Thread Content
Утечка знаний о уплотнениях — одна из распространенных неисправностей механических устройств. Причины утечек сводятся в основном к двум факторам: во-первых, это результат механической обработки — на поверхности механических изделий неизбежно присутствуют различные дефекты, а также отклонения в форме и размерах; поэтому на местах соединения механических деталей неизбежно возникают зазоры ； Во-вторых, при наличии разницы давлений по обе стороны уплотнения рабочая среда может просачиваться через зазор. Уменьшение или устранение зазоров — основной способ предотвращения утечек. Функция уплотнения заключается в том, чтобы закрыть зазоры между соединяемыми поверхностями, изолировать или перекрыть пути утечки, увеличить сопротивление в этих путях, либо установить в них небольшие приводные элементы, которые оказывают давление на утекающую жидкость, частично компенсируя или полностью сбалансируя разницу давлений, вызывающую утечку, тем самым предотвращая её. Уплотнение можно разделить на две основные категории: статическое уплотнение между поверхностями, находящимися в относительном покое, и динамическое уплотнение между поверхностями, находящимися в состоянии относительного движения. Тихая герметизация обычно означает герметизацию между двумя неподвижными поверхностями. Тихие уплотнения в основном делятся на три категории: уплотнение с использованием прокладок, уплотнение с использованием герметика и уплотнение посредством прямого контакта. Динамическая герметизация — это герметизация между деталями, находящимися в относительном движении, в машине (или оборудовании). 1. Уплотнение с использованием наполнителя. Уплотнение с использованием наполнителя применяется в машиностроительной отрасли для обеспечения динамического уплотнения движущихся частей процессных машин и оборудования, таких как центробежные насосы, компрессоры, вакуумные насосы, миксеры, валы реакторов; а также для уплотнения поршней или штоков поршневых насосов и поршневых компрессоров, а также для уплотнения соединения между штоками клапанов, выполняющих линейное или спиральное движение, и неподвижной частью корпуса. Основные формы уплотнительных прокладок: (1) асбестовые прокладки: они обладают хорошей термостойкостью и коррозионной стойкостью, но при использовании в одиночку обеспечивают слабое уплотнение; поэтому их часто смачивают или сочетают с другими материалами. Масляная асбестовая прокладка: существует два основных варианта её конструкции — скручиваемая и плетеная. Их также можно разделить на круглые и квадратные. (2) Плетеная прокладка из политетрафторэтилена: тонкие ленты политетрафторэтилена плетутся в прокладку, обладающую отличной стойкостью к коррозии; ее также можно использовать с субзимними средами. (3) Резиновая уплотнительная прокладка O-образной формы: обеспечивает хорошую герметичность при низком давлении. Температура использования ограничена: например, натуральный каучук можно использовать только при температуре 60°C. (4) Наполнитель для литья пластмасс: обычно изготавливается в трехчастной конструкции, но может иметь и другую форму. В качестве пластика чаще всего используется политетрафторэтилен, но также применяются нейлон 66 и нейлон 1010. (5) Герметизация с помощью мягких уплотнителей. Мягкие уплотнители, также называемые глинистыми уплотнителями, представляют собой высококачественные «уплотнительные материалы», изготовленные из современных высокопроизводительных синтетических волокон в сочетании с специальными барьерными и смазывающими веществами. Уплотнительный материал может иметь любой размер и форму; его легко устанавливать – его можно вводить с помощью специального пистолета высокого давления. Не требуется, как в случае с традиционными уплотнителями, предварительной обработки. Он подходит для герметизации отверстий любого размера. Уплотнение с мягким наполнителем находит широкое применение, например, для уплотнения высоконапорных поршневых насосов или насосов с низкой скоростью вращения, а также для уплотнения стержней клапанов, самих клапанов и корпусов уплотнителей. Благодаря простой конструкции, надежной работе и низкой цене он широко используется в тех случаях, где нет высоких требований. 2 Уплотнение с использованием уплотнительного кольца. Уплотнительное кольцо — это эластичное металлическое кольцо с надрезами, которое также называется поршневым кольцом. В свободном состоянии разрезы на кольце раскрыты; после установки в цилиндр разрезы смыкаются, а внешняя поверхность кольца благодаря упругости плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра. Во время работы уплотнительный кольцо под действием давления рабочей среды прилегает к одной из стенок паза для уплотнения; совместно внешняя цилиндрическая поверхность кольца и прилегающая к нему торцевая поверхность обеспечивают герметичность. Уплотнительные кольца обычно изготавливаются из чугуна или оловянной бронзы и применяются в основном для уплотнения поршней в поршневых компрессорах и двигателях внутреннего сгорания, работающих при высоких температурах, а также для уплотнения валов турбин. 