Для чего нужны гидравлические уплотнения трубопровода?

Уплотнение – важнейший компонент гидравлической конструкции

В начале прошлого века ассортимент уплотнений был небольшой – прокладки для неподвижных соединений, манжеты и сальники для подвижных. Использовались клапанные и золотниковые пары в гидравлической аппаратуре, применялись диафрагмы в некоторых видах редукторов.

Надо отметить, что в дореволюционной России мало уделялось внимания гидравлике как науке, почти полностью отсутствовали печатные издания, освещающие эту дисциплину. Однако в 1920-х гг. в связи с принятыми СССР планами индустриализации появилась отечественная литература, посвященная разносторонним аспектам технической гидромеханики. Журналы, монографии, руководства по проектированию, труды институтов издавались значительными тиражами. В тот период отечественная гидравлика выдвинулась на одно из первых мест в мире.

Развитие техники диктовало необходимость создания новых конструкций уплотнений. Например, именно появление поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) во второй половине XIX в. стало предпосылкой создания поршневых колец.

Долгое время разработка уплотнений была основана лишь на опыте и интуиции конструкторов. В 1950-х, когда уплотнения новых видов стали внедрять во все области машиностроения, активно приступили и к разработке основ проектирования и стандартизации уплотнений.

Сегодня все уплотнительные устройства, применяемые в автомобилестроении, делятся, во-первых, на уплотнения штоков и поршней, участвующих в возвратно-поступательном движении (к ним же относятся грязесъемные кольца и направляющие пояса). Во-вторых, выделяют уплотнения валов, совершающих вращательное движение, а также отдельной категорией являются уплотнения неподвижных соединений.

В связи с тем, что основная задача уплотнений – предотвратить или уменьшить утечки жидкости или газа в соединениях деталей машин, уплотнения подразделяются на контактные и бесконтактные, они же щелевые. Последние применяют в основном в гидравлической аппаратуре управления и распределения, где необходима высокая чувствительность рабочих элементов к внешней нагрузке.

К подвижным контактным уплотнениям относятся кольцевые уплотнения, манжеты, а также некоторые другие виды специальных уплотнений. Такие уплотнения выполняют в гидравлических устройствах функцию разделения полостей высокого и низкого давления, предотвращают внутренние протечки рабочей жидкости. Выполнение уплотнениями своих функций повышает к.п.д. машины, уменьшает нагрев рабочей жидкости в процессе работы, поддерживает на постоянном уровне скорость работы исполнительных органов машины.

Резиновые кольца являются самыми универсальными уплотнениями, применяемыми во всех областях машиностроения с 1940-х гг. Одно из общих требований, предъявляемых к уплотнениям, – это компактность. Кольцевые уплотнения малогабаритные, однако обеспечивают приемлемую степень надежности и долговечности и в то же время характеризуются малыми потерями на трение. Сегодня применяются кольца разных профилей – круглого, овального, прямоугольного, Х-образного, пилообразного.

В самых первых моделях строительных машин рабочее давление не превышало 5…6 МПа, и с задачей уплотнения резиновые кольца круглого или прямоугольного сечения вполне справлялись. Но в связи с тенденцией ко все большей миниатюризации гидроаппаратов при сохранении высокой производительности, а также стремясь максимально снизить их массу, для прокачки требуемых объемов рабочей среды давление необходимо было повышать, и постепенно в новых конструкциях оно достигло 32 МПа и более.

Кольцевые уплотнения, изготовленные в соответствии с ГОСТ 9833–73, рассчитаны на надежную работу в гидросистемах при давлении до 32 МПа, в неподвижных соединениях – до 50 МПа. При более высоком давлении рабочей жидкости в системе рекомендуется использование резиновых манжет. Манжеты обеспечивают меньшую утечку жидкости при работе, чем кольца, и бо’льшую долговечность, однако их конструкция сложнее, размеры больше, силы трения выше, а значит, выше и потери энергии при движении.

Существует несколько основных типов манжет. В узлах, спроектированных до 1971 г., используются так называемые воротниковые манжеты (ГОСТ 6969–54). Сегодня чаще в конструкциях применяют уплотнительные резиновые манжеты V-образного сечения, соответствующие ГОСТ 14896–84, которые обеспечивают уплотнение зазора между цилиндром и поршнем при давлении от 0,1 до 50 МПа. Шевронные манжеты (ГОСТ 2204–77) используют при давлении гидрожидкости до 63 МПа при температуре от –50 до +120 °C. Эти манжеты устанавливают в комплекте с металлическими опорными и нажимными кольцами.

При невысоких давлениях целесообразно применение резиновых манжет, армированных металлическими пружинами. Такие манжеты еще называют сальниками, их параметры соответствуют ГОСТ 8752–79. Они служат для уплотнения валов, работающих в минеральном масле, воде, дизельном топливе при избыточном давлении до 0,05 МПа и скорости вращения до 20 м/с.

Гидравлические уплотнения устанавливают в канавки, регламентированные соответствующими стандартами, которые протачивают или фрезеруют на поверхностях сопрягаемых частей узла. Это могут быть плоскости, и тогда устанавливают торцовые уплотнения. Радиальные уплотнения применяют при сопряжении цилиндрических тел вращения. При укладке резинового уплотнения в канавку оно деформируется, так как глубина канавки меньше радиуса поперечного сечения уплотнения. В процессе работы гидравлического устройства действующее давление стремится выдавить уплотнение в зазор между сопрягаемыми элементами.

