Исследования механизма работы уплотнений


Для исследования механизма работы уплотнений измерялось давление жидкости в водяной пленке, разделяющей манжету и экспериментальный шток. Измерение давления производилось с помощью четырех дренажных отверстий диаметром 0,2 мм, расположенных под углом 90° на одной окружности на штоке-зонде- При этом шток перемещался в осевом направлении относительно неподвижной манжеты й, таким образом, снималась эпюра давлений по высоте уплотнительной манжеты.
Давление измерялось техническими манометрами класса 1,5 с пределом измерений 400 кгс/см2. Положение штока определялось глубиномером с точностью до 0,1 мм относительно базовой торцевой поверхности корпуса.
Результаты измерений дали следующее. Давление в зазоре между манжетой и штоком начинает постепенно уменьшаться на расстоянии 8—12 мм от выходной кромки (рис. 5-25). На расстоянии 1,5—2 мм от выходной кромки оно составляет примерно 80—90% от полного давления. Затем происходит резкое уменьшение величины давления до давления слива. Форма эпюры на выходной кромке манжеты в нескольких опытах имела короткий (0,3—0,5 мм) горизонтальный или почти горизонтальный участок и при одних и тех же давлениях, но в разных опытах с одной и той же манжетой имела различную форму-Это говорит о том, что уплотняющая выходная кромка манжеты непрерывно деформируется, разрушается и восстанавливается вновь за счет пластической деформации фторопласта. В этой способности восстанавливать изношенную кромку манжеты и заключается высокая надежность и долговечность уплотнения.
Несмотря на некоторое различие формы эпюр давлений, можно отметить, что эпюры при более высоких давлениях рабочей жидкости в среднем имеют более крутой начальный участок. Это согласуется с рассмотренным ранее механизмом работы уплотнения.
Эпюры давлений в зазоре между манжетой и штоком практически одинаковы для манжет высотой 20 и 10 мм: основная часть рабочего перепада приходится на выходную кромку шириной примерно 1,5—2 мм.
Измерение распределения давления по окружности при одних it тех же положениях штока показывает, что неравномерность давления по окружности относительно небольшая и не превышает в большинстве случаев 30%. Это свидетельствует о том, что, хотя уплотнительная манжета и располагается несколько эксцентрично относительно штока, постоянное, ориентированное прижатие манжеты к штоку отсутствует. Об этом также говорит и достаточно равномерный (по окружности) характер износа фторопластовых манжет (рис. 5-26)-
Приближенные расчеты показали, что числа Re. соответствующие течению жидкости в экспериментальных уплотнениях, получаются ниже критических [Л. 19] (ReKpe =600-5- 1 000) для кольцевых и прямоугольных щелей. Числа Рейнольдса определялись по формуле где и — скорость течения; h — номинальная величина щели: v — коэффициент кинематической вязкости.
Принимая для d/h=64 значения Л и в из [Л. 52], получим отрицательную ошибку измерения давления Ар/Го<0. Это означает, что ошибка мала и во всяком случае меньше величины касательных напряжений у стенки. Величину касательных напряжений или сил вязкости можно определить, используя выражения (5-9), (5-12) и (5-14):
Как видно, это отклонение измеренной величины давления от действительной для нашего случая невелико, так как то для уплотнения, приведенного на рис. 5-21, составляет to=0,27 кгс/см2. При больших утечках воды в уплотнениях (больших значениях числа R) эта ошибка может увеличиться, но, как показано Биллингтоном, она не превышает величины динамическою напора в зазоре. Следует также отметить, что кажущаяся величина давления превосходит действительную величину, так как в районе дренажного отверстия линии тока расходятся, что сопровождается уменьшением скорости и увеличением статического давления.
Значительные искажения реальных значений давления имеют место на выходной кромке уплотнения «в пределах половины диаметра дренажного отверстия, что делает эпюру давлений более крутой на начальном участке (примерно 0,1 мм). Однако все погрешности, меняя несколько количественный результат, не искажают качественной картины характера распределения давления в водяной пленке и основанного на это картине описания механизма работы уплотнения.


Яндекс.Метрика