Контактни уплътнения

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2010

Уплътнения с маншети и шевронни пакети, радиални валови уплътнители

     В две предишни статии, публикувани на страниците на сп. Инженеринг ревю, ви запознахме с използваните конструкции и материали при уплътнителните устройства, с базовите принципи на уплътняването, както и с принципа на работа, конструкцията, характеристиките и приложната област на някои видове контактни уплътнения. В настоящия брой на списанието продължаваме темата с описание на други видове съвременни контактни уплътнения, включително и на широко разпространените радиални валови уплътнители.

Уплътнения с маншети
Уплътненията с маншети се отнасят към автоматичните уплътнения. По време на работа вътрешната стена на маншета (вж. фиг. 1 и 2) се намира под действие на налягането на средата (работното налягане) pp и автоматически се притиска към уплътняваната повърхнина. Тъй като при нарастване на pp се увеличава и контактното налягане, тези уплътнения осигуряват добра херметичност както при ниски, така и при високи налягания до 300.105 Ра и при температури от -65 до +180 °С. Използват се главно за уплътняване на възвратно-постъпателно движещи се детайли - например пневмо- и хидроцилиндри. Характерно за тях е, че образуваната в резултат на триенето топлина се разсейва по цялата дължина на цилиндъра. Този тип уплътнения намират ограничено приложение при въртеливи и осцилиращи движения.
Уплътненията с маншети имат следните предимства:
l Сравнително малки габарити;
l Не е необходима регулировка;
l Отличават се с малки обемни загуби;
l Имат малки загуби от триене;
l Не се изисква прецизна технология за изработването им.
Сеченията на маншетите са най-разнообразни. Условно, обаче, те могат да се разделят в две групи - жлебови и бърнови.

Жлебови маншети
(фиг. 1). Те са най-разпространени в машиностроенето. Представляват пръстеновидни тела със симетричен или несиметричен профил на сечението, които се монтират в специално гнездо (жлеб) в уплътняваните детайли. На фиг. 1а са показани характерни форми на симетрични профили: У-, С- и К-маншети, а на фиг.1б - двустранно уплътнение със С-маншет. Профилът е образуван от дъно (1), което свързва двете устни - външна (2) и вътрешна (3), между които е разположен жлебът (4). Работните повърхнини на устните са конусни и при поставяне в жлеба се деформират еластично. По този начин се осъществява начално контактно налягане с уплътняваната повърхнина. Това налягане е най-голямо при К-маншетите, които се характеризират и с най-малки обемни загуби.
Жлебовите маншети се изработват от маслоустойчива гума, гумиран текстил, полимери. Използват се за уплътняване на течности и газове при pp до 20 МРа, скорости под 0,5 m/s и температури от -30 до +80 °С.
Размерите им са стандартизирани.
Хлабината между уплътняваните повърхнини зависи от диаметъра на цилиндъра D, от работното налягане pp и твърдостта на материала на маншета и е от порядъка 0,1 до 0,2 mm при D Ј 250 mm.

Чашкови маншети
Отнасят се към групата на т. нар. бърнови маншети, които имат само една уплътнителна устна и представляват неразтоварени уплътнения. Изработват се от кожа или гума, а при специални условия - и от тетрафлуоретилен, полиетилен и други пластмаси. Чашковите маншети се използват основно за уплътняване на бутала за едно- и двойнодействащи пневматични и хидравлични цилиндри при pp<1 МРа. За приложения с въртеливо движение се използват много рядко.
На фиг. 2 е показано сечението и начинът на монтаж на чашков маншет. Контактът с уплътняваната повърхнина се осъществява чрез еластична деформация на уплътнителната устна (1), която в свободно състояние е с конусна повърхнина. Закрепването на дъното на маншета се извършва чрез притискащия пръстен (2). За проникване на работната среда под устната и за осъществяване на самоуплътняване е необходимо между устната и маншета да се осигури известна радиална хлабина от 1,5 - 2 mm. Ефективността на уплътнението зависи и от правилното му монтиране. При силно притискане на дъното на маншета (притягане на пръстена), уплътняващата устна се огъва навътре, което намалява ефективната й дължина. За да се избегне това, се ограничава деформацията на дъното на маншета до 10% чрез дистанционна подложка под пръстена или чрез използване на допълнителен еластичен елемент, посредством който се осъществява натискът чрез допълнителен еластичен елемент (например o-пръстен).
При уплътненията на цилиндри с променливи и ниски налягания (под 0,1 МРа) и маншети от по-слабо еластични пластмаси, за допълнително притискане се използват плоски или спирални пружини (както при семерингите).
За осигуряване на нормална експлоатационна трайност уплътняваната повърхнина, по която се трие маншетът, трябва да бъде обработена с грапавост Ra = 1,25 до 0,63 микрометра.