Существенным недостатком резиновых уплотнений является свойство резины прилипать к сопряженным металлическим поверхностям в состоянии покоя, особенно если поверхность имеет высокую чистоту обработки. Это опасно тем, что в подвижных узлах при начальном движении штока могут возникнуть значительные силы трения, которые ведут к преждевременному изнашиванию уплотнения или даже к выходу его из строя. При эксплуатации в условиях высокого давления также может происходить выдавливание резины в зазоры уплотняемых соединений и возникновение течей.

Таким образом, в новых гидроагрегатах возникла необходимость в применении новых полимерных материалов – фторопласт, полиуретан, полиэфир. Модули упругости этих материалов в несколько раз выше, чем у резины, а коэффициент трения по стали в несколько раз ниже.

Коэффициент трения – очень важный показатель. Если коэффициент небольшой, снижаются потери энергии на механическое трение, повышается к.п.д. гидроаппарата. Увеличивается срок службы самого уплотнения, особенно это проявляется в механизмах с высокой скоростью перемещения уплотняемых деталей, таких как гидромолоты, виброплиты и т. п.

При высокой скорости скольжения уплотнений, нагруженных высоким давлением, их рабочие поверхности испытывают порой критические температурные нагрузки. Чтобы обеспечить необходимую теплопроводность, применяют уплотнения на основе фторопласта с различными теплостойкими наполнителями. Такие уплотнители называются композитными. Их материал представляет собой композицию из нескольких компонентов, свойства каждого из которых используются в работе данного уплотнения. Композитными являются резинофторопластмассовые, резинотканевые и другие уплотнения. В настоящее время существует более двухсот видов наполнителей для полимеров, и с расширением области применения полимеров их число растет.

В комбинированных уплотнениях резиновые кольца служат специальным элементом-эспандером, усиливающим прилегание пластмассового элемента к уплотняемой поверхности. В качестве материала пластмассовых уплотнений используют в основном фторопласты (ПТФЭ). Эти материалы обеспечивают небольшие потери энергии на преодоление трения, имеют высокую стойкость к агрессивным средам и температурам. Такие конструкции успешно работают при давлении до 35 МПа.

В настоящее время в высоконагруженных узлах успешно применяются комбинированные уплотнения с очень низким коэффициентом трения, в которых изготовленная из полимерного материала манжета выступающей частью определенной формы прижимается к штоку. Усилие прижатия обеспечивается действием установленного сверху манжеты резинового кольца круглого сечения. Такие уплотнения производят практически все ведущие зарубежные компании – Merkel, Simrit, Parker, Hansa Flex и др. В нашей стране освоили выпуск подобных манжет предприятия RGC и «Элконт».

Благодаря свойству резины образовывать прочные связи с некоторыми металлами как в результате вулканизации, так и путем приклеивания появился специальный широко применяемый вид резинометаллических уплотнений.

Контактные уплотнители массово производят на заводах РТИ преимущественно методом вулканизации в пресс-формах. Так называемым формовым уплотнениям можно задавать сложный профиль сечения, обеспечивающий герметичность и необходимое усилие трения. Сегодня технологические процессы производства отработаны, а большие объемы обеспечивают низкую себестоимость изделий.

Уплотнения неподвижных соединений отделяют внутреннюю часть гидравлического устройства от атмосферы. Они предотвращают наружные утечки, при этом сохраняя объем рабочей жидкости, и защищают тем самым окружающую среду, одновременно выполняя необходимые технологические требования. В стационарных соединениях применяют контактные уплотнения – прокладки разнообразной конфигурации из различных материалов, широко используют различные герметики, уплотнительные шайбы и неформовые уплотнения.

Класс неформовых уплотнений – это шнуры, жгуты разной длины, диаметра и поперечного сечения. Их изготавливают методом экструзии резинотехнической смеси до образования полуфабриката с его дальнейшей вулканизацией. Такие уплотнения применяют в стыковых, неподвижных соединениях в самых разных видах техники.

Существуют также дифференциальные, набивочные, камерные, войлочные и некоторые другие виды уплотнений, разработанные для определенных технологических целей и в автомобилестроении практически не применяющиеся.

Особенно широко сальники используются в трубопроводной арматуре для уплотнения подвижных деталей арматуры: уплотнительный элемент с принудительным напряжением, необходимым для обеспечения герметичности. Сальники могут использоваться и для уплотнения неподвижных частей оборудования, например в трубных и кабельных проходках. Они характеризуются простотой конструкции. На внешней стороне крышки или корпуса механизма в том месте, где через них проходит шток (или вал), создается сальниковая камера (или коробка), в которую закладывается уплотнительный материал – сальниковая набивка. С помощью специальных устройств набивку поджимают так, что в ней создаются усилия, под действием которых она прижимается к стенке сальниковой камеры и к цилиндрической поверхности штока. В механизмах малого диаметра поджатие набивки производится накидной гайкой, большого диаметра – специальной деталью: крышкой сальника, которая крепится болтами с гайками. В некоторых случаях для снижения трения применяют сальники со смазкой, которая подается извне через специальную масленку. Современная сальниковая набивка обычно представляет собой шнур или кольца из асбеста с графитовой пропиткой. Также используются безасбестовые уплотнительные материалы из фторопласта или на основе графита. Применяют и другие материалы, что определяется конкретными условиями эксплуатации.

Манжета (от франц. manchette – рукавчик) – уплотнительная деталь подвижной круглой в сечении детали машины. Манжета обычно имеет вид кольца из резины или полимера с рабочей кромкой, возможно пыльником и круглой пружиной, которая поджимает рабочую кромку к валу. Манжеты препятствуют проникновению жидкостей и газов из области высокого давления в область низкого давления.

