Набивочные материалы и условия их использования.

Основной недостаток сальниковых уплотнений, - они необеспечивают абсолютной герметизации, требуют постоянного надзора и частой смены набивки, чувствительны к радиальному биению вала, работают при значительных затратах мощности на трение.

Уплотнение достигается поджатием нажимной втулки 8 (рис.2.39) мягкой эластичной набивки 10,которая при этом заполняет все зазоры.

Качество уплотнения определяется усилием затяжки, однако при увеличении удельного давления нажимной втулки 8 на набивку 10, возрастает сила трения между валом (штоком) и набивкой, что приводит к повышенному нагреву узла уплотнения, набивка нагрева­ется и быстро выходит из строя (становится хрупкой, обугливает­ся), что ускоряет износ штока и вала. При нормальной затяжке жидкость должна просачиваться (капать) через уплотнение, обеспе­чивая его смазку.

Физическая картина работы сальникового уплотнения и расчет­ная схема усилия затяжки показана на рис.2.40. Расчет саль­никового уплотнения сводится к определению усилия затяжки саль­ника, обеспечивающего необходимую герметичность и мощности, те­ряемую на трение вала о набивку. Под действием усилия затяжки P₃, передаваемой нажимной втулкой ( грундбуксой ) в верхнем слое набивкой возникает осевое давление p_c. Величина осевого давления в набивке по высоте h будет уменьшаться вслед­ствие наличия сил трения. Силы трения обусловлены коэффициента­ми трения - между набивкой и валом;

- между набивкой и корпусом сальника.

Рис 2.40. Ячеечная схема затяжки сальникового уплотнения.

Вследствие пластических свойств материала набивки (табл. которые определяются коэффициентом k>1 и зависит от свойств набивки и рабочего давления в аппарате p₀.

Для определения характера изменения радиального давления p_y по высоте набивки h рассматривается её кольцевой слой тол­щиной dy и рассматривается силовое равновесие кольца.

В результате решения системы уравнений характер изменения радиального давления по высоте набивки определяется уравне­нием

Эпюра распределения давления показана в правой части (рис.4.3.37). Из неё следует, что максимальное давление в мяг­кой набивки от воздействия нажимной втулки находится в верхней части сальника, равное давлению, развиваемое втулкой от усилия затяжки P₃. От верхних слоев набивки сальника давление резко по экспоненциальному закону уменьшается почти до рабочего давления в аппарате kp₀.

Давление в верхнем слое набивки (при y = h ):

Усилие затяжки нажимной втулки (грундбуксы), по которому про­водят её прочностные расчеты и затяжных шпилек

где k - коэффициент, равный 1,2 - 1,6;

p₀ - рабочее давление в аппарате;

D - наружный диаметр набивки;

d_в - диаметр вала или штока;

- толщина набивки;

h - высота набивки;

- среднее значение коэффициента трения набивки.

Из этих выражений следует, что в основном ра­ботает только верхняя часть мягкой набивки, поэтому для нормальной работы сальника необходимо постоянно подтягивать нажимную втулку.

Мощность N_уп, затрачиваемая на трение в сальниковом уп­лотнении с мягкой набивкой, рассчитывается по формуле

где d_н - диаметр вала мешалки, м;

n - частота вращения вала, с ^-1 ;

и - соответственно толщина и высота сальниковой набивки, м;

P - избыточное давление в аппарате, Па

Толщина мягкой сальниковой набивки (м) определяется из выражения

где d_в- диаметр вала мешалки, м.

Высоту набивки, увеличиваемую с ростом давления в аппарате, принимают:

Набивка сальников

Сальники набивают после того, как полностью проверены дета­ли оборудования; особое внимание следует уделить легкости проворачивания вала или перемещения штока. От бухты набивки отреза­ют куски , которые сворачивают в кольца и тщательно пригоняют по валу или штоку. Длину каждой части определяют как:

где D_c - внутренний диаметр корпуса сальника, мм;

d_в - диаметр вала (штока), мм.

Отдельные кольца укладывают в корпус сальника соединяя их косыми срезами (замок). Замки расположенных рядом колец должны быть смещены друг относительно друга не менее чем на 90⁰. Каж­дое кольцо вводят в сальник до упора и обжимают набивку. После этого добавляют следующую набивку и т.д. Для этого применяют на­бор разъемных монтажных втулок.

После установки и запрессовки последнего кольца равномерно подтягивают нажимную втулку (грундбуксу), одновременно про­ворачивая вал или перемещая шток, чтобы предупредить заклини­вание.

При подтяжке сальника следует избегать перекоса грундбуксы относительно вала или штока. По окончании подтяжки грундбуксы ослабляют и вновь заворачивают до упора. В подтянутом состоянии грундбукса должна входить внутрь сальниковой коробки на глуби­ну не менее 0,1 её длины, степень затяжки, согласно расчетной величине затяжки окончательно регулируют с помощью динамометри­ческого ключа, после запуска узла под рабочей нагрузкой.

Манжеты.

Существенное преимущество перед сальниковыми уплотнениями с мягкой набивкой имеют манжетные уплотнения, в которых стенки манжет прижимаются к деталям уплотнительного узла благодаря дав­лению рабочей жидкости в машине, что обеспечивается U-образ­ной или елочной формой сечения манжет (рис.2.41).

Рис. 2.41. Формы манжетных уплотнений.

Усилие на манжету прямо пропорционально давлению рабочей жидкости. Работа, затрачиваемая на трение в манжетных уплотне­ниях, в 4-5 раз меньше, чем в заранее поджатых сальниковых уп­лотнениях.

Мощность (Вт), теряемую на трение в манжетном уплотнении, ориентировочно можно определить по формуле

где f - коэффициент трения, 0,08-0,12 ;

d_в - диаметр вала, м;

n - частота вращения вала, с^-1.

Манжетные уплотнения применяют в гидравлических прессах, на­сосах, компрессорах для подачи холодных жидкостей. Манжеты выполняют из маслостойкой резины, прорезиновых пластмасс или фторопласта.

Торцевые уплотнения

Уплотнения сильно нагруженных валов насосов, а также валов реакторов и мешалок, работающих в условиях высоких температур, в газовых или других взрывоопасных и вредных средах должны ха­рактеризоваться большой надежностью в работе. В таких случаях применяют одинарные (например, марок ОП, ОК, ОТ), двойные (на­пример, марок ДК, ДТ).

На рис.2.42 схематично изображены конструкции одинар­ного и двойного уплотнений. Основное отличие между ними заклю­чается в том, что в одинарном уплотнении одна пара уплотняющих­ся поверхностей, а в двойном - две пары.

В этих уплотнениях герметичность достигает контактом между трущимися поверхностями двух втулок (колец), одно из которых вращается вместе с валом. 6, а другое 7 неподвижно закреплено в корпусе уплотнения 4. Необходимая степень контакта обеспечи­вается одной или несколькими пружинами. В большинстве случаев неподвижные втулки (кольца) 7 выполняют из резины, графита, брон­зы, углеграфита, фарфор.

Подвижные 6 как конструктивно более сложные изготавлива­ют из закаленной углеродистой стали, стали Х18НЮТ или стали с наплавкой. Эластичные уплотнительные кольца 5,8 имеющие в сечении d= 3 - 6 мм, изготавливают из резины (на основе специальных каучуков) или фторопласта.

Сочетание материалов трущихся пар и их физико-химические свойства зависят от давления, температуры и химической активнос­ти герметизируемой среды, а также от антифрикционных свойств этих материалов.