3. Запорная прокладка с контактным уплотнением. Прокладка представляет собой комплектующую для уплотнения, используемую в машинах, оборудовании и трубопроводах во всех местах, где присутствует жидкость; она служит материалом для обеспечения герметичности как с внутренней, так и с внешней стороны. Уплотнительные прокладки изготавливаются из металлических или неметаллических листовых материалов путем резки, штамповки или обрезки и используются для уплотнения соединений между трубопроводами, а также для уплотнения соединений между отдельными деталями машин и оборудования. По материалу их можно разделить на металлические уплотнительные прокладки и неметаллические уплотнительные прокладки. Среди металлических прокладок есть медные, нержавеющие, железные, алюминиевые и другие. К неметаллическим прокладкам относятся асбестовые прокладки, прокладки, не содержащие асбеста, бумажные прокладки, резиновые прокладки и т. д. Самыми новыми являются графитовые прокладки. Резьбовая герметизация. Резьбовая герметизация обычно бывает двух видов: это герметизация с использованием прокладок для резьбовых соединений и герметизация с применением заполняющего вещества. Оба вида используются для герметизации резьбовых соединений малого диаметра. Уплотнительным элементом в резьбовом соединении является прокладка, в то время как резьба служит лишь для приложения силы сжатия. Эффективность герметизации зависит не только от характеристик самих прокладок. Шероховатость поверхности уплотнения, а также точность её геометрического положения по отношению к резьбовому отверстию также сильно влияют на эффективность уплотнения. Поскольку у герметичных прокладок при затягивании резьбы возникают не только силы сжатия, но и крутящий момент, что приводит к их деформации или даже повреждению, поэтому, когда прокладки изготовлены из неметаллических материалов, они обычно подходят только для условий с низким давлением. Если же прокладки металлические, то они могут использоваться при давлении, превышающем 30 МПа. Уплотнение с помощью фетрового кольца: фетровое кольцо устанавливается в трапециевидную канавку крышки подшипника; под действием давления со сторон трапециевидной канавки фетр прижимается к оси, тем самым обеспечивая уплотнение. У него хорошие свойства растяжимости, отличная теплоизоляция, а также способность удерживать влагу и эластичность. В редукторах с первичными и вторичными шестернями часто используются масляные уплотнители из фетра. В крышках подшипников входного и выходного валов, в точке прямого контакта с валом, имеются кольцевые углубления трапециевидной формы. В эти углубления помещаются фетровые кольца, которые служат для защиты от пыли и предотвращения утечки смазки. Герметизация с помощью масляной прокладки — это герметизация с использованием смазочного масла. Он изолирует детали привода, требующие смазки, от выходных деталей, предотвращая тем самым утечку смазочного масла. Во всех тех участках движущихся корпусов, где находится жидкость-смазка и которые соединены с внешней средой, необходимы уплотнители. Некоторые из них сделаны из резины, другие — из металла; большинство представляют собой конструкции из стальных элементов и резины, такие как уплотнители масла сзади вала коленчатого двигателя, уплотнители масла спереди и сзади коробки передач, уплотнители масла для левой и правой полуосей, уплотнитель масла спереди главного редуктора, уплотнители масла вала компрессора и т. д. Полная герметизация – это полное закрытие всех каналов утечки между внутренней и внешней частью системы, либо размещение рабочего устройства (насоса) и двигателя в одной закрытой системе. Это позволяет полностью предотвратить утечку жидкости или газа наружу. Поэтому полная герметизация имеет важное значение при производстве крайне токсичных, радиоактивных веществ и драгоценных материалов, а также при проведении точных экспериментов. Распространенной формой является уплотнение диафрагмой. 4. Безконтактное динамическое уплотнение с использованием плавающего кольца. Уплотнение с плавающим кольцом представляет собой высокоскоростное уплотнение, которое может использоваться для герметизации газов и жидкостей. При герметизации газа в устройстве поплавкового кольца должен находиться смазочный масло для обеспечения герметичности и смазки. Поплавковое уплотнение также называется уплотнением с масляной пленкой. Безконтактный динамический уплотнитель, предотвращающий утечку жидкости за счёт минимального зазора между плавающим металлическим кольцом и валом или корпусом. Плавающее кольцо может свободно плавать внутри корпуса, поэтому при высоких скоростях вращения вала и возникновении вибраций оно оказывает меньшее влияние на уплотнение; также снижается трение и износ. Винтовой уплотнитель – это разновидность динамического уплотнения. При его использовании на вращающемся валу или на оболочке, окружающей вал, создаются винтовые канавки; между валом и оболочкой находится уплотнительная среда. Вращение вала создает в спиральных канавках эффект, схожий с действием насоса, что препятствует утечке герметика. Степень герметичности зависит от угла спирали, шага спирали, ширины зубца, высоты зубца, длины действия зубца, а также от размера зазора между валом и втулкой. Поскольку между уплотнителями нет трения, срок их службы велик. Однако из-за ограничений по размерам конструкции длина спирали обычно невелика, что также ограничивает их уплотняющую способность. При снижении скорости работы насоса его уровень герметичности существенно снижается. Центробежное уплотнение — это устройство, которое использует центробежную силу, возникающую при вращении дополнительного элемента, создающего работу, для предотвращения утечек. Ее способность к герметизации обусловлена работой, выполняемой уплотнительными элементами под действием вращения вала машины. Существует два основных вида центробежных уплотнений: уплотнение с задними лопастями и уплотнение с вспомогательным ротором. Уплотнение задней лопасти и уплотнение вспомогательного ротора являются распространенными устройствами уплотнения валов в центробежных насосах. Эти два типа центробежных уплотнений позволяют использовать более большие зазоры между деталями, что снижает износ и увеличивает срок службы. Они обеспечивают практически полное отсутствие утечек. Их часто используют в насосах для перекачки сред с твердыми частицами и в насосах для перекачки шлама. Однако такие уплотнения требуют значительных затрат энергии, к тому же необходимо использовать дополнительные уплотнения для обеспечения герметичности при остановке насоса. Газовая уплотнительная система – это новый тип уплотнения концов вала, в котором технология ребристого уплотнения применяется для герметизации газов. Когда вращается динамический кольцо, на внешней стороне его поверхности имеются канавки для создания динамического давления жидкости. Эти канавки способствуют перекачиванию газа высокого давления с внешней стороны (называемой верхней стороной) между уплотняющими поверхностями. Давление газовой пленки по мере приближения к внутреннему диаметру постепенно снижается, тогда как давление на внешней стороне увеличивается. Благодаря этому увеличению давления на уплотняющих поверхностях сила, раздвигающая их, превышает силу сжатия, действующую на уплотняющее кольцо. В результате между фрикционными поверхностями формируется тонкая газовая пленка, что позволяет обеспечить герметичность без контакта между поверхностями. Образовавшаяся газовая пленка полностью блокирует каналы утечки герметизирующего вещества с относительно низким давлением, обеспечивая нулевую утечку или выход герметизирующего вещества. У этого уплотнителя с газовой прокладкой уровень утечек минимален; он позволяет полностью предотвратить утечку среды, что делает его экологически чистым уплотнителем ； Уплотнение с газовой пленкой имеет низкую степень износа, долгий срок службы и обеспечивает стабильную и надежную работу ； Потребление мощности на уплотнение невелико — около 5% от показателя для механических уплотнителей с контактным узлом; кроме того, уплотнительная жидкость не загрязняется маслом ； Система вспомогательной герметизации проста и надежна, в процессе эксплуатации не требует технического обслуживания. Уплотнение в виде лабиринта – это устройство, при котором вокруг вала располагается ряд последовательно расположенных кольцевых уплотнительных зубцов. Между этими зубцами образуются промежутки и камеры для расширения. При прохождении через эти извилистые промежутки среда, подлежащая уплотнению, подвергается сжатию, что способствует предотвращению утечек. Он обладает хорошими свойствами герметизации при высоких скоростях, не требует смазки, не имеет трения, прост в обслуживании, имеет длительный срок службы и не нуждается в использовании других уплотнительных материалов ； Но точность обработки высока, что затрудняет сборку. Магнитно-жидкостное уплотнение. Технология магнитно-жидкостного уплотнения была разработана на основе магнитной жидкости. Когда магнитная жидкость вводится в зону между магнитными полями, она заполняет всю эту зону, тем самым образуя своего рода «жидкий уплотнитель типа O». Функция устройства магнитно-плазменного уплотнения заключается в передаче вращательного движения внутрь уплотненного контейнера; оно часто используется для вакуумного уплотнения. Герметизация поверхности контакта (механическая герметизация) — это способ герметизации, при котором уплотнительный элемент располагается на поверхности контакта и зажимается другой плоскостью. Механическая уплотнительная прокладка – это устройство для предотвращения утечки жидкости, состоящее из по меньшей мере одной пары поверхностей, перпендикулярных оси вращения, которые под действием давления жидкости и силы упругости компенсирующего механизма (или магнитной силы), а также при содействии вспомогательного уплотнения, остаются прилегающими друг к другу и смещаются относительно друг друга. Механизм упругой нагрузки и вспомогательная герметизация являются составляющими механической герметизации металлических волновых трубок; мы называем это металлической герметизацией с использованием волновых трубок. В легких уплотнениях также используются резиновые волнообразные трубки в качестве дополнительного уплотнителя. У резиновых волнообразных трубок ограничена упругость, поэтому для обеспечения необходимой упругости обычно применяются пружины. “«Механическая уплотнительная прокладка» обычно сокращенно называют «уплотнитель»”