Исследование манжетного уплотнения


Первой задачей экспериментальных исследований является изучение общих вопросов работы фторопластового манжетного уплотнения для проверки изложенных в предыдущих параграфах выводов.
С этой целью исследованы характеристики V-образных манжетных уплотнений, в которых реализуется различный характер трения: жидкостное и граничное.
Примером уплотнения с граничным трением является V-образное манжетное уплотнение с углом раскрытия 90° и разными углами в манжете и опорном и нажимных кольцах (рис. 5-16). Разница этих углов и большая начальная осевая нагрузка (предварительная затяжка) создают ту прижимающую силу, в результате которой контактное давление на боковых поверхностях манжеты больше, чем рабочее давление воды. В некоторых манжетах для уменьшения жесткости на изгиб в радиальном направлении по среднему диаметру манжеты делалась глубокая кольцевая выточка. Опорное и нажимное кольца изготавливались с зазором по корпусу и штоку 0,05—0,08 мм, фторопластовая манжета имела зазоры 0,01—0,04 мм.
Эксперименты показали, что утечка в уплотнении из одной такой манжеты мала или отсутствует, и уплотнение практически работает в режиме граничного трения.
Об этом также свидетельствует величина силы трения- На рис. 5-17,6 показана осциллограмма силы трения, а на рис. 5-18 — зависимость силы трения от давления воды. До давления примерно 250 кгс/см2 сила трения растет слабо, а затем гораздо интенсивнее. Зависимость коэффициента трения от давления воды представлена на рис. 5-19 (кривая /)• Коэффициент трения подсчитывался по упрощенной формуле f=T/(ndlp). Возможность применения этой формулы обоснована тем, что давление воды намного больше предела текучести фторопласта, и поэтому можно приближенно считать, что манжета представляет собой замкнутый фиксированный объем жидкости.
Граничное трение в уплотнении приводит к значительному износу фторопластовой манжеты. Несмотря на то что коэффициент трения относительно невысок при давлении воды до 300 кгс/см2, сила трения оказывается достаточно большой и приводит к тому, ЧТО поверхностные слои фторопласта, контактирующие со штоком, срезаются и выдавливаются пленками толщиной 0,02 — 0,04 мм в зазор. Износ фторопластовой манжеты, работающей в режиме граничного трения при давлении воды 320 кгс/см2, проис- / ходит со средней скоростью щ 0,01 ч-0,02 г/ч при массе уилот- 1 няющей манжеты 56 г.
Экспериментальные иссле- Щ дования другого типа V-образных манжетных уплотнений показали, что режим трения в них приближается к жидкостному. Эти манжеты отличаются большим углом раскрытия (120°С), одинаковым в манжете, опорном и нажимном кольцах, и большей высотой рабочей поверхности.
На рисунке, показана осциллограмма силы трения в уплотнении с жидкостным трением, а на рис. 5-22 приведена зависимость силы трения от давления ©оды в двух симметрично установленных минимальной и практически одинаковой при разных начальных сжатиях уплотнения. На рис. 5-19 (кривая 2) показана зависимость коэффициента трения, подсчитанного так же, как и в предыдущем случае, от давления при малых начальных сжатиях уплотнения.
Таким образом, можно считать, что при давлениях выше 150— 200 кгс/см2 режим трения в рассматриваемом уплотнении становится зависимость которых от давления показана на рис. 5-23. Большим начальным сжатиям соответствуют меньшие утечки при тех же давлениях (нижняя кривая).
Значительно уменьшился износ в условиях жидкостного трения. Так, для манжеты массой в 75 г ско-рость износа десятков раз меньше, чем для Рис. 5-21. V-образное манжетное уплотнение манжеты, работающей в условиях граничного трения.
Таким образом, экспериментальные характеристики манжетных уплотнений двух типов показали, что вывод о целесообразности реализации в уплотнении жидкостного трения является правильным с точки зрения сформулированных требований к уплотнениям штоков сервомоторов паровых турбин с использованием питательной воды. 104
ниях, каждое из одной манжеты, при разных начальных сжатиях уплотнительных манжет. Из рисунка видно, что сила трения при отсутствии давления воды определяется начальным сжатием и может достигать значительной величины. При повышении давления воды сила трения непрерывно уменьшается и при давлении 300—320 кгс/см2 ста-
Рассмотрим механизм работы уплотнения и^ полимерного материала типа фторопласт-4. Для  того сделан ряд допущений:
1.            Материал уплотнения имеет низкий модуль упругости, относительно низкий (по отношению к величине давления жидкости) предел текучести- Коэффициент Пуассона ц несколько меньше 0,5.
2.            Начальное сжатие уплотнения мало или отсутствует. В соответствии с этим предварительные внутренние напряжения в уплотнении и контактное давление на его поверхности малы по сравнению с давлением жидкости.
3.            Зазор между уплотнением и штоком и между уплотнением и корпусом равномерный по окружности.
4.            Зазор между опорным кольцом и штоком и опорным кольцом и корпусом мал настолько, что при данных механических характеристиках материала уплотнения и прилагаемых "усилиях не происходит выдавливания уплотнения в зазор.
Эти допущения близки к реальным условиям работы манжетных уплотнений исследуемого типа из фторопласта-4. Постепенный, медленный износ и выдавливание фторопласта в зазор, обнаруженные в опытах, компенсируются пластической деформацией манжеты- Поэтому при анализе механизма работы уплотнения можно принимать, что форма зазора в уплотнении остается неизменной.


Яндекс.Метрика