Читайте также:  Монтаж системы очистки воды

Сальниковое устройство, или сальниковое уплотнение, – один из видов уплотнительных устройств подвижных соединений. Названия «сальниковая набивка», «сальник», «сальниковый узел» и др. сохранились с тех времен, когда для уплотнения в этих устройствах использовалась пропитанная жиром пенька или войлок.

Уплотнения соединений

Назначение уплотнительных устройств — герметизация гидросистем, устранение утечек и перетечек рабочей жидкости, вызванных перепадом давлений через зазоры между сопрягаемыми деталями элементов гидропривода.

К уплотнительным устройствам предъявляются следующие требования: износостойкость; совместимость с конструкционными материалами и рабочей жидкостью; устойчивость к температурным колебаниям; удобство монтажа-демонтажа; невысокая стоимость.

Уплотнительные устройства делятся на две группы: уплотнения неподвижных соединений, которые должны обеспечивать абсолютную герметичность при всех режимах работы гидропривода; уплотнения подвижных соединений, допускающие возможность регламентированных утечек и перетечек рабочей жидкости.

Уплотнение считается герметичным, если после длительной выдержки под давлением (для неподвижных соединений) или после установленного числа перемещений (для подвижных соединений) утечки рабочей жидкости не превышают предельно допустимые.

В неразъемных соединениях герметичность достигается пайкой и сваркой деталей. В разъемных соединениях утечки устраняются несколькими способами: путем деформации уплотняемых поверхностей внешней силой; взаимной приработкой уплотняемых поверхностей; заполнением микронеровностей на уплотняемых поверхностях различными заполнителями (прокладки из картона, кожи, резины и т.д.).

При всех способах между соединяемыми деталями должно быть создано контактное давление (путем затяжки крепежными элементами), превышающее максимальное рабочее давление жидкости. Некоторые способы уплотнения неподвижных соединений мягкими прокладками и кольцами показаны на рис. 4.8, а—е.

Для изготовления прокладок применяют различные неметаллические и металлические эластичные материалы, способные компенсировать при затяжке соединения неровности и другие дефекты поверхностей уплотняемой пары.

Уплотнение подвижных соединений может быть бесконтактным (щелевым) или контактным (выполненным при помощи различных уплотнителей).

Рис. 4.8. Герметизация неподвижных соединений: а, б — прокладками различной конфигурации; в — уплотнительными кольцами в канавке с дополнительным сжатием; г — в профильном пазу одной детали; д — в профильном пазу двух деталей; е — в сложных соединениях

Щелевое уплотнение (рис. 4.9, а) распространено во многих гидроагрегатах (насосы, распределители и т.д.). Снижение утечек достигается за счет уменьшения зазора s между подвижными деталями. Утечки неизбежны и заранее определяются для цилиндрических деталей по формуле

где d — диаметр уплотняемого соединения; s — зазор между деталями соединения;

v — относительная скорость перемещения деталей; д — динамический коэффициент вязкости жидкости.

Повышение сопротивления щели при высоких Re, соответствующих турбулентному режиму течения на одной (рис. 4.9, б) или обеих (рис. 4.9, в) поверхностях, образующих щель, выполняют лабиринтные канавки, которые вследствие чередующегося изменения сечения щели увеличивают ее сопротивление.

Рис. 4.9. Схемы уплотнений: а — щелевого; б, в — лабиринтного

К недостаткам щелевого уплотнения относятся высокая стоимость изготовления сопрягаемых деталей и возможность облитерации щели.

Контактные уплотнения выполняются при помощи металлических и резиновых колец, набивочных уплотнений и манжет.

Уплотнение металлическими кольцами (рис. 4.10) одно из самых простых и долговечных уплотнений. Материал колец — серый чугун, бронза, текстолит, графит и металлографитовая масса. Стыки колец могут быть прямыми (рис. 4.10, а) (при Р > 5 МПа), косыми (рис. 4.10, б) (при Р> 20 МПа) и ступенчатыми (рис. 4.10, в, г) (при Р > 20 МПа). В ступенчатом замке (см. рис. 4.10, г) часто одну из сопряженных поверхностей выполняют плоской, а вторую — несколько выпуклой, благодаря чему увеличивается удельное давление в стыке колец, способствующее повышению герметичности. Форма поперечного сечения — прямоугольная. Число колец в уплотнении колеблется от 2 до 9 в зависимости от перепада давлений.

Рис. 4.10. Типы стыковых замков металлических колец: а — прямой; б — косой; в, г — ступенчатый

Расстояние между кольцами на качество уплотнения не влияет. К недостаткам уплотнения металлическими кольцами относится необходимость точного изготовления деталей соединения, так как кольца не компенсируют микронеровности, овальность, конусность и т.п. Уплотнение из колец создает дополнительную силу трения, но не является абсолютно герметичным.

Уплотнение резиновыми кольцами является простым, компактным и достаточно надежным. Уплотнение применяется при неподвижных (при Р> 30 МПа) и подвижных соединениях (Р> 20 МПа). Диапазон температур от —50 до + 100 °С. Герметичность достигается за счет монтажного сжатия маслостойкой резины и ее плотного прилегания к поверхности деталей (рис. 4.11). Форма поперечного сечения — круглая (предпочтительно) или прямоугольная (может скручиваться и вдавливаться в зазор). При уплотнении резиновыми кольцами утечки практически отсутствуют. На рис. 4.11 показаны схемы уплотнений резиновым кольцом круглого сечения. Размеры колец и канавок подбирают таким образом, чтобы при монтаже кольца в канавке (при нулевом обжатии) был сохранен боковой зазор (а — d) — 0,2—0,25 мм (рис. 4.11, а). При монтажном сжатии кольцо поджимается на величину k = d — b (рис. 4.11, б). Таким предварительным сжатием кольца создается герметичность соединений при нулевом и малом давлении жидкости. При наличии же давления кольцо под его действием, деформируясь у внешней стороны канавки, создает плотный контакт с уплотняемыми поверхностями (рис. 4.11, в).

