Основные типы уплотнений. Описание

Основные типы уплотнений. Описание

Основные типы уплотнений. Описание

Контактные уплотнения

Создают в сопряжении деталей зону замкнутого непрерывного контакта по периметру уплотняемых поверхностей, в связи с чем в их конструкции обязательно присутствуют специальные элементы: уплотнитель, выполняющий функцию герметизатора, и силовой(ые) элемент(ы), обеспечивающий контактное давление p_К (рис. 1, 2).

Эксплуатационные свойства контактных уплотнений в первую очередь зависят от свойств материала уплотнителя.

Уплотнения каждой группы могут быть выполнены из разных материалов, что приводит к образованию многочисленных подгрупп. Например, манжета УПС может быть резиновая, резинотканевая, резиновая с антифрикционным модифицированием и т.д.

Видовое подразделение уплотнений по конструктивным признакам для колец и манжет отражает, прежде всего, форму профиля сечения (круглое, Х-, U-, П-образное).

Механические контактные уплотнения имеют кольцевой уплотнитель в виде детали или пары трения из металла, углеграфита, керамики, пластмассы и других твердых тел. Контактирующие поверхности пары должны иметь минимальные отклонения от заданной формы, чтобы при соприкосновении поверхностей зазор был очень мал. Наиболее точно могут быть обработаны цилиндрические и плоские поверхности, что определяет применение этого типа уплотнения в радиальных и торцовых УВ.

Радиальные уплотнения для УПС называют поршневыми кольцами, так как в основном они применяются для уплотнения поршней ДВС и компрессоров, используемых, в частности, в пневматических системах автомобилей. В ДВС и компрессорах используются в основном разрезные кольца, имеющие прямоугольный или «косой» замок, позволяющий компенсировать тепловое расширение кольца (рис. 3).

Торцовые уплотнения используют в основном в уплотнениях гидродвигателей и насосов, в частности для уплотнения вала водяного насоса (помпы) системы охлаждения ДВС (рис. 4). Здесь в качестве контртел используют пару металл-графит. Эксплуатационные характеристики торцовых УВ отличаются большим диапазоном допускаемых скоростей и температур при удовлетворительной герметичности и большой наработке на отказ (десятки тысяч часов).

уплотнитель герметизатор контактный

Механические уплотнения обычно применяют в качестве последней ступени уплотнительных комплексов.

В последнее время все шире используются механические контактные уплотнения, в которых для изготовления герметизатора применяются композиционные материалы на основе фторопласта-4 (политетрафторэтилена, коммерческое название «Тефлон», или сокращенно - ПТФЭ), армированные различными наполнителями (бронза, графит, стекловолокно и т.д.). Эти материалы имеют хорошие характеристики трения и износа, не выдавливаются в зазоры при давлениях до 50 МПа, имеют уникальную стойкость к агрессивным средам и могут работать в условиях сухого трения. Как правило, в конструкции уплотнения с использованием пластмасс на основе ПТФЭ применяются дополнительные силовые элементы (экспандеры) различной формы (резиновые кольца, металлические браслеты и т.д.), создающие контактное давление в паре трения.

Эластомерные уплотнения подразделяют на группы в соответствии с конструктивными признаками и материалом уплотнителя. По конструктивным признакам их подразделяют на прокладки, кольца, манжеты, кольца и манжеты с пружинами, затворы, клапаны, грязесъемники и различные комбинированные уплотнения.

Механизм герметизации этих уплотнений прежде всего связан с высокоэластичными свойствами резины - материалом уплотнителя, позволяющим осуществить плотное контактирование сравнительно грубо обработанных поверхностей контртел при небольшом контактном давлении. Кроме того, например, радиальные уплотнения могут успешно герметизировать соединения при относительно большой погрешности (десятые доли миллиметра, градусы перекоса) положения осей сопрягающихся поверхностей (рис. 5).

Уникальные свойства резины позволяют создавать высоко герметичные, простые, самые дешевые и универсальные уплотнения, совместимые с большинством рабочих и окружающих сред. Простота конструкции вытекает из возможности совмещения в одной детали (уплотнителе) всех функциональных элементов структурной схемы контактного уплотнения.

Большинство резин в процессе вулканизации образует прочные связи с некоторыми металлами (сталь, латунь и др.). Кроме того, некоторые вулканизированные резины можно приклеивать к металлам. Эти свойства позволяют создавать резинометаллические уплотнения, в которых преимущества эластомеров сочетаются с прочностью и износостойкостью металлов. Резинометаллические уплотнения широко используются в конструкциях сальников ДВС, КПП и трансмиссии.

Набивочные уплотнения содержат специальную вязкоупругую набивку, обычно состоящую из основы, антифрикционных материалов и жидкой пропитки. Применяются уплотнения без жидкой пропитки, в которых антифрикционные материалы изготавливают из композиционных антифрикционных материалов. Набивка должна прижиматься к уплотняемым поверхностям контактным давлением р_К с помощью силового элемента. Эксплуатационные характеристики таких уплотнений отличаются высокими значениями давления, скорости и температуры. Однако они не обладают высокой герметичностью и требуют периодического обслуживания.

Бесконтактные уплотнения

Применяются в том случае, когда невозможно или нецелесообразно использование контактных уплотнений (высокая скорость относительного перемещения подвижного и неподвижного элементов уплотнения, высокие температуры, очень низкая точность сопряжения элементов уплотнения и др.). Имеют значительный (десятые доли миллиметра и более) зазор.

В общем случае герметизация осуществляется жидким, газообразным или композиционным уплотнителем, заполняющим зазор, а также за счет динамики работы самого уплотнения.

Чаще всего бесконтактные уплотнения применяются в подвижных соединениях с целью уменьшения давления перед основным, контактным уплотнением.

Рабочая среда Р стремится проникнуть в окружающую среду А под действием перепада давления сред Dр. На пути утечки располагается уплотнение со средой Б, в которой создается давление Dр_У, препятствующее течению среды Р.

По герметизирующей способности бесконтактные уплотнения подразделяются на высокогерметичные (гидрозатворы, динамические с насосным эффектом, магнитожидкостные, в которых Dр_У = Dр) и проточные (щелевые, лабиринтные), которым принципиально свойственна негерметичность.

В этих уплотнениях с целью уменьшения утечек увеличивают гидравлическое сопротивление приданием соответствующей формы поверхностям зазора. При этом в гладком щелевом уплотнении утечки нелинейно резко возрастают с увеличением зазора d.

В гидрозатворах гидростатическое противодавление возникает под действием гравитационных и капиллярных сил или внешнего давления.

В динамических уплотнениях противодавление создается по принципу работы простейших центробежных, винтовых или вихревых насосов, они работоспособны только при достаточно большой частоте вращения. При остановке вала герметичность совершенно не обеспечивается, поэтому в комплект должно входить стояночное уплотнение, автоматически отключающееся при вращении вала.