Сальниковое уплотнение

Сальниковое уплотнение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к уплотнительной технике и позволяет получить равномерное давление на вал за счет определения оптимальной величины угла наклона образующей конической поверхности сальниковой камеры по формуле ехр ,32-K-fj-h:b: :(D :Dg+1)-f2,65J| , где b и h - ширина и высота набивки соответственно; D J и D,, - диаметры вала и конической сальниковой камеры у поверхности нажимной втулки соответственно; К - коэффициент бокового давления набивки; f j - коэффициент статического трения материала набивки о рабочую поверхность вала или штока. Границы зоны эффективной работы сальникового уплотнения определяются по формулам о(, ехр ,5б-К g.h:b:(Dj,:Dj+1)+2,88 ; o(2 expf- 1,23KK-ffc-h:b:(D :D5+1)+ . +2,42jl|. 2 З.П. ф-лы, 6 ил. 1 табл. (Л С со ел О со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU,„, 1350430

Ai (,51) 4 F 16 J 15/18

l 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4010487/25-08 (22) 13.01.86 (46) 07.11.87. Бюл. У 41 (72) А.С. Тимощук, А.И. Мильченко, А.M. Третьяков и Н.М. Быстров (53) 62-762(088.8) (56) Патент ФРГ Р 2423821, кл. F 16 J 15/18, 1975. (54) САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ (57) Изобретение относится к уплотнительной технике и позволяет получить равномерное давление на вал за счет определения оптимальной величины угла наклона образующей конической поверхности сальниковой камеры по формуле d,, =ехр -(2,32 К Г .h:b:

:(D„:D +1)+2,65)j, где Ъ и h — ширина и высота набивки соответственно;

D и D диаметры вала и конической сальниковой камеры у поверхности нажимной втулки соответственно; К— коэффициент бокового давления набивки;

f — коэффициент статического трения ма 5 териала набивки о рабочую поверхность вала нли штока. Границы зоны эффективной работы сальникового уплотнения определяются по формулам d, =ехр

f-(3,5á К -К,. h:b: (В,.о,+1)+2,88)3;

dz =ехр j- 1,23 к К fg h:Ъ: (D . 0 +1)+

+2 42)1l. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. 1 табл.

1 13504

Изобретение относится к уплотнительной технике н может бьггь использовано для герметизации валов и штоков химических машин и аппаратов, насосов, арматуры и другого оборудования, работающих в тяжелых условиях по давлению и температуре уплотняемой среды.

Цель изобретения — обеспечение равномерного распределения давления набивки на вал за счет определения оптимальной величины угла наклона образующей конуса сальниковой камеры.

На фиг. 1 изображено сальниковое уплотнение конструкции," на фиг. 2 зависимость давления на дно сальниковой камеры Р, от угла наклона образующей конуса сальниковой камеры при различных уровнях давления нажим- 20 ной втулки; на фиг. 3 — зона эффективной работы сальника; на фиг. 4 расчетная схема сальника с цилиндрической сальниковой камерой; на фиг.5— расчетная схема сальника предлагаемой 25 конструкции; на фиг. 6 — зависимость оптимального угла наклона камеры

Хп 0(„„., (рад) от величины 2п для

Р

3 различных набивочных материалов. 30

В качестве характеристики, позволяющей судить об эффективности сальника, было выбрано давление набивки, передаваемое ею на дно камеры Р при заданном давлении нажимной втулки

Рн, так как от этой величины зависит, как известно, давление набивки на вал или шток, создающее углотняющий эффект

Р (Р

7 t

Таким образом, конструкция уплотнения наиболее эффективна при значениях Н = d „, и в окрестностях этой точки. Зона эффективной работы сальника по углу с (шириною а) отмечена на фиг. 2. Как видно из результатов исследований (фиг. 2), этот характер кривой свойственен для всех исследованных типов набивок. Различие состоит в величине угла d и ширине зоны зоны а эффективной работы сальника.