Рис. 4.11. Схемы уплотнений резиновым кольцом круглого сечения: а — кольцо в прямоугольной канавке с сохранением бокового зазора; б — кольцо в прямоугольной канавке со сжатием при монтаже; в — выдавление кольца рабочей жидкостью с уплотнением при деформации

Набивочные уплотнения (рис. 4.12) применяют в гидравлических прессах, гидроцилиндрах, насосах и некоторой гидроаппаратуре. Материал — мягкие (хлопчатобумажные, пеньковые, асбестовые) набивки, пропитанные коллоидным графитом, церезином, суспензией фторопласта или жиром, а также твердые (металлические, пластмассовые) набивки. При сдавливании набивки 1 нажимной буксой 2 набивочный материал течет в радиальном направлении, образуя плотный контакт между камерой сальника и набивкой с одной стороны и подвижной деталью (штоком или валом) — с другой. Для компенсации износа набивочные сальники требуют периодической подтяжки. Сдавливание набивки происходит при помощи болтов (рис. 4.12, а) или пружины (рис. 4.12, б).

Рис. 4.12. Герметизация набивками и сдавливание набивки: а — болтами; б — пружиной

Набивочные уплотнения используют при небольших давлениях (при Р

Для чего нужны гидравлические уплотнения трубопровода?

Трубопровод — важнейший инженерный комплекс, необходимый для отопления, водо- и газоснабжения здания. Если говорить о многоквартирном жилом доме, то благодаря трубопроводу современный человек получает воду, тепло и газ — все, что нужно для комфортного существования. Строительство трубопровода — сложный, многоэтапный процесс, в котором герметизация труб и различных соединений обеспечивает долгий срок службы и безопасную эксплуатацию всей системы. О том, как проводится герметизация труб отопления и водоснабжения, какие герметики выбирают профессионалы сегодня, поговорим подробнее.

Общие правила герметизации

Трубопровод пронизывает здание от подвала до техпомещения на крыше. Конструкция эта априори не может быть монолитной. Чтобы построить коммунально-бытовой трубопровод, необходимо сделать сотни соединений и качественно их уплотнить.

Самым распространенным считается соединение резьбовое. Для общедомового и внутриквартирного трубопровода этот вариант универсален. Резьба бывает внешняя и внутренняя. Внешняя резьба используется для соединения труб, внутренняя — для различных соединительных элементов и отводов

При сборке трубопровода проводят герметизацию следующих соединений:

  • Трубы и участки труб между собой
  • Переходы между трубами, если они разного диаметра
  • Поворот трубы, если невозможно сгибание
  • Отводы и разветвления
  • Подключение сантехнических приборов и оборудования
  • Глушение труб и патрубков

Для этого использую такие детали как фитинги, муфты, уголки, заглушки, тройники, крестовины, американки.

Уплотнение резьбы обязательно и прописано в нормативной документации. При сборке соединения без герметизации протечка произойдет 100%, т.к. резьба всегда производится с определенным, пусть и минимальным допуском, который нужен для сборки, юстировки и демонтажа соединения. Проще говоря, не будь допуска фитинг не накрутиться на трубу.

Как правильно герметизировать резьбовые соединения — общие правила:

  • Высокая надежность и долговечность
  • Доступность герметиков
  • Ремонтопригодность
  • Соответствие герметиков транспортируемой среде и параметрам трубопровода (материал труб, температура окружающей и внутренней среды, агрессивность, стойкость к коррозии, температурным перепадам и скачкам давления)
  • Экономия времени на сборку
  • Экономия денежных средств
  • Возможность юстировки соединения
  • Демонтаж

Варианты герметиков

Рынок уплотнительных материалов предлагает сегодня огромный выбор герметиков на любой бюджет и область применения. Среди всего этого ассортиментного богатства в коммунально-бытовой сфере опытным путем и годами практики определились лидеры спроса. Это сантехнический лен, лента-ФУМ, герметизирующая нить и анаэробные гели. В принципе, в руках хорошего мастера каждый герметик способен выполнить свою задачу на отлично. Тем более что, согласно Своду Правил «Внутренние санитарно-технические системы» СП 73.13330.2016 (СНиП 3.05.01-85) к герметизации допущены не только штатные лен, ФУМ и асбестовая прядь, но и другие уплотнительные материалы, если они указаны в рабочей документации. Т.е. для отопления и водоснабжения запрещенных по закону уплотнителей нет. В отличие от ответственных систем, где действует строгий регламент подбора герметиков.

Уплотнение резьбовых соединений льном проводится десятки лет. С этим материалом наработан большой опыт, а в ситуации отсутствия конкуренции, он был единственно возможным вариантом. Сам по себе лен — это органическое волокно, склонное к гниению, высыханию, порче. Намотка льна вчистую на резьбу, без дополнительной пропитки, запрещена. Поэтому лен после намотки покрывают сантехнической пастой, которая защищает соединения от воздействия воды и иной транспортируемой среды, минимизирует вероятность образования коррозии, продлевает срок его годности.

Лен универсален — подходит для систем водоснабжения, отопления и питьевой воды. Экологичен и максимально доступен как по наличию в любой торговой точке, так и по цене. Из минусов льна особенно выделяют сложность и неаккуратность намотки, ограничение по давлению (до 8 атмосфер) и малый гарантийный срок (4-5 лет).

