Исследование покетов уплотнений


На основании анализа и экспериментов можно сделать вывод, что зазор в уплотнении имеет минимальную «рабочую» величину у выходной кромки манжеты, которая работает в тяжелых условиях: большая статическая нагрузка — почти полный перепад рабочего давления, и знакопеременная нагрузка, соответствующая силе трения. Отсюда следует, что важно иметь малую силу трения, чтобы уменьшить разрушения уплотнения. Однако экспериментальные исследования манжетных уплотнений показывают, что даже при жидкостном трении в уплотнении происходит постепенный износ фторопластовой манжеты. Исходя 'Из того, что требуемый срок службы уплотнения без понижения надежности составляет 15—20 тыс. ч, необходимо разработать уплотнение, заведомо обеспечивающее это условие.
Таким уплотнением является пакет из двух последовательно установленных V-образных манжет с углом раскрытия 120°. Опыты показали, что сила трения и утечка в таком уплотнении относительно стабильны во времени. При быстром подъеме давления воды перед уплотнением утечки в первые минуты достигают 100—300 кг/ч (в зависимости от скорости подъема давления и начального зазора в уплотнении). Однако через небольшой промежуток времени они снижаются до допустимого уровня 15—20 кг/ч. Такой характер изменения утечек во времени объясняется совместным действием запаздывающих деформаций и температурного расширения фторопласта вследствие повышения температуры воды при больших утечках. Во время длительной работы уплотнения в рабочих условиях (через 100—200 '/) утечки еще несколько снижаются из-за запаздывающих деформаций фторопласта. Сила трения в таком уплотнении не превышает 60 кгс.
Давление воды за первой манжетой (по потоку воды) было всего на 3—4 кгс/см2 меньше рабочего давления воды перед уплотнением. Давление за второй манжетой было близко к атмосферному. Таким образом, почти весь перепад срабатывается во второй манжете, а первая практически не работает и является резервной.
Износ манжет уплотнения за 138 ч непрерывной работы при давлении воды в среднем 316 кгс/см2 характеризуется следующими цифрами. Износ первой манжеты составил 0,0012 г, что соответствует средней скорости износа 8,7  106 г/ч. Для второй манжеты соответственно— 0,0162 г и 1,2-Ю-4 г/ч. Как видно, вторая манжета, в которой срабатывается практически весь перепад рабочего давления, изношена больше первой, однако эти цифры значительно меньше, чем для манжет, работающих в услввиях граничного трения. На рис. 5-26 представлено фото этой манжеты, на котором виден характер износа: изношена в основном часть манжеты, примыкающая к выходной кромке. На рис. 5-29 показан профиль рабочей части манжеты.
Высокая надежность рассматриваемого уплотнения обеспечивается прежде всего тем, что износ рабочей манжеты автоматически компенсируется пластической деформацией манжеты под действим осевой нагрузки, обусловленной рабочим давлением воды. Кроме того, в случае аварийного разрушения рабочей манжеты или частичного разрушения вследствие износа <в длительной эксплуатации в работу вступит резервная манжета, обеспечив требуемые характеристики уплотнения.
Проверка уплотнения в течение 205 ч в условиях частых снижений давления воды, выдержки и последующего его повышения до рабочего уровня, сопровождающихся кратковременным повышением утечек и, следовательно, температуры воды, показала, что износ манжет увеличился. Так, скорость износа первой манжеты возросла почти вдвое и составила 15,6-10"6 г/ч, а второй— 1 -10—3 г/ч. Однако, несмотря на значительное увеличение износа рабочей манжеты, сила трения и утечка в уплотнении остались примерно на том же уровне, что и в начале опыта- Повышенный износ рабочей манжеты объясняется здесь более длительной работой уплотнения при высоких температурах воды (до 100° С).
Для сравнения характеристик был испытан пакет уплотнений с манжетами, представленными на рис. 5-16, при давлении воды 300 кгс/см2. Испытания показали следующее:
1.            Утечки в уплотнении отсутствуют.
2.            Сила трения при повышении давления растет и при 320 кгс/см2 составляет примерно 330 кгс. На рис. 5-30 показана сила трения в двух симметрично расположенных пакетах такого типа. За 10 ч сила трения постепенно возросла до 400 кгс. Усредненный коэффициент трения в зависимости от давления показан на рис. 5-19 (кривая 3).
3.            Весь перепад давления срабатывался первой или второй манжетами, поэтому третья работала практически в условиях сухого трения.
4.            Износ первой манжеты за 10 ч составил 0,003, второй —0,038
и, наконец, третьей —0,198 г.
На основании экспериментальных исследовании пакетов манжетных уплотнений можно сделать вывод (хорошо согласующийся с рассмотренным выше механизмом работы уплотнительной манжеты), что весь перепад давления срабатывается в одном кольце, причем возможны следующие случаи:
1.            Перепад срабатывается в последнем (по ходу потока) кольце и, более того, «на выходной кромке его. При этом в уплотнении имеется утечка и первые кольца не работают. т
2.            Перепад срабатывается в первом или про- по межуточном кольце. Тогда вся поверхность этого кольца примыкает к штоку и корпусу. Последующие кольца работают в условиях сухого тре- soo ния и больших нагрузок, что приводит к резкому возрастанию силы тоения в уплотнении и быстрому износу этих колец.               
Для повышения надежности герметизации штоков водяных сервомоторов, особенно сервомоторов, работающих на питательной воде высокого давления и высокой температуры, уплотнения следует выполнять двух ступенчатыми. Внутренние уплотнения находятся под действием рабочего перепада давления и не являются абсолютно герметичными. Протечки через внутренние уплотнения собираются в промежуточной камере и отводятся в дренаж. Таким образом, внешнее уплотнение находится под действием малого по величине давления слива. Это облегчает условия его работы и позволяет обеспечить полную герметичность.
На рис. 5-31 показано внешнее уплотнение штока сервомотора высокого давления. Фторопластовые (наружное и внутреннее) кольца по высоте меньше центрального бурта металлической опорной втулки на 0,1—0,2 мм для того, чтобы большая осевая нагрузка, определяемая давлением питательной воды на внутреннюю ступень уплотнения, передавалась на металлический корпус и не вызывала повышенной силы трения во внешнем уплотнении.


Яндекс.Метрика