Как известно, при расчетах сальников с мягкими набивками с традиционной цилиндрической сальниковой камерой давление нажимной втулки и давление набивки на дно связаны соотношением: д2 р2 к В где Рн и Р3 соответственно давление. нажимной втулки на набивку и набивки на дно камеры;

30 2

Здесь точка I соответствует значению давления, передающегося на дно в обычном сальнике (o(=0). При увеличении c(д а вBл еeнHиHе e нHа д нHо o с а ль нHи ка возрастает и при некотором значении

d = o(,„, достигает максимального значения Р „. (точка II). При дальнейшем же увеличении угла это давление постепенно убывает и может достичь значений, меньших, чем в обычном сальнике (точка III):

P =КР где Р— давление набивки на вал или х шток; °

К вЂ” коэффицие:нт бокового давления.

В традиционном решении сальника с мягкой набивкой давление набивки на дно Рс составляет около одной трети от давления нажимной втулки Р„, 1 т.е. Рд 3 Рн

В сальниках конструкции величина

Р значительно выше и с возрастанием

Р„ увеличивается.

На фиг. 3 показан характер кривой распределения давления на дно в сальнике предлагаемой конструкции с конической сальниковой камерой.

D< и0

К

45 Й„ и Х вЂ” диаметры камеры и вала; высота набивки;. — коэффициент бокового давления:; соответственно коэффициенты статического трения набивки о поверхности камеры и вала (штока).!

В случае сальникового уплотнения с конической сальниковой камерой (с углом s ), расширяющейся по мере удаления от рабочей поверхности нажимной втулки, угол д подбирается таким, что статическое трение набивки о по- верхность камеры исчезает и f и 0 к(фиг. 5) .

В этом случае формула (1) приобретает вид

4 ввести давление герметизируемой сред

2К S

P b — 1)"(2) 1а где Ь вЂ” ширина набивки у входа нажимной втулки в камеру.

Характеристика Kf, т.е. произведение коэффициента бокового давления на коэффициент статического трения, наилучшим образом характеризует статическое трение относительно поверхности вала при сжатии (затяжке) набивки. Поэтому результаты экспериментальных исследований различных набивочных материалов (фиг. 2) при обра ботке были предоставлены в виде функции (фиг. 6) в исследованном диапазоне давлений:

1n donT = Ф(ln p) (3) 20

Ра и аппроксимированы зависимостью вида

Kf АP ° Ъ ° h3

Э (8) Ро р О

К (О ) 1b "2Ьп3

К (9) (10) 25 где А =2А А .

Рн 2К f Вп (5)

P Пк д Ь(— +1) в

С учетом (5) выражение (4) принимает вид

lп и Ои =А + В. (6) 35

2Кfsh

Ь(— +1)

В или ь ьъ

К (— +1)

В (11 с ) 40 ш „, =ехр(- (2, 32 + 2,66)1 .

К f 3h

b(D„+1) В (7) Аналогично были определены и границы эффективной работы.

В качестве примера покажем, как формула (7) может быть преобразована применительно к конкретной набивке для расчетной практики, например для сыпучеволокнистой композиции, идущей на изготовление колец АГ-50 °

Для выполнения проектных расчетов сальника в формулу целесообразно

55

1пе =А lп — + В

Рн опт P (4) где А и  — постоянные (A=-1,16;

В=-2,65).

Из выражения (2) получаем

Таким образом, справедливо выражение с1 =ехр(А- + В) гк в ь

b(—" +1)

Как известно, сальник герметичен, если Р л Г, или KP з Р, (Х), так как

Р„=КР„(Є— боковое давление набивки) . Но согласно выполненным исследованиям для набивки в виде асбесто-, графитовой композиции или с учетом соотношения (Х) Подставляя (9) в (6), получим

А (О)" 1 Ь "2. h 3+1

1п опт

К

Ь(—" +1)

Ов р " " . b " "2 . h "" 3 " — А

Ы и,пк к +1)

Обозначив n — 1. через тп, à и +1 через q. получим

И, Ь hq

К" (=D.1) Р

В уравнении (11 ) А,, В, n„, ш, q — коэффициенты и показатели, характеризуюшие физико-механические свойства материалов, которые определяются экспериментально. Для сыпучеволок" нистой набивки (масса для колец

АГ-50), например, Kf=8 88 Р -Ь h

Тогда А =2А А =2 (-1,16) ° 8,88=

=-20,6; m=n„-1=0,6-1=-0,4; о=п +1=

=-0,39+1=0,61; n„=-0,224.

