Основные характеристики уплотнений


Рассмотрим коротко характеристики уплотнений- Выход из строя уплотнений при возвратно-поступательном перемещении штока, определяющий долговечность уплотнительного узла, происходит по следующим причинам {Л. 46]:
1.            Усталостное разрушение материала уплотнения, связанное с приложением переменных напряжений, обусловленных возвратно-поступательным движением штока.
2.            Износ рабочих поверхностей уплотнения.
Механизм усталостного разрушения уплотнительного элемента, находящегося под действием давления жидкости и силы трения. Зависимости выносливости, полученные опытным путем, показывают, что долговечность манжетных уплотнений падает с увеличением рабочего давления, причем уплотнения, имеющие большую герметичность и, следовательно, большую силу трения, обладают меньшей долговечностью. Отсюда можно сделать вывод, что уменьшение коэффициента трения, а значит, и силы трения (чего можно добиться, допустив определенные утечки в уплотнении) значительно снижает переменную составляющую напряжений и увеличивает долговечность уплотнения.
Износ уплотнений по трущейся поверхности происходит вследствие деформации и разрушения поверхности уплотнительного материала неровностями поверхности стального штока и вследствие адгезионного взаимодействия стали и пластика. Первый фактор зависит от механических свойств уплотнительного материала, его упругости, пластичности и, креме того, от чистоты обработки стальной поверхности. Разрушение вследствие адгезионного взаимодействия материалов тем больше, чем больше фактическая площадь контакта. Наличие достаточной водяной пленки снижает износ уплотнений вследствие уменьшения площади непосредственного контакта.
Сила трения определяет механические потери в сервомоторе и зависит от режима трения в уплотнении. Приведенные механические и физические свойства фторопласта-4 показывают, что коэффициент сухого трения относительно невысок и стабилен. Однако если учесть, что нормальные нагрузки на шток, определяемые давлением рабочей жидкости, очень высоки, то сила трения в уплотнении штока может достичь нескольких сотен килограмм. Основной же недостаток сухого и граничного трения, как уже отмечалось, заключается в том, что при больших нагрузках происходит интенсивное разрушение материала уплотнения.
Подводя итоги краткому рассмотрению характеристик уплотнения, можно сделать вывод, что, во-первых, они взаимосвязаны и определяются характером трения в уплотнительном узле и, во-вторых, в условиях работы сервомоторов паровых турбин, использующих питательную воду в качестве рабочей жидкости на закрытие регулирующих клапанов, наиболее целесообразным видом уплотнений являются такие, в которых возникает жидкостное трение.
Очень малые толщины водяной пленки (граничное или полужидкостное трение) опасны тем, что, обеспечивая высокую герметичность, они снижают долговечность уплотнения и намного повышают силу трения.
Жидкостное трение при больших толщинах водяной пленки в уплотнении хотя и создает минимальную силу трения, характеризуется большими утечками, что снижает экономичность сервомотора и, кроме того, может понизить долговечность уплотнения из-за эрозийного износа материала уплотнения при больших скоростях воды.
Следует также учитывать, что при больших утечках температура воды в уплотняемой полости будет близка к температуре питательной воды (160°С), при которой механические характеристики фторопласта резко снижаются.
Таким образом, возникает необходимость для дальнейших исследований конкретизировать требования к уплотнению штока сервомотора, исходя из рассмотренных выше условий и характеристик уплотнения.
Расчеты показывают, что целесообразным верхним пределом утечки в уплотнении штока является 40—50 кг/ч. При этом максимальные скорости воды в уплотнении штока диаметром d40 мм и при давлении 300 кгс/см2 не превысят 30 м/сек, что не вызовет значительных эрозионных разрушений материалов.
Потери мощности, затрачиваемые на гидравлическую пружину нулевой жесткости при утечках питательной воды 50 кг/чпи сбросе утечек в конденсатор турбоустаковки, не превышают 1,5—2 кет- Эти потери соизмеримы с механическими потерями в сервомоторе, в котором реализуется граничное трение в уплотнении. Кроме того, эти потери существенно меньше тех, которые появляются при использовании сервомоторов с механической пружиной на закрытие регулирующих клапанов, потому что сервомотор с механической пружиной достаточно большой жесткости (150—200 кгс/см) имеет при прочих равных условиях значительно большую мощность. Можно показать, что при расходах воды на утечку 40—50 кг/ч и длине подводящей трубы 40 м при диаметре 38 мм температура питательной воды 1снизится за счет естественной конвекции со 160 до 80—85е, что облегчает условия работы фторопластового уплотнения.
Приняв нечувствительность системы регулирования примерно 0,3% и допустив, что ее пятая часть вызвана трением в главном сервомоторе (0,06%), можйо, используя выражение для жесткости С сервомотора C=KpF (5мпкс/тманс). подсчитать ориентировочно допустимую силу трения в уплотнении штока сервомотора. Так, например, для сервомотора с эффективной площадью 50 см2 и рабочим ходом тмаКс = = 50 мм с отсечным золотником с коэффициентом усиления по давлению /СР= 15000 кгс/см3 и ходом на неравномерность sMаис=5 мм получим допустимую силу трения примерно 900 кгс при давлении воды 300 кгс/см2 Положив четвертую часть этой силы на трение в уплотнении штока, мы получим верхнюю границу силы трения в уплотнении штока примерно 200 кгс. Следует сразу оговориться, что этот приближенный расчет определяет лишь порядок допустимой силы трения, которая должна уточняться в каждом конкретном случае.
И, наконец, такая важная характеристика уплотнения, как высокая долговечность, обеспечивается надежнее всего в автоматическом уплотнении, т. е. уплотнении, автоматически компенсирующем износ.


Яндекс.Метрика