Шероховатости трущихся поверхностей


Из-за малой вязкости воды и определенной шероховатости трущихся поверхностей уже при малых давлениях в уплотняемой полости все пустоты между трущимися поверхностями заполняются водой. Осевое давление жидкости р0 на торец уплотнения при условии, что его зазоры (радиальные) малы, создает на боковых его поверхностях радиальные напряжения ог несколько меньшие, чем начальное давление жидкости. При этом величина радиальных напряжений тем ближе к величине давления жидкости, чем ближе значения коэффициента ц к 0,5. Действительно, так как модуль упругости материала мал и, следовательно, упругая деформация свободного кольца на порядок больше первоначального зазора между уплотнением и штоком (корпусом), в нашем случае можно использовать уравнения связи между деформациями и нормальными напряжениями с краевыми условиями для кольца, установленного без зазоров по боковым поверхностям. Совместное решение уравнений дает ar/po=p/(l—и), откуда при ц<0,5 отношение ог/ро<\. Для фторопласта-4 значения ц для наших параметров (£0=300 кгс/см2 и / до 100° С) лежат между 0,45 и 0,5. Поэтому при повышении давления воды нссплошной жидкостный слой постепенно отжимает уплотняющую поверхность и при этом увеличивается его толщина и появляется утечка жидкости в уплотнении.
При начальных сжатиях, создающих в уплотнении напряжения, превышающие рабочее давление жидкости, жидкость, заполняющая вследствие капиллярности пустоты между трущимися поверхностями, не может отодвинуть поверхность манжеты и трение носит граничный характер
В зависимости от зазора между манжетой и штоком (корпусом) и скорости жидкости на входной кромке имеются потери напора на внезапное сужение струи £и2(р/2) и создание входной скорости, где s — коэффициент потерь от внезапного сужения струи, и и р — скорость и плотность жидкости. По всей длине зазора между манжетой и штоком (манжетой и корпусом) будут иметь место потери на трение, которые также зависят от скорости: где  — коэффициент гидравлического сопротивления; /— высота уплотнительной манжеты; &(х)—переменный по высоте манжеты зазор в уплотнении.
Равновесное положение тонкого слоя материала на рабочей боковой поверхности уплотнения обеспечивается равенством давлений на эту поверхность со стороны пленки воды в зазоре и радиальных напряжений в материале уплотнения вблизи поверхности. По принятой схеме движения жидкости ее давление в зазоре изменяется по длине. При этом оно меньше давления рабочей жидкости, действующего в осевом .направлении на манжету, и постепенно уменьшается по направлению к выходной кромке манжеты. Таким образом, для равенства радиальных напряжений в уплотнении и давления в зазоре необходимо появление переменных (увеличивающихся) по длине зазора радиальных деформаций манжеты, которые уменьшают величину начального зазора в уплотнении.
Здесь следует отметить устойчивость положения равновесия. Увеличение утечки из-за увеличившегося по какой-либо причине зазора в уплотнении приводит к уменьшению в нем давления вследствие увеличения потерь на преодоление входного -сопротивления, создание скорости и потерь на трение. При этом давление жидкости в зазоре упадет, что приведет к дополнительной радиальной деформации манжеты и уменьшению зазора и величины утечки-
Используя допущение по п. 1, можно представить примерную форму эпюры давлений жидкости в зазоре и примерную форму зазора.
При относительно малом зазоре между манжетой и штоком (стенкой) и сравнительно большой скорости воды в нем и, следовательно, малом давлении радиальные деформации манжеты могут достичь такой величины, что зазор станет равным нулю и утечка воды прекратится (рис. 5-24,а). Как только прекратится движение воды, давление в зазоре вырастет до величины начального давления жидкости и отодвинет боковую стенку манжеты от штока и тем самым утечка в уплотнении восстановится.
При условии сохранения утечки можно утверждать, что предполагаемая величина деформаций меньше зазора. Принимая во внимание, что первоначальный зазор мал и модуль упругости материала невелик, это возможно только при больших радиальных напряжениях или относительно высоком давлении жидкости в зазоре. Этому условию соответствует малая скорость воды и, следовательно, достаточно большой (относительно минимальной величины), на большей часги длины уплотнения, зазор, в котором местные потери и потери по длине малы и давление жидкости близко к начальному.


Яндекс.Метрика