Правила конструирования уплотнений для подвижных и неподвижных соединений. Примеры применения уплотнений

Контактные уплотнения.

Сальники принадлежат к числу отживающих систем уплотнения. Их основной недоста­ток — повышенный износ, сопровождающийся потерей уплотнительных свойств, и неприспо­собленность к высоким окружным скоростям. Все же благодаря простоте и дешевизне саль­ники до сих пор применяют в узлах неответ­ственного назначения.

Сальник представляет собой кольцевую по­лость вокруг вала, набитую уплотняющим ма­териалом. Для набивки применяют хлопчато­бумажные ткани, очесы, шнуры, вываренные в масле, фетр, асбест и подобные материалы с добавлением металлических порошков (свин­ца, баббита), графита, дисульфида молибдена и других самосмазывающихся веществ.

Гидропластовые уплотнения. Часто применяют сальники с уплотняющим элементом в виде втулки из термопластов, на­пример из поливинилхлоридов. Гидропласто­вую втулку заключают в замкнутое кольцевое пространство в корпусе. Зазор между валом и отверстием делают мини­мальным. Уплотняющий элемент затягивают на валу винтом, действующим на гидропласт через притертый плунжер; давление плунжера, передаваясь всей массе гидропласта, застав­ляет втулку плотно охватывать вал.

Манжетные уплотнения. Манжета представляет собой выполненное из мягкого упругого материала кольцо с во­ротником, охватывающим вал. Под действием давления в уплотняемой полости воротник манжеты плотно охватывает вал с силой, про­порциональной давлению. Для обеспечения постоянного натяга воротник стягивают на валу кольцевой пружиной.

Армированные манжеты для валов. Эти уплот­нения представляют собой самостоятель­ную конструкцию, целиком устанавливаемую в корпус; манжету изготовляют из синтетиче­ских материалов, что позволяет придать ей любую форму; воротник манжеты стягивается на валу кольцевой витой цилиндрической пру­жиной (браслетной пружиной) строго регла­ментированной силой.

Уплотнение разрезными пружинными коль­цами надежно, оно может держать большие перепады давления и при правиль­ном подборе материалов долговечно.

Уплотнения резиновыми кольцами, вво­димыми в канавки вала или промежуточной втулки, имеют ограниченное применение. Недостатки уплотнений резиновыми коль­цами - ненадежность работы, быстрый износ резины в процессе эксплуатации, неопределен­ность сил прижатия.

Бесконтактные уплотнения.

Щелевые уплотнения. Наиболее простым видом бесконтактного уплотнения является кольцевая щель между валом и корпусом. Уплотняющая способность кольце­вой щели пропорциональна ее длине и обрат­но пропорциональна величине зазора.

Уплотнения отгонной резьбой применяют для герметизации полостей, содержащих жидкости. На валу или во втулке (или здесь и там одновременно) выполняют резьбу (обычно многозаходную). Направление резьбы должно быть согласовано с направле­нием вращения вала так, чтобы витки отгоня­ли уплотняемую жидкость, например масло, в корпус. Уплотнение - нереверсивное; при перемене направления вращения витки гонят жидкость в обратном направлении из корпуса.

Гребешковые уплотнения. Цель установки гребешковых уплотнений - разбить масляную пленку, ползущую по валу, и отбросить масло действием центробежных сил в кольцевую по­лость, откуда оно стекает в корпус по дре­нажным отверстиям.

Уплотнение отражательными дисками. Отра­жательные диски устанавливают перед щеле­выми уплотнениями с целью преградить доступ масла в щель и отогнать действием центробежной силы частицы масла, проникаю­щие в щель.

Торцевые уплотнения.

Торцовые уплотнения принадлежат к числу контактных уплотнений. Уплотняемая среда (жидкость, газ) может просачиваться через уплотнение в двух напра­влениях: через торец диска и через кольцевой зазор между диском и валом.

Очевидно, торцовое уплотнение должно со­стоять из двух уплотнений: торцового и радиального.

Торцовое уплотнение обладает свойством самоприрабатываемости; при правильном выборе материала трущихся поверхностей и подводе незначительного ко­личества смазки уплотнение может работать в течение долгого времени при хорошем со­стоянии поверхностей контакта, обеспечиваю­щем надежное уплотнение.

Комбинированные уплотнения.

Для повышения надежности устанавливают последовательно два (и более) уплотнения разноге вида. Некоторые виды уплотнений хо­рошо взаимосвязываются друг с другом и встраиваются в один узел без значительного увеличения габаритов.