Читайте также:  Что такое пресс фитинги для металлопластиковых труб и как их обжимать

Причиной протечки соединения на льне чаще всего становится коррозия фитингов. Даже с использованием пасты. Подойдет для временного соединения с последующим демонтажем и сборкой на новом герметике.

Уплотнение труб с ФУМ-лентой популярно не меньше. В первую очередь за счет ее низкой цены. Сначала может показаться, что этот герметик — копеечный, при этом гораздо удобнее льна и проще. Но это впечатление обманчиво. ФУМ-лента очень не экономична в расходе. А чтобы узнать, сколько витков нужно для резьбы определенного диаметра, понадобится скрутить вхолостую несколько соединений с лентой разной толщины и ширины. Протечки на ФУМе происходят за счет неправильной намотки и попытки мастера выровнять, подогнать соединение после скрутки. ФУМ не терпит юстировки и даже при небольшой раскрутке дает течь. И в этом его основной недостаток.

ФУМ-лента имеет высокую коррозионную стойкость, нетоксична, подходит для пластиковой, мелкой и тонкостенной резьбы, эффективна в диапазоне температур от -70 до +200-250 ˚С, выдерживает давление до 100 атмосфер. Однако рекомендуется использовать ее как временный герметик и альтернативу резиновым прокладкам при подключении сантехприборов и простого бытового оборудования. Еще один нюанс — соединение на ФУМе лучше «держать под рукой», т.е. делать в открытом доступе для постоянного контроля.

Уплотнительная нить

Это усовершенствованный вариант ленты, с которым герметичное соединение труб очевидно. Нить одинаково подходит для отопления, водоснабжения, газоснабжения, подключения стиральной машины, газовой плиты, котла, насоса, установки радиаторов. Не засоряет фильтры, может использоваться на узкой резьбе стальных, пластиковых и металлопластиковых труб.

Нанесение нити не вызывает трудностей. В отличие, к примеру, от той же ФУМ-ленты, нить не рвется, не требует натяжения и наматывается на резьбу или хаотично, или крест-накрест. Главное условие — чтобы под слоем нити скрылась герметизируемая поверхность.

Нить (подмотка Рекорд) работает при температуре от -60 до +120 °C, имеет защиту от протечек сроком на 20 лет, допускает юстировку без потери герметичности на 180 ° и демонтаж с последующей повторной сборкой.

Анаэробные гели

Герметики нового поколения в виде густых гелей, которые образуют внутри соединения прочный полимер. Подходят для герметизации резьбовых и фланцевых соединений металлических труб. Одинаково успешно показывают себя в системах отопления, водоснабжения, питьевой воды, природного и сжиженного газа. Не боятся агрессивных сред, выдерживают давление до 50 атмосфер. Диапазон рабочих температур -60…+150°C. Устойчивы к механическим и гидравлическим ударам, перепадам температур. Дают абсолютную защиту резьбе от коррозии. Допускают юстировку и демонтаж. Чтобы собрать соединение заново, достаточно счистить засохший гель, который распадается на мелкие и средние фракции, и легко удаляется. Резьбу обезжиривают, протирают насухо, наносят средство заново и скручивают.

Расходуется гель экономично. Если в процессе скрутки образовались излишки, их переносят на следующее соединение. Гель распределяют по всей поверхности резьбы ровным слоем. Сделать это можно вручную или с помощью кисти. Скручивают детали вручную или ключом, но без усилий. В зависимости от вида герметика и температуры окружающей среды время полимеризации составит от 5 до 30 минут.

Весь наш ассортимент уплотнителей собственного производства для герметизации труб отопления и водоснабжения выбирайте в каталоге продукции.

Влияние гидравлических уплотнений на надёжность гидропривода

Одним из важных компонентов любого гидропривода являются уплотнения неподвижных и подвижных деталей, нагруженных давлением рабочей жидкости.

Когда гидравлическое уплотнение разделяет полости высокого и низкого давления какого-либо гидравлического устройства, предотвращаются внутренние перетечки рабочей жидкости. Благодаря этому повышается коэффициент полезного действия машины, меньше нагревается рабочая жидкость, сохраняется величина скорости исполнительных органов.

Если уплотнение отделяет какую-либо полость гидроаппарата от атмосферы, то оно предотвращает наружные утечки, которые, помимо безвозвратных потерь рабочей жидкости, вредят окружающей среде.

Куда устанавливаются гидроуплотнения

Гидравлические уплотнения устанавливаются в специальные канавки, выполненные на поверхностях сопрягаемых деталей, например, на плоскостях разъемов (торцевые уплотнения) или на цилиндрических поверхностях тел вращения (радиальные уплотнения).

Геометрические размеры канавок и величина шероховатости поверхностей, образующих канавку, регламентируются соответствующими стандартами на уплотнения.

Контроль за соблюдением стандартов при изготовлении гидравлических устройств обеспечивает надежность изделия. Вместе с повышением допускаемых в процессе работы уровней давления и скоростей относительного перемещения подвижных деталей повышается и роль уплотнений в обеспечении надежности машины с гидроприводом.

Резиновые гидравлические кольца

В первые годы применения гидропривода в строительных машинах, когда рабочее давление не превышало 6 МПа и даже когда оно достигло величины 10 МПа, нужную герметичность вполне обеспечивали резиновые гидравлические кольца круглого (ГОСТ 9833) или прямоугольного сечения.

Для уплотнения подвижных деталей чаще использовались резиновые манжеты (ГОСТ 14896).

При монтаже уплотнения в канавку оно несколько деформируется, так как глубина канавки меньше толщины уплотнения (диаметра поперечного сечения). В направлении деформации выбираются все зазоры между уплотняемыми поверхностями, уплотнение прижимается с некоторым усилием.

При включении устройства в работу давление жидкости прижимает уплотнение к стенке канавки перпендикулярно первоначальной деформации и стремится выдавить уплотнение в имеющийся зазор между сопрягаемыми деталями.

Уплотнение резиновым кольцом ведет себя как очень вязкая жидкость. Если в уплотнении возникают напряжения, достаточные для сдвига материала и выдавливания его в зазор вплоть до механического разрушения, то герметичность соединения нарушается со всеми вытекающими последствиями.

Какой материал лучше?

В дальнейшем с увеличением уровня применяемого в гидроприводе давления до 16 МПа, 25 МПа и 32 МПа, что оправдано уменьшением габаритов и веса всех гидроаппаратов, требования к гидравлическим уплотнениям сильно возросли.

В качестве материала уплотнений стали применять различные полимеры, фторопласт, полиуретан, полиэфиры и другие. Модуль их упругости во много раз выше, чем у резины, а коэффициент трения по стали в несколько раз меньше.

Важность низкого коэффициента трения обусловлена не только тем, что уменьшаются потери энергии на механическое трение и увеличивается коэффициент полезного действия машины, но и продлевается жизнь самого уплотнения. Особенно это важно в изделиях, в которых необходимы высокие относительные скорости уплотняемых поверхностей, например, в гидравлических молотах.

В этих машинах скорости скольжения уплотнений бойка достигают 8-9 м/с. При больших скоростях скольжения уплотнений, нагруженных высоким давлением, на рабочих кромках в ограниченном пространстве выделяется большое количество тепла, которое может привести к возникновению критических температур.

Для обеспечения работоспособности уплотнений в экстремальных условиях необходимо, чтобы материал обладал достаточно высокой теплопроводностью. В этом случае тепло, выделяемое на рабочих кромках, успевает отводиться в окружающую среду.

Чтобы обеспечить необходимую теплопроводность, уплотнения изготавливаются из композитных материалов на основе фторопласта с металлическими и коксовыми наполнителями. Снижению сил трения между уплотнением и подвижной деталью и продлению ресурса уплотнения способствует высокая чистота обработки трущейся поверхности детали, достигаемая шлифованием, полированием и нанесением гальванического покрытия или эпилама.

На первых образцах гидромолотов, разработанных в 70-х годах прошлого века, была попытка применить уплотнения, заимствованные из авиационной промышленности. Эти уплотнения представляли собой комбинацию из фторопластовой манжеты, в поперечном сечении похожей на швеллер, в которую монтируется резиновое кольцо круглого сечения.

Резиновое кольцо обеспечивало предварительное прижатие манжеты к штоку. Скольжение манжеты по штоку происходило длинной стороной швеллера, толщина которой составляла всего 0,2 мм. Оказалось, что чистота поверхности уплотняемого штока после шлифования не обеспечивала достаточную долговечность манжеты, которая протиралась насквозь довольно быстро.

Комбинированные уплотнения

В настоящее время с большим успехом применяются комбинированные уплотнения, в которых полимерная манжета (уплотняющее кольцо) прижимается к штоку резиновым кольцом круглого сечения (см. рисунок слева), но толщина манжеты составляет 2. 2,5 мм, а на ее уплотняющей поверхности выполнен выступ — зубчик.

Манжета входит в контакт со штоком сначала специальным зубчиком, а не всей своей поверхностью. Достаточно высокие контактные напряжения в области зубчика обеспечивают высокую герметичность. А низкий коэффициент трения и высокая теплопроводность материала манжеты позволяют применять такие уплотнения, как утверждают фирмы-изготовители, при скоростях скольжения до 10. 15м/с и при давлениях рабочей жидкости 20. 40 МПа в зависимости от зазора между уплотняемыми деталями.

Подобные уплотнения производят многие зарубежные фирмы, например, Busak-Shamban, Hansa Flex, Polypac, Parker, Merkel, Simrit и другие. В России такие уплотнения изготавливают фирмы ЭЛКОНТ и RGC.

Обычно фирмы-изготовители рекомендуют устанавливать последовательно два таких уплотнения, объясняя это тем, что якобы небольшое количество просочившейся жидкости через первое уплотнение задерживается вторым и возвращается снова в гидросистему при сбросе давления. Однако, по нашему мнению, такое утверждение преследует лишь цель увеличения количества продаж. Последовательная установка второго уплотнения любой конструкции из любого материала только увеличивает потери на трение, но не приводит к заметному увеличению надежности узла уплотнения.

Опыт показывает, что установка только одного уплотнения обеспечивает нужную герметичность и надежность этого узла. При установке двух уплотнений имеет смысл соединить пространство между ними с линией слива, чтобы обеспечить хорошую смазку второго уплотнения и создать ему более щадящие условия работы (маленькое давление).

Тогда после исчерпания ресурса первого уплотнения, нагруженного рабочим давлением, когда оно уже не обеспечивает абсолютную герметичность, второе уплотнение, нагруженное только низким давлением сливной линии, позволит продлить работоспособность машины. Может быть, с некоторым уменьшением объемного КПД, которое визуально ощущаться не будет.

Большое значение для обеспечения надежности уплотнений имеет защита их от пиков давления, которые могут возникать в демпферных камерах в конце хода цилиндров, перемещающих большие массы с большой скоростью.

Читайте также:  Как провести сантехнику в ванне?

Быстрое торможение в конце хода цилиндра вызывает существенное повышение давления в демпферной камере по сравнению с номинальным рабочим давлением.

Защита уплотнений

Мы расскажем вам, как целесообразно организовать защиту уплотнений.

Между канавкой, в которой размещено уплотнение штока, и демпферной камерой цилиндра необходимо предусмотреть в опорной втулке разгрузочную канавку, соединенную с напорной линией. В этом случае эпюра давления в зазоре между опорной втулкой и штоком будет линейно изменяться от повышенного давления в демпферной камере до рабочего давления в разгрузочной канавке.

Следовательно, уплотнение будет нагружено давлением, равным давлению в разгрузочной канавке, то есть номинальным рабочим давлением. Можно, конечно, соединить разгрузочную канавку с линией слива, но тогда, если демпфирование не происходит, а полость цилиндра нагружена рабочим давлением, часть расхода рабочей жидкости будет непроизводительно уходить через разгрузочную канавку на слив, уменьшая КПД машины.

Обратимся к истории

В 80-х годах прошлого века в Сибирском автомобильно-дорожном институте для герметизации гидравлических устройств, работающих при давлениях рабочей жидкости, измеряемых десятками МПа, были разработаны экспериментальные упругодеформируемые металлические уплотнения штоков.

Такое уплотнение представляло собой тонкостенную металлическую цилиндрическую оболочку определенной длины, выполненную из бронзы или другого материала с низким коэффициентом трения по стали. Один конец оболочки, обращенный в сторону низкого давления, жестко и герметично соединен с направляющей втулкой штока.

Толщина оболочки составляла 0,3. 0,6 мм, а величина зазора между штоком и уплотнением (оболочкой) до 0,04 мм. В работе на наружную поверхность оболочки действует равнораспределенное по длине оболочки давление Ризб. При малых значениях этого давления изнутри на стенку оболочки действует убывающее по длине зазора начальное давление Р1 нач. Результирующее давление линейно возрастает от свободного конца к основанию оболочки.

Стенка оболочки упруго деформируется под давлением жидкости. Наибольшая деформация достигается вблизи основания оболочки. Зазор уменьшается с ростом избыточного давления вплоть до контакта с уплотняемым штоком. Стендовые испытания упругодеформируемого металлического уплотнения показали, что достигается значительно более высокая герметичность трущейся пары в сравнении с бесконтактным щелевым уплотнением (притертой парой с диаметральным зазором 0,015. 0,020).

Работоспособность уплотнения измерялась миллионами циклов нагружения. К сожалению, насколько нам известно, отсутствие отработанной технологии изготовления, заинтересованности промышленных предприятий, а также информационной поддержки не позволило авторам работы осуществить внедрение в серийное производство.

Значение гидроуплотнений

Поскольку всякий выход из строя гидравлических уплотнений требует перерывов в эксплуатации машины с гидроприводом, частичной разборки каких-то узлов, то очевидна важность этого компонента для обеспечения надежной работы изделия.

Еще на стадии проектирования важно правильно оценить все условия работы уплотнения: максимальное давление рабочей жидкости, в том числе от возможных реактивных и инерционных нагрузок, скорость скольжения, температурный режим. И только после этого подобрать по каталогам соответствующее уплотнение.

Необходимо обеспечить защиту уплотнений конструктивными методами от пиков давления, которые могут возникнуть при внештатных ситуациях. Далее при изготовлении изделия надо обеспечить соблюдение технических требований, предъявляемых к местам установки уплотнений. Наконец, в эксплуатации соблюдать требования, предписанные в руководстве на соответствующее изделие.

Для успешной эксплуатации машины с гидроприводом целесообразно иметь под рукой ремкомплект, содержащий всю номенклатуру уплотнений, применяемых в данной машине.

Рекомендации по установке гидравлических уплотнений

Очень часто случается так, что гидравлические уплотнения разрушаются в момент установки. Для избежания этого приводим некоторые рекомендации.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Монтаж уплотнений, обеспечивающий их герметичность и длительный срок службы, должен осуществляться с обязательным выполнением ниже перечисленных основных требований.

• Перед установкой уплотняющих элементов все сопрягаемые детали гидроузла необходимо очистить от загрязнений, стружки и других инородных частиц, продуть сжатым воздухом и смазать рабочей жидкостью.

• Острые кромки деталей, с которыми при установке могут контактировать уплотнения, должны быть скруглены.

• На конце гильзы или штока должна присутствовать фаска, размеры которой указаны в описаниях каждого типа уплотнений. Кромка в месте перехода от фаски к поверхности скольжения должна быть закруглена и отполирована.

• Запрещается при монтаже протягивать или проталкивать уплотнения через острые края канавок, отверстий, резьбу и т.п.

• Применяемые при монтаже вспомогательные приспособления должны быть изготовлены из мягкого материала, исключающего повреждение уплотнений, а также соответствовать типу и размерам уплотнений.
• Для повышения эластичности уплотнений перед монтажом рекомендуется их предварительный нагрев c погружением:
1) для термопластичного полиэфира и фторопласта в кипящую воду на 1-2
минуты ;
2) для термопластичного полиуретана в горячее масло на 1-2 минуты.

1. МОНТАЖ ПОРШНЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ
Монтаж поршневых уплотнений может осуществляться в открытую или закрытую канавки. Уплотнения малого размера с диаметром до 50 мм рекомендуется устанавливать в открытую канавку. Этот способ установки выполняется вручную и, как правило, затруднений не вызывает. Установка эластичных уплотнений в закрытую канавку может быть осуществлена вручную. Использование при этом двух синтетических лент, продетых под уплотнительным элементом как показано на рис.1, позволяет несколько облегчить процесс монтажа.

Установка малоэластичных уплотнений на цельные поршни должна выполняться с помощью специальной монтажной оснастки (рис2).


