автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Условия герметизации разъемных соединений с сальниковыми безасбестовыми уплотнителями

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ / ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

♦У

На правах рукописи >'^,¿¿--762.8:62-24

УСЛОВИЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С САЛЬНИКОВЫМИ БЕЗЛСБЕСТОСЫМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ

05.04.09 Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московской Государственной академии химичес,. > Машиностроения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор ПРОДАН В.Д.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, КИМ B.C.—X.,

кандидат технических наук, ведущий каучный сотрудник, БОЖКО Г.В.

Ведущее предприятие — АО "Научно — производственное объединение Центральный котло—турбинный институт" (НПО ЦКТИ).

Защита состоится 28 декабря ! 985, года на заседании специализированного совета K063.44.0S при Московской Государственной академии химического машиностроения (МГАХМ), 107884 ГСП, Москва, Б—66 Старая Басманная ул.,

А-21/4.

С диссертацией и одно ознакомиться в библиотеке МГАХМ. Автореферат разослан 2 9 ноября 1995 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета к.т.н.. доцзнт

Пахомов А-/

ОБЩ/MI ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

paffym. Создание наложных базасбестозья: уплатет? янляетс« наж-.ч;;" ••цучно-технической, инженерной и зоологической задачей, особп'П!" в ri?:"' ' ->ejpct':.!4ïr<H требованиями ас б-ззопгсяостк труда г-, ¿xsa.-ir. оксужаюшей со -д . ¿¡здании таких /ти>откений. возникает необходимость проведения расчетов rot эксплуатационных характеристик. Сташствгпоттяя

IvKJÛmrt СЛЛЬНИКПЧЧ* 1 2^ '/'iili'uioliè'ii v.'HiU;'и/'дао^ГГ".

композиционных уплотнктелъяых материалов, обусловленные их анизотропией и структурной неоднородностью. В связи с этим становится актуальной задача исследования условий' герметизации соединений с беэасбестовыми салыгнхозычн уплотнителями

работн. Целью .настоящей работы является установлении гаэле». — мости между условиями сборки к заданными эксплуатационными

'-К. Г-: V т. ! . ; v ...W.4U i. - rîY'ÎOC^Or. ОП'-.:. -.г?»»*- -

'■мтчвк"."! аям'о !pc-iii:i ■ "¡i-, сиг :: ;:.мЛл)'ич1Ч"К1:га jioai7y?:--:i>? У'О'-ОТ.'^гт.йлЯ:

- i ' ' ' ' " ■ , ' ' ■ ' ; : ' . > .К \ Г » 'Г К ,Г? > ■ ( . -

•■:;)/'.'"." :!!'!• - . : ' ' ■■ . : ' tî.v.nnn у алогкитвАЯ;

,.1.у.!>1ч:!1с.л!1!ы(" исследования условий герметизации и математическое опигавм» ТГ-!Г-:Г1..1„ ,11 41' у "ИЩИ сжатия уПЛОТПЯТйЛЛ.

— разработана модель, позволяющая осуществлять анализ напряженно — деформированного состояния уплотнителя с учетом его анизотропии и реологического по»в»вн«?? ч угткдолиздюшая связь герметчиосш подвижного сое —

я ускллч^А з&таяиси у ."¡лот кителя1

— установлено, что увеличение размера условного зазора s контагстясй зои»» уплотнителе — шток обусловливается изменением во зремвни характеристик упругости материала уплотнителя; '

— установлено, что условный коэффициент бокового давления уплотнителя зависит от условий сборки соединения (зазор или натяг в контактеой зоне уплотнитель — уплотняемая поверхность);

— экспериментально определены характеристики упругости уплотнителя и установлена их зависимость от структурных особенностей и технологии изготовления уплотнителя.

Практическая значимость раб<?ты;

— получены характеристики упругости и эмпирические коэффициенты, необходимые для расчета уплотнения;

— определены оптимальные, с точки зрения обеспечения герметичности, технологические и геометрические параметры уплотнителя;

— разработаны новые эффективные конструкции безасбестовых уплотнений. • . !