Шевронни пакети
Шевронните пакети от маншетни уплътнители (фиг. 3) се използват при сравнително тежки условия на работа - дълги ходове над 1 m, скорост до 0,8 m/s, температури от -40 до +400 °С и налягане до 35 МРа, а също така и при вибрации на пръта. Те представляват пакет от няколко последователно наредени маншети с определен профил, които се монтират в пръстеновидно уплътнително пространство. На фигурата са показани няколко вида пакети с различно сечение на пръстените.
За да се монтира пакетът, откъм страната на ниското налягане са поставя опорен пръстен (1), а откъм страната на високото налягане - притискащ пръстен (2), така че устните на маншетите да са обърнати към пространството с високо налягане. По този начин уплътнението има няколко контактни повърхнини. Началното контактно налягане обикновено се създава чрез осов натиск върху пакета с помощта на притискаща втулка и резба (както при салниковите уплътнения) или с еластичен елемент (пружина). Маншетите, от които е съставен пакетът, обикновено са цели, но се срещат и косо срязани. Те се изработват от гума, капрон, гумирана и текстилно-азбестова тъкан.

Радиалните уплътнители за въртеливо движение
наричани още семеринги по името на своя създател Валтер Земер, се използват главно за уплътняване на лагерни възли без или с неголяма разлика в наляганията на уплътняваните пространства. Само в специални случаи тази разлика може да бъде по-голяма от 1 МРа.
Със семерингите се постига добро уплътняване при периферни скорости от 5 до 25 m/s и при температури от -30 до +100 °С. Уплътнителният елемент представлява пръстенообразен маншет със специална форма на сечението.
Съществува голямо разнообразие от конструкции и модификации на типовете радиални уплътнения. На фиг. 4 e показана типова конструкция на радиален валов уплътнител. Уплътняващият (работният) ръб на маншета се образува от пресичането на основната (1) и на предната (2) конусни повърхнини, които сключват ъгъл по-голям от 90°. Ръбът на маншета се притиска радиално към вала от пръстеновидна спирална (или плоска) пружина (3). При работа в запрашени среди за осигуряване на уплътнителното пространство от проникване на прах се използват радиални валови уплътинтели с прахоулавяща устна (чистач) (4). Размерите на радиалните валови уплътнители са стандартизирани (например по DIN 3760). Те се изработват главно от маслоустойчива гума чрез пресоване в специални матрици и могат да бъдат вулканизирани към метална арматура. Произвеждат се като готово изделие и се избират от каталози на фирмите-производителки, в които се съдържат подробни данни за видовете, размерите, материалите, областта на приложение и начина им на монтаж. Предлагат се армирани радиални уплътнители, затворени в метална кутия, сдвоени, с два чистача и др.
При монтиране на уплътнителя върху вала, работният ръб увеличава диаметъра си под действие на еластичните сили и на притискащата пружина. Необходимо е плътно да приляга към уплътняваните повърхнини. От натиска работният ръб се деформира по такъв начин, че се образува цилиндрична контактна повърхнина с широчина няколко десети от милиметъра, която именно осигурява херметичността. В мястото на най-голямото контактно налягане pк, (то зависи от много фактори) смазочният слой не се прекъсва и по капилярен път маслото в малки количества постъпва в зоната на триене. По такъв начин се осигурява течно триене и минимални загуби в уплътнението. При високи периферни скорости загубите зависят и от температурата на работната среда, грапавостта на повърхнината, радиалното биене на вала и топлоотвеждането на мястото на уплътняването. Контактната повърхнина на вала се обработва с грапавост Rа = 0,32 до 0,63 микрометра, а при високи скорости - Rа = 0,04 до 0,08 микрометра. Установено е, че при намаляване на грапавостта под Rа < 0,04 микрометра, експлоатационната трайност не се повишава, тъй като повърхнината вече не може да задържа смазочния слой.
Дефекти при радиалните валови уплътнители са: увеличаване на обемните загуби; втвърдяване и напукване на маншета; износване и задиране на вала; повреда на пружината.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top