При установке двухкомпонентных уплотнений первым устанавливается вручную поджимное резиновое кольцо. Перекручивание кольца не допускается. Уплотнительное кольцо протягивается через смазанную маслом конусную оправку при помощи разжимной цанговой втулки (пластмассового лепесткового стакана) до попадания в посадочную канавку на поршне.

Данный способ обеспечивает легкость, правильность и безопасность монтажа. Для исключения возможности разрыва уплотнительные кольца из материала на основе фторопласта подлежат обязательному предварительному нагреву.

2. МОНТАЖ ШТОКОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Аналогично поршневым уплотнениям, монтаж уплотнений штока также может осуществляться в открытую и закрытую канавки.
В открытую канавку рекомендуется устанавливать уплотнения с наружным диаметром менее (6-8) кратного значения толщины профиля. Такая установка возможна без применения дополнительных приспособлений. Установка уплотнения в закрытую канавку выполняется с использованием подходящей оправки и заглушки, изготовленных из пластмассы (рис.3).

При монтаже двухкомпонентных уплотнений сначала вставляется , не допуская перекручивания, поджимное резиновое кольцо, а затем профильное уплотнительное кольцо. Значительно облегчает процесс установки штоковых уплотнений применение специальных щипцов (рис.4)

с помощью которых уплотнительное кольцо или манжета сжимаются в форме почки, после чего вставляются в канавку. Во избежание острых перегибов уплотнения, диаметр пальцев на щипцах должен быть не менее (0,15-0,2) диаметра штока.

После установки уплотнения необходима его калибровка специальной оправкой, по размерам , качеству поверхности и наличию заходной фаски полностью повторяющей шток гидроцилиндра. Смазанная маслом оправка с небольшим поворачиванием в обе стороны должна быть вставлена в уплотнение со стороны низкого давления и плавно протянута через него.

Надеемся данная информация будет Вам полезна, и поможет предупредить разрушение уплотнения при монтаже.

У плотнения гидроцилиндров

Гидроцилиндры по принципу функционирования достаточно похожи на пневмоцилиндры. Существенным отличием между этими устройствами является способ получения энергии для передвижения штока. Если в пневматических цилиндрах эту энергию обеспечивает сжатый воздух, то в гидравлических цилиндрах за силовые потоки отвечают различные жидкости, проходящие под высоким давлением. Для того, чтобы избежать протекания рабочей среды и обеспечить герметичность данных устройств, конструкционно предусмотрены следующие уплотнения гидроцилиндров:

Наличие тех или иных уплотнений гидроцилиндра в конструкции зависит от его устройства и назначения. Например, уплотнения гидроцилиндра набивкой в последнее время применяют преимущественно только лишь в таких механизмах, которые функционируют при высоких рабочих температурах, доходящих до +450°С, а также рабочем давлении не более 90 МПА и различных агрессивныхрабочих средах. Подобные эксплуатационные условия встречаются достаточно редко. В основном они имеются только в узконаправленных промышленных производственных отраслях.

Собственно, уплотнение гидроцилиндров набивкой характерно тем, что при монтаже таких уплотнений в гидравлическом цилиндре возникает контактное давление, которое значительно превышает давление самой набивки. В то же время, уплотнение гидроцилиндров с помощью резиновых уплотнительных колец, гидравлических манжет, грязесъемников, направляющих колец, а также комбинированных уплотнений поршня и штока характерно тем, что при их монтаже возникает только начальное контактное давление, которое возрастет в дальнейшем под давлением жидкости.

Кроме того, все уплотнения гидроцилиндра подразделяются на следующие две категории:

  1. Уплотнение неподвижных соединений гидроцилиндра
  2. Уплотнения подвижных соединений гидроцилиндра

При этом неподвижные соединения, в свою очередь, делятся еще на две отдельные группы. К первой из них относятся уплотнения неподвижных неразъемных соединений. Их монтаж в основном выполняется при помощи сварки. А вот во вторую группу входят уже уплотнения неподвижных разъемных соединений. Как правило, для этих целей преимущественно используют резиновые уплотнительные кольца круглого сечения ГОСТ 9833-73, но также применяют резиновые кольца прямоугольного (квадратного) сечения ГОСТ 15180-86, и х-образные резиноые кольца.

Грязесъемник для уплотнения гидроцилиндров

Грязесъемник имеет довольно-таки нарицательное название. Данный вид уплотнений для гидроцилиндра в буквальном смысле снимает всю грязь, которая попадает снаружи на шток. Кроме того, он защищает систему от попадания пыли или других инородных веществ. Такие характеристики ему позволяет обеспечить специальная кромка. Кстати говоря, в зависимости от конкретного типа гидроцилиндра для уплотнения могут использоваться грязесъемники с различными типами исполнения. Например, особо востребованы следующие разновидности:

  • Грязесъемник
  • Грязесъемник внешний
  • Грязесъемник с внешней кромкой
  • Грязесъемник с внешней кромкой для эксплуатации в тяжелых условиях
  • Грязесъемник с дополнительным выступом
  • Грязесъемник двухстороннего действия
  • Грязесъемник двухстороннего действия с дополнительным выступом
  • Грязесъемник в металлическом каркасе
  • Грязесъемник с внутренним металлическим каркасом

В зависимости от конструкционного исполнения и эксплуатационных условий, материалом для изготовления подобных гидравлических уплотнений могут стать следующие вещества:

  1. Полиуретан PU
  2. Политетрафторэтилен PTFE
  3. Нитрил-бутадиеновый каучук NBR
  4. Термопластичная полиэфирная смола TPE

Материал изготовления грязесъемников для гидроцилиндров

Ссылка на основную публикацию