Уплотнения с промежуточной камерой.

Уплотнение масляных полостей вызывает большие трудности в случае, когда давление в полости значительно превышает давление за уплотнением.

Радикальным средством является примене­ние двойных уплотнений, разделенных проме­жуточной камерой, в которую подводится воз­дух (суфлерные уплотнения).

Лабиринтные уплотнения.

Лабиринтные уплотнения применяют для уплотнения полостей, заполненных газом и па­ром. Действие их основано на торможении (за­вихрении) газа в узкой кольцевой щели с по­следующим расширением в смежной кольце­вой камере большого объема. В кольцевой щели давление преобразуется в скоростной на­пор; по выходе газа из щели давление восста­навливается, но только частично; часть давле­ния расходуется на необратимые потери при завихрении-расширении. Чем больше эти поте­ри (т. е. чем меньше сечение щели и острее образующие ее кромки), тем меньшая доля давления восстанавливается в камере и, сле­довательно, тем эффективнее работает уплот­нение.

Лабиринтные уплотнения применяют при высоких окружных скоростях и температурах, когда исключена возможность установки кон­тактных уплотнений.

Гидравлические центробежные уплотнения.

Гидравлическое центробежное уплотнение состоит из крыльчатки, вращающей­ся в замкнутой кольцевой полости, в которую залита уплотняющая жидкость (масло, вода и т. д.). Центробежной силой жидкость прижи­мается к периферии полости.

Уплотнение возвратно-поступательно движущихся деталей.

Возвратно-поступательно движущиеся пор­шневые штоки, скалки насосов и т. д. уплот­няют чаще всего сальниками с набивкой из материала, соответ­ствующего условиям работы уплотнения

Уплотнение сегментными кольцами. Сег­ментные металлические кольца - это кольца, разделенные в радиальном направлении на не­сколько частей (обычно на три). Такое уплот­нение сложно в изготовлении и требует тща­тельного монтажа, но оно надежно и способно выдерживать весьма высокие давления и рабо­тать при высоких температурах.

Уплотнение поршней. Поршневые кольца. Поршни небольшого диаметра (плунжеры гидравлических, масляных, топливных насосов и т. п.) уплотняют притиркой к поверхностям цилиндров. Уплотнение улучшают введением лабиринтных канавок.

Поршневые кольца. Поршневое кольцо пред­ставляет собой разрезное металлическое коль­цо (обычно прямоугольного сечения), устанав­ливаемое в канавках поршня.

Поршневые кольца при работе прижимают­ся к стенкам цилиндра не только силами соб­ственной упругости, но и давлением рабочей жидкости (или газа), проникающей в порш­невые канавки и действующей на тыльную по­верхность поршневого кольца. Это давление может во много раз превышать дав­ление, вызванное силами собственной упруго­сти колец; оно играет основную роль в уплот­няющем действии поршневых колец. Натяг колец при вводе в цилиндр является лишь предварительным условием создания этого давления.

Уплотнение неподвижных соединений.

Листовые прокладки. Для обеспечения герметичности плоские стыки чаще всего уплотняют листовыми про­кладками из упругого материала. Как прави­ло, на прокладках ставят крышки маслосодержащих резервуаров, работающих под давле­нием или вакуумом, фланцы трубопроводов и т. д. На мягких прокладках собирают также части корпусов механических передач (в тех случаях, когда нет необходимости выдержи­вать точное взаимное расположение частей).

Задача уплотнения таких жестких стыков ре­шается несколькими способами. Неразборные и редко разбираемые соединения уплотняют герметизирующими составами, например ба­келитом, белилами, суриком, жидким стеклом и т. д.

Уплотнение ввёртных деталей. Самый про­стой способ уплотнения ввёртных деталей (штуцеров, пробок) - смазывание витков резь­бы герметизирующими составами.

Не рекомендуется применяемая иногда на практике (особенно в ремонтных условиях) «подмотка» последних (ближайших к торцу ввёртной детали) витков резьбы ниткой, про­мазанной суриком, разведенным на масле, и т. п.

Цилиндрические соединения, собираемые по посадкам с натягом, как правило, не нуждают­ся в уплотнении; натяг сам по себе надежно уплотняет соединение даже при значительном перепаде давления. Подлежат уплотнению соединения, собранные по посадкам с зазором или переходным посадкам и подверженные действию давления или работающие под напо­ром столба жидкости.