и давлении 140 кГ/смз.

При высоких давлениях рабочей среды (400 кГ/слд и больше), а также высоких окружных скоростях (до 46 жlсек) наилучшие покааатели имеет пара, состоящая иа стали 45 (для изготовления кольца 2) (см. рис. 395) и сплава АВМ-30 на основе вольфрама и меди (кольцо 1). Химический состав сплава АВМ-30 следующий: 23 — 33% Ск; 1,5% %; 0,15% С; 5) — основа, 60-100 НВС. Прочие вопросы конструирования уплотнительиого узла.