Таким образом, для этого типа набивки оптимальный угол наклона боковой поверхности конической сальниковой камеры определится из соотношения:

1350 о 224 1 0,65

Ы „=exp (- (20, 6 0,224 1 0,6 (к +1)

0 1) ) (12) + 2,65) 1. Сальниковое уплотнение, включающее нажимную втулку, вал или шток, Аналогично могут быть определены значения o(и для других набивочных оп материалов. 10

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для набивки АГ-50 (свежая масса) приведено в таблице.

Предлагаемое сальниковое уплотнение содержит (фиг. 1) нажимную втулку 1, оказывающую давление на набивку 2, помещенную в сальниковую камеру 3, расширяющуюся по мере удаления от рабочей поверхности нажимной втулки и заканчивающуюся цилиндрической частью 4. Образующая поверхность сальниковой камеры составляет с осью сальниковой камеры угол

Уплотнение работает следующим образом.

При затяжке сальника с помощью на имной втулки 1 материал набивки 2 плотняется и смещается при минимальном статическом трении относительно ограничивающих набивку поверхностей сальниковой камеры 3, а также вала или штока 5. При этом усилие затяжки практически не затрачивается на преодоление статического трения между набивкой и ограничивающими поверхностями и расходуется на деформирование набивки в боковом направлении, т.е. на создание уплотнительного эффекта. Для уменьшения степени де40 формирования набивки в боковом направлении в слоях, наиболее удаленных от поверхности нажимной втулки, т.е. у дна сальника, и улучшения условий прижатия набивки к ограничивающим поверхностям коническая часть камеры у дна снабжена цилиндрической частью.

Формула и з обретения

=ехр(-(2,32 †6 е2,65)I

b(— +1)

DB ширина и высота набивки соответственно; соответственно диаметры нала и конической сальниковой камеры у поверхности нажимной втулки; коэффициент бокового давления набивки; коэффициент статического трения материала набивки о рабочую поверхность вала или штока. где Ь и h

В и Р„

2. Уплотнение по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что границы зоны эффективной работы сальника ограничены углами, рад:

d,=ехр(-(3,56 — е е2,88)1;

Ъ(— +1)

"62М

Ь(— " +1)

3. Уплотнение по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью уменьшения степени деформации набивки в боковом направлении, ликвидации застойных эон в набивке и улучшения условий прижатия ее к унлотняемым поверхностям, у дна сальниковой камеры выполнена цилиндрическая часть, переходящая в коническую.

430 5 сальниковую камеру, выполненную расширяющейся по мере удаления от рабочей поверхности нажимной втулки и заполненную эластичной или сыпучеволокнистой набивкой, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения давления набивки на вал или шток, оптимальная величина угла наклона образующей конуса сальниковой камеры, рад, равна

1350430

Нажимное

9,56 8,33

6,37

2,7 2,6

2,5

2,94 2,91

2,83

I nnm давление, МПа (P опг (опыт. ) 0 опт (расч.) Pg

Р Па

4,46 3,19 1,91

2,3 2,2 2,6

2,74 2,64 2,46

2 3 Ф 6 б

8РаУ

Фиг. г! 350430

® руче ррркр исруар асдеооартоаоанастойю аби/ка МФ о СДхая арафиачнар наби5ка; д Ппас по5ая набиЬа.;

Х- A cbecn?6 - граФияоаая каипазицая, V Сухая аедестюЮая сыи че ЗОПОкнисГп а я наби Зка., ФЬг.6

Составитель А. Шмелев

Редактор В. Данко Техред И,Попович

Корректор 0„ Кравцова

Заказ 5245/37 Тираж 804 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035., Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,, ул, Проектная, 4