Торцевые уплотнения

Большинство химических жидкостей, перекачиваемых насосами второй группы, отличается высокой коррозионной активностью. На практике трудно подобрать антифрикционные материалы, имеющие высокую коррозионную стойкость в этих жидкостях.

При выборе материалов пар  трения для насосов второй группы необходимо знать балл химической стойкости или скорость коррозии в перекачиваемых средах. Материалы оценивают следующим показателем:

,

 

где — коррозионная стойкость эталонного образца (k_э = 0,1 мм/год); — коррозионная стойкость оцениваемого материала.

Наличие внутренних напряжений в материале. Малая утечка через торцовое уплотнение обеспечивается благодаря высоким требованиям, предъявляемым к рабочим поверхностям уплотнительных колец (поверхности не должны иметь волнистости). Наименьшее отклонение от плоскостности 0 — 0,3 мкм, допускаемое 0,9 мкм.

Наличие внутренних напряжений в материале пары трения приводит к нарушению плоскостности рабочих поверхностей и проявляется практически через несколько часов после доводки.

Повторный контроль плоскостности  необходимо осуществлять после выдержки кольца пары трения из оцениваемого материала в течение 24 ч на воздухе. Контроль выполняют с помощью интерференционных пластин типа ПИ и монохроматического источника света.

Наличие внутренних деформаций в материале оценивают следующим показателем применимости:

,

 

где — отклонение от плоскостности эталонного образца ( = 0,3 мкм); П₀ — отклонение от плоскостности образца из оцениваемого материала.

5 ИЗНАШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ

 

Известно, что работоспособность  техники во многом зависит от качества ремонта и технического обслуживания, уровень которых, в свою очередь, обусловлен надежностью и ресурсом запасных частей, в том числе восстановленных.Ресурс большинства машин обычно зависит от небольшого числа деталей. Это позволяет определить номенклатуру и планировать конкретные объемы восстановления деталей.

В большинстве случаев отказ  машин происходит из-за выхода со строя торцевого уплотнения. В процессе эксплуатации уплотнения из-за гидроабразивного изнашивания, происходит механическое разрушение поверхностей трущихся деталей. Это приводит к изменению геометрических размеров и снижению работоспособности узла в целом. Профиллографированием поверхностей установлено, что износ кольца может достигать до 8-10 мкм. Исследование закономерности износа поверхностей уплотнительного кольца турбокомпрессора показало, что торцовые поверхности одного кольца изнашиваются неравномерно. В результате такого износа приходится производить замену узла в целом.

Изнашивание контактных поверхностей пары трения, происходящих за счет трения, усугубляется тем, что смазочный материал (масло) проходит по центральному отверстию и содержит мельчайшие твердые частицы. При вращении, под действием центробежной силы, эти частицы забрасываются на контактирующие поверхности и таким образом вызывают гидроабразивный износ.

Разрушение из-за попадания на поверхности  деталей мельчайших абразивных частиц происходит в результате резания, выкрашивания, выбивания и многократного пластического деформирования микрообъемов поверхностей. Интенсивность изнашивания определяется скоростью, свойствами и формой абразивных частиц, температурой и степенью запыленности жидкого потока, а также физико-механическими свойствами изнашиваемого материала.

Одной из причин износа является работа в условиях высоких температур. Поэтому условие теплоотвода из зоны трения имеет существенное значение и в основном зависит от теплопроводности материала и смазки. Чем ниже теплопроводность материала, тем выше температура в контакте пары трения. Отсюда и режим трения ближе к «сухому», так как жидкость в зазоре пары может переходить в газообразное состояние. Кроме того, при значительном повышении температуры в контакте трения возможно появление терморастрескивания.

Контакт твердых тел вследствие неоднородности их физико-химических свойств, шероховатостей, а также  попадания мельчайших твердых частиц, дискретен и происходит на весьма малых площадях, образующих в совокупности площадь фактического контакта.

В зависимости от условий нагружения, физической природы материалов пары трения и характера микрорельефа сопряженных поверхностей могут наблюдаться различные механические состояния материалов, находящихся в зоне контакта: механическое и молекулярное взаимодействие. Механическое взаимодействие - упругий контакт, пластический контакт и микрорезание. Молекулярное взаимодействие - адгезионное схватывание поверхностных пленок.

При скольжении происходит непрерывная  миграция зоны фактического контакта по поверхности каждого из тел. При этом микрообъем материалов, примыкающих к площадям фактического контакта, подвергается многократным силовым воздействиям, в результате чего происходит накопление дефектов, приводящих к образованию микротрещин. А это в свою очередь заканчивается отделением частиц износа. Следует добавить, что в поверхностном слое в период предразрушения могут идти самые различные химические, физико-химические и другие процессы.

В диапазоне скоростей скольжения и удельных давлений, в которых  работают торцевые уплотнения, действуют два фактора, влияющих на износ: механический и термический, которые действуют одновременно . С увеличением контактного давления износ возрастает вследствие активного вытеснения пленки смазочного материала и увеличения площади фактического контакта. Аналогичное увеличение износа происходит и тогда, когда часть тонкой пленки жидкости может быть устранена из-за больших удельных давлений, скоростей скольжения, коэффициента трения и плохого отвода тепла. И, как результат, рост температуры среды, повышение химической активности трущихся поверхностей, возникновение термогальванической коррозии металла, коксование или смолообразование некоторых масел, приводящие к увеличению износа. В реальных условиях эксплуатационный износ трудящихся поверхностей торцевых уплотнений пропорционален скорости скольжения и удельному давлению. Поскольку уплотнение работает в тяжелых условиях, при большом числе одновременно действующих факторов, к выбору материалов предъявляют высокие требования с тем, чтобы они отвечали условиям быстрой прирабатываемости, высоким антифрикационным свойствам и теплопроводностью.

Поэтому износостойкость пары трения является одним из важнейших эксплуатационных характеристик и является одним  из требований к материалам, используемых для изготовления и восстановления деталей. Выбранный материал должен обладать достаточной механической прочностью, технологичностью, а пара трения должна обеспечивать минимальный коэффициент трения, исключать возможность схватывания и заедания. Конструкция и технология изготовления должны обеспечивать гарантированный зазор между деталями торцевых уплотнений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник Л.А.Кондаков, А.И.Голубев, В.В.Гордеев и др. Под общ. Ред. Л.А.Кондакова, А.И.Голубева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1994.-448 с.

2. Торцевые уплотнения: http://www.rotametr.ru/print.php?Content=272

3. Уплотнительные устройства: http://ru.wikipedia.org/wiki