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 14—й научно-технической конференции МИХМ (Москва, 1993 г.), научно—техническом семинаре "Методы и средства испытаний промышленной трубопроводной арматуры" (Пенза, 1992 г.), 2-й Московской Международной конференции по композитам (Москва, 1994 г.), заседаниях секции научно—технического Совета ЦКБМ. '

Публикации. По Материалам диссертации опубликовано 4 работы, получено 4 решения о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, четыре главы, основные результаты и выводы, список литературы и приложения. Работа изложена на-167 страницах машинописного текста без приложений и библиографии, содержит 69 рисунков, 16 таблиц. Список литературы включает 98 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, определен объект, исследования, сформулирована научная новизна работы и приведено тезисное изложение содержания диссертации.

В первой главд приведен обзор и анализ литературных источников и патентных материалов по рассматриваемой тематике, 'в результате которого установлено:

— практически-отсутствуют данные о новых композиционных сальниковых уплотнителях на основе бе »асбестовых тканных и листовых анизотропных материалов;

— отсутствуют методики а результаты экспериментальных исследований

арактеристик упругости и ползучести сальниковых уплотшггелей с учетом их низотропии и структурных параметров;

— в существующей теории сальниковых уплотнений не получили досга -очного развития вопросы прогнозирования изменения контактных боковых <авлений уплотнителя на уплотняемые поверхности (и, соответственно, изме-аения размеров условного зазора в контактной зоне уплотнитель-шток),обусловленного реологическим поведением материала уплотните.\я.

Выявлены современник тетгденцин развития сальниковых уплотнений и набивочных материалов. Сформулированы основные задачи исслгдования.

Во второй главе представлен анализ силового взаимодействия элементов подвижного соединения с сальниковым уплотнителем. Содержатся результаты экспериментальных исследовании деформативности и характеристик упругости уплотнителя. Рассмотрены вопросы выбора, обоснования и экспериментального подтверждения расчетной схемы анизотропии и модели реологического поведения уплотнителя. Приведена математическая модель кинетики напряженно— деформированного состояния (НДС) уплотнителя с учетом анизотропии упругости и реологических характеристик. Представлены результаты численных расчетов НДС уплотните \я в виде картин деформирования, распределения радиальной составляющей вектора полного напряжения и диаграмм распределения радиальных контактных давлений по высоте уплотнителя.

Изложены результаты экспериментальных исследовании распределения осевых и боковых контактных давлений по высоте пакета сальниковых уплотнителей методом тензометрии.

Исследование анизотропии модуля упругости и деформативности уплотнителя проводилось импульсным акустическим и оптическим методами. Меха-1 ническне свойства исследовались на испытательной машине [пМгоп 1195.

Структурное моделирование и выбор расчетной схемы анизотропии строились на основе трех рабочих гипотез:

- материал уплотнителя является условно-однородной (квазнгомоген— ной) сплошной средой;

— оси упругой симметрии уплотнителя совпадают с направлениями структурной ориентации; .-. '.

• ¥ -

- для исследуемого материала справедливо допущение о существовании упругого потенциала.

С учетом результатов продпарительных исследований тканного углеродно-фторопластового композита, технологии изготовления и структурных

особенностей углеродного волокнистого тканого материала, для описания упругих свойств уплотнителя в качестве рабочей модели была принята расчетная схема с цилиндрической ортогропией. При трехосном напряженном состоянии закон линейной упругости в тензорной записи принимает вид:

Elm = ciklm ■ °lk (1)

где: Еьп — деформации, fl|k — напряжения, С1к1ш — упругие постоянные.

Для проверки сделанных предположений о характере анизотропии уплотнителя и справедливости рабочих гипотез проводились экспериментальные исследования деформативности и определение постоянных упругости на модельных образцах.

Модельