Наиболее приемлемыми по механическим свойствам и устойчивости к высокотемпературным жидкостям являются фторопластовые защит­ ные кольца (фторопласт-4), которые пригодны для диапазона темпера­ тур от —60 до + 150° С.

При применении фторопластовых защитных проставочных колец за­ зор между уплотняемыми деталями не должен быть больше 0,04—0,05 мм. Для удобства монтажа эти кольца зачастую выполняются разрезными.

Для повышения теплостойкости применяют композиции из фторо­ пласта с наполнителем из стекловаты и графита, а также фторопласт, упрочненный керамико-волокнистым кордом.

Опыт показывает, что резиновые уплотни­ тельные кольца круглого сечения с защитными кольцами могут быть применены при давлении порядка 1000 кГ/см2. При более высоких давле­ ниях и температурах применяют металлические защитные проставочные кольца. Следует, одна-

Рис. 363.	Защ ита резиновы х уплотнитель­	Рис. 364.	Защ итные
ных	колец кожаны ми проставками	кольца	клиновидной
		формы

ко, учитывать, что защитные кольца (особенно кожаные) значительно повышают трение уплотнительного узла.

Для того, чтобы уменьшить трение при холостом ходе, применяют за­ щитные кольца клиновидной формы (рис. 364). При отсутствии давле­ ния (см. рис. 364, а) кольца этой формы не контактируют с уплотняемой поверхностью, благодаря чему трение обусловлено лишь предваритель­ ным сжатием уплотнительного кольца. При наличии же давления уплот­ нительное кольцо прижимается к соответствующему защитному кольцу и вводит его в контакт с уплотняемой поверхностью (см. рис. 364, б). Эти кольца лучше, чем прямоугольные, компенсируют увеличение изменения размеров корпуса агрегата под действием давления и температуры.

Кольца клиновидной формы могут быть изготовлены из любого эла­ стичного материала, обладающего соответствующей жесткостью и анти­ фрикционными свойствами. В частности, широко применяется фторо­ пласт-4 или-3.

Трение и срок службы колец

Трение колец круглого сечения при нулевом давлении жидкости за­ висит от контактного давления, обусловленного предварительным его сжатием при монтаже в канавку (при применении защитных колец до­ бавляется трение этих колец).

Это трение увеличивается с увеличением предварительного обжатия сечения кольца и величины поверхности трения, а также с увеличением твердости материала кольца.

При наличии давления жидкости контактное давление и площадь контакта увеличиваются, в соответствии с чем увеличивается и величина силы трения.

28*

435

На рис. 365 показаны кривые, характеризующие изменение ширины/ полоски контакта уплотнительного кольца (в долях диаметра d попереч­ ного его сечения) в зависимости от жидкости давления.

Ширину для круглых уплотнительных колец можно рассчитать, если предварительная деформация кольца не превышает 15—20% его сече­ ния в свободном состоянии по формуле

/ = 0,003 dw,

где

d— диаметр

поперечного сечения

кольца (см. рис. 361,а);

d — b

сжатия

(предварительной

деформации

сечения

— ------ степень

d

кольца);

b— высота сечения

кольца после

сжатия

(глубина

канавки

с учетом радиального зазора).

При одном и том же монтажном радиальном обжатии трение колец

из твердых резин выше, чем колец из

р кГ/см2

90

мягких резин, что обусловлено повы-

600

шенным

контактным

давлением. Тре-

§->ние колец

монотонно

возрастает

при

^

повышении

температуры от

20

до

ъ

120° С, причем

это

повышение

более

|

значительно для колец из твердых

резин-

Следует отметить, что при малых

давлениях

жидкости

трение

колец

круглого сечения меньше при всех про­

g

чих одинаковых условиях, чем трение

колец прямоугольного сечения пример­

41

5600 67 78

но в 6—8 раз, при

повышении

давле­

Ш ирина I

контакта

6 °/о

ния разница в значениях силы трения

диаметра

d

сечения кольца

уменьшается и при некотором высоком

давлении значения их выравниваются.

Рис. 365. Зависим ость ширины полос­

Последнее

обусловлено тем,

что с по­

ки контакта кольца круглого сечения

вышением

давления

круглое

кольцо

от

давления

ж идкости

приобретает

форму

прямоугольного.

Трение уплотнительных колец круглого сечения, помещенных в угло­

вую канавку

(см. рис. 361,г), превышает

в

2—3 раза трение

колец

в прямоугольной канавке.

Испытаниями установлено, что срок службы уплотнительных колец круглого сечения до появления незначительных утечек, работающих под давлением 200 кГ/см2 при длине хода 40—60 мм, соответствует ^500 ты­ сячам циклов (ходов). Следует отметить, что срок службы /круглых колец при понижении давления значительно повышается, достигая при давлении ниже 100 кГ/см2 нескольких миллионов циклов.

П ОТЕРЯ К О Л Ь Ц О М КО Н ТАК ТН О ГО Д А В Л Е Н И Я

Уплотнительное кольцо может при известных условиях потерять контакт с уплотняемой поверхностью, в результате чего герметичность уплотнения нарушится. Основными причинами, могущими привести к по­ тере контакта, являются: эксцентричность кольцевой (канавки, растяже­ ние кольца, влияние низких температур и влияние жидкости.

Эксцентричность кольцевой канавки

При нарушении концентричности кольцевой канавки под уплотни­ тельное кольцо и внешней поверхности поршня кольцо с одной стороны будет излишне обжато, а с диаметрально противоположной стороны

4 3 6

может потерять контакт с уплотняемой поверхностью. Нетрудно видеть, что если величина эксцентричности е канавки (рис. 366) относительно внешней поверхности поршня достигнет значения, превышающего вели­ чину k номинального предварительного сжатия кольца (см. также

*77777777777777777777777/

Рис. 366. Расчетны е схемы для колец круглого сечения

рис. 361, а), кольцо в одном месте не будет обжато по поперечному сечению и герметичность уплотнения будет нарушена.

При определении предварительного поперечного обжатия кольца следует учитывать также возможность отжатия поршня к одной стороне, эффект которого будет равноценен рассмотренной эксцентричности ка­ навки.

Растяжение кольца

Внутренний диаметр уплотнительного кольца должен быть таким, чтобы кольцо при монтаже в канавку поршня получило растяжение, от­ носительная величина которого выражается

					а	D\ 4~ d			(360)
						D+d ’
где Di — диаметр шейки канавки;
D — внутренний диаметр кольца;
d — диаметр			сечения кольца.
Ниже приведены -значения а в зависимости от диаметра вала.
Д и а м ет р	вала	в мм . . .			10— 20		20 — 70	70— 100	С вы ш е 100
З н ач ен и е	а ...................................			1 ,0 2 5 — 1 ,0 2 0			1 ,0 2 — 1 ,0 1 5	0 ,0 1 5 — 0 ,0 1 0	1,01
Следует учесть, что при растяжении кольца происходит изменение
поперечного его сечения, причем пло­
щадь поперечного сечения кольца будет
изменяться		обратно пропорционально из­
менению длины его окружности. Одно­
временно следует иметь в виду, что при
монтаже кольца в канавку цилиндрич-
ность его сечения под действием сил,
обусловленных растяжением,						будет	на­
рушена — кольцо			сплющится			по	вы­
соте, в результате			контакт		его	с уплот­
няемой поверхностью будет					происходить
не по линии, как это имеет место при
отсутствии растяжения				(рис. 367,а), а по
некоторой		цилиндрической			поверхности

	(рис. 367,6).		нару­
	Под действием сил растяжения			Рис. 367.	Д еф орм ац ия уплотни­
	шается также	форма сечения кольца и
				тельного	кольца при установке на
	по внешней его	поверхности (оно	стано­		вал

437

вится более плоским), что еще более увеличивает сплющивание кольца по высоте. В результате этого предварительное (монтажное) обжатие кольца, создающее начальный контакт его с уплотняемой поверхностью может быть потеряно. Характер указанного сплющивания будет зави­ сеть также и от твердости резины, увеличиваясь с увеличением ее твердости.

Влияние низких температур и жидкости

При работе в условиях отрицательных температур первоначальное сжатие уплотнительного кольца может уменьшиться или полностью ис­ чезнуть вследствие температурной усадки резины. Величина этой усадки определяется коэффициентом теплового расширения, который у резины почти в 10 раз больше, чем у сталей (см. стр. 480). Поэтому величину начального сжатия необходимо выбирать такой, чтобы после уменьше­ ния размера сечения кольца, обусловленного понижением температуры, сжатие кольца оставалось достаточным для сохранения герметичности уплотнений.

Для сохранения герметичности подвижных уплотнительных соеди­ нений при низких температурах необходимо также, чтобы резина, из ко­ торой изготовлено кольцо, сохраняла при этих температурах минималь­ ную эластичность, которая необходима для компенсации нецилиндричности рабочих поверхностей и их неровностей, а также биений при ходе поршня или штока.

Нарушение плотности контакта уплотнительного кольца с уплотняе­ мыми поверхностями может произойти также в результате воздействия на него жидкости. Вымывание из резины пластификаторов, добавляемых для сохранения ею упругости при низких температурах, может привести к усадке кольца, а следовательно, к нарушению герметичности, поэтому предварительное сжатие кольца должно вычисляться с учетом вымыва­ ния. Для этого размеры прессформ должны быть подобраны так, чтобы кольца, применяемые для работы в жидкостях, сохраняли требуемые размеры после 5—10-суточного выдерживания в рабочей жидкости.

Уменьшение размеров и обжатия колец в результате вымывания пластификаторов можно частично компенсировать добавлением в резину компонентов (например, натурального каучука), вызывающих ее набу­ хание в жидкости.

Важным фактором, определяющим срок службы уплотнения, яв­ ляется предохранение его от действия абразивных частиц. Чтобы умень­ шить возможность попадания этих частиц в уплотнительный узел, при­ меняются резиновые или кожаные скребковые (очистительные) кольца 1 и фетровые кольца 2, устанавливаемые с внешней стороны уплотнитель­ ного кольца 3; кольца плотно охватывают шток и при движении послед­ него очищают с него грязь (рис. 368).

При работе в рабочей среде с плохими смазывающими качествами канавки, в которых размещаются уплотнительные кольца, заполняются густой смазкой до монтажа в них уплотнительных колец; для этой цели также применяют пропитываемые смазкой фетровые кольца 4, которые помещаются в той же канавке или в отдельных канавках по обе стороны уплотнительного кольца. В некоторых случаях для очистки штоков с внешней стороны уплотнительного кольца устанавливается в отдельной канавке металлическое разрезное кольцо 5.

Для предохранения кольца от повреждения при монтаже уплотни­ тельного узла рекомендуется выполнять на сопрягаемой детали фаску под углом 15—20° на такой длине, при которой ввод кольца в цилиндр или ввод штока в кольцо происходил бы вначале без обжатия (рис369, а). Должно быть соблюдено условие

D2 = Dx+ 2d+0,5

438