Бесконтактные статические уплотнения

Щелевые уплотнения (рис. 6.7) работают на принципе создания между уплотняемыми поверхностями минимально возможного зазора – щели, в котором дросселируется уплотняемая среда. Количество просачивающегося через щель газа или жидкости зависит от величины перепада давлений между разделяемыми полостями и от площади кольцевой щели, которая определяется величиной зазора и длиной щели.

Рис. 6.7. Схемы бесконтактных уплотнений колеса центробежного насоса в виде: а – гладкой щели; б – многоярусной ступенчатой щели

Щелевые уплотнения могут выполняться как с радиальными, так и с осевыми зазорами. Утечки через щелевые уплотнения достаточно большие. Щелевые уплотнения применяют при густой смазке. Уменьшения зазора можно достигнуть нанесением на неподвижную деталь мастики, приготовленной на порошкообразном графите.

Уплотнения такого типа служат для уменьшения перетекания рабочей среды и размещаются они между полостями, заполненными одной и той же жидкостью или газом, но с разными давлениями. Надежная изоляция полостей возможна лишь при контактных уплотнениях. Комбинацией бесконтактного и контактного уплотнений являются плавающие уплотнительные кольца.

Плавающие кольца (рис. 6.8). При герметизации полостей с высоким давлением применяют набор цельных плавающих колец, изготавливаемых из тефлона и алюминиевого сплава. Кольца закладывают в сплошную проточку соответствующей ширины со значительным осевым зазором. При работе плавающее кольцо торцем прижимается давлением жидкости (см. эпюру на рис. 6.8) к поверхности опорного кольца.

Рис. 6.8. Конструктивные схемы щелевого уплотнения и эпюра сил давления на плавающем кольце (а, в – прижатому по гладкому торцу; б – прижатого по сферической поверхности): 1 – опорное кольцо; 2 – плавающее кольцо; 3 – гайка; 4 – центробежное колесо

Утечки через бесконтактные статические уплотнения определяются величиной радиального зазора d в уплотнении. Уменьшению величины d препятствуют биение вала, его деформации в процессе работы, износ опор и т.д. Использование щелевого уплотнения с плавающим кольцом позволяет уменьшить зазор d (а значит и утечки) до минимальной величины.

Лабиринтные уплотнения (рис. 6.9). Лабиринтное уплотнение не является изолирующим. Газы, прошедшие через лабиринтное уплотнение, обязательно должны отводиться через дренажную систему.

Лабиринтные уплотнения бывают радиальные и аксиальные, одноступенчатые и многоступенчатые. По конструкции они представляют собой ряд последовательно расположенных кольцевых полостей (камер) и выступов (гребешков).

Рис. 6.9. Схемы статических лабиринтных уплотнений: а) ступенчатое; б) ступенчатое со встречным барьером; в) аксиально-ступенчатое; г) радиально-ступенчатое

Сущность процесса, происходящего в лабиринтном уплотнении, состоит в многократном дросселировании газа, протекающего через каналы с резко изменяющимся проходным сечением. При этом возникает турбулизация потока и значительное гидравлическое сопротивление утечкам. Величина утечек зависит от геометрических параметров уплотнения (зазора, числа гребешков, коэффициента расхода, формы камер и т.д.). Гидравлическое сопротивление лабиринтного зазора возрастает по сравнению с гладкой щелью примерно на 30 %.

Спиральное уплотнение представляет собой нарезанную на валу или на корпусе ленточную спиральную резьбу, которая получается большой длины при малых зазорах между сопрягаемыми деталями. Резьба выполняется одно- или многозаходной, прямоугольного или треугольного профиля. Направление нарезки резьбы согласуется с направлением вращения вала. Уплотняемая среда при вращении вала должна отбрасываться внутрь уплотняемой полости.

Для повышения эффективности работы уплотнения желательно иметь малые зазоры между корпусом и валом, большие углы подъема углов нарезки и значительное число заходов нарезки. Уплотнение работает за счет сил трения, возрастающих на пути утечек.