ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

В гидропневмоагрегатах возвратно-поступательного действия различного назначения для уплотнения штоков, плунжеров, поршней и других элементов, работающих в тяжелых условиях - при повышенном давлении, ударных нагрузках, повышенной температуре, а в ряде случаев и при наличии в рабочей среде абразива, широко применяются пакетные уплотнения со стандартными v-образными манжетами. В зависимости от условий эксплуатации и рабочей среды манжеты изготавливают из резины различных марок и резиноткани; для специальных гидропневмоагрегатов манжеты продолжают изготавливать из кожи. Достоинством таких уплотнений является возможность регулирования величины предварительного поджатия пакета, в том числе по мере износа манжет, что способствует повышению герметизирующих свойств уплотнения. Однако при дополнительном поджатии пакета возрастает и без этого значительная сила трения в уплотнительном узле, что сказывается на долговечности уплотнения и энергоемкости гидрообъектов. Положение усугубляется тем, что нагрузка между манжетами распределяется неравномерно.

Согласно ГОСТ 22764-77 предельное рабочее давление, на которое рассчитаны шевронные v-образные манжеты. Составляет 63 МПа. Некоторые специалисты считают, что увеличения герметизирующей способности пакет целесообразно дополнить рабочими манжетами. На расчетное давление 70 МПа уплотнительный узел включал опорное кольцо 1 (рис. 1), шесть рабочих v-образных манжет 2, нажимную манжету 3 и нажимное кольцо 4. Нажимное кольцо изготавливали из бронзы, остальные элементы - из резиноткани; предварительное поджатие (натяг) пакета - 2,5 мм; поперечный диаметр уплотнения - 115 мм. При таких условиях пакетное манжетное уплотнение работоспособно при 70 МПа, но имеет ограниченный ресурс и недопустимую силу трения. В другом варианте - на рабочее давление 16 МПа при диаметре 160 мм - количество рабочих манжет снизили до четырех, опорное кольцо и нажимное кольцо (вместо нажимной манжеты) изготавливали из фторопласта-4, рабочие манжеты - из резиноткани, предварительное поджатие пакета не проводили. Ресурсные испытания показали, что после многократного силового воздействия фторопластовое нажимное кольцо теряет свою конфигурацию и частично выдавливается в уплотняемые зазоры. По критерию утечек через уплотнение после 2,9·10 ⁵ циклов работы нажимное кольцо, а из-за него и весь пакет уплотнения оказались непригодными для дальнейшей эксплуатации (рис. 2а, кривая 1). Нажимное и опорное кольца изготавливали также из бронзы и из того же материала, что и рабочие манжеты, - резиноткани. Получены интересные и неожиданные результаты. При том же давлении среды (16 МПа) и при изготовлении колец из бронзы период приработки составляет 1,9·10 ⁵ циклов, после чего утечки стабилизировались и не превышали допустимых значений (рис. 2, кривая2). После 7,5·10 ⁵ циклов утечки начали возрастать. Что свидетельствует о наступлении недопустимого износа пакета. Отсюда следует вывод, что замена фторопластового нажимного кольца на бронзовое позволяет примерно в 3 раза повысить долговечность уплотнительного узла (замена материала опорного кольца оказывает меньшее влияние). Наибольший эффект достигается при изготовлении нажимного кольца из резиноткани. По сравнению с бронзовым кольцом долговечность пакета возрастает почти в 2 раза (рис. 2, кривая 3) и составляет около 16·10 ⁵ циклов работы, а по сравнению с фторопластовым кольцом - почти в 6 раз.

Распределение контактных давлений в уплотнительном узле (рис. 2б) показывает, что при движении контактное давление по длине пакета возрастает и перераспределяется, увеличиваясь в направлении нажимного кольца. Максимальное контактное давление как в покое, но при нагрузке (кривая 4), так и в движении (кривая 5) является максимальным при использовании фторопластового нажимного кольца, величина давления (напряжения), в котором достигает 10,4 МПа. При бронзовом нажимном кольце контактное давление несколько снижается, но характер распределения давления по длине пакета в основном сохраняется. Наименьшие контактные давления в уплотнительном узле и наибольшее равномерное их распределение по длине уплотнения достигаются в случае изготовления опорного и нажимного колец из резиноткани - из того же материала, что и рабочие манжеты.

Таким образом, простое совершенствование пакетного уплотнения с шевронными v-образными манжетами, заключающееся в том, что все элементы уплотнительного узла - рабочие манжеты, опорное и нажимное кольца - изготавливаются из одного материала - резиноткани (указанный ГОСТ не регламентирует марки материалов), способствует существенному повышению долговечности уплотнительного узла и, как показали испытания, снижению силы трения и энергоемкости гидрообъектов.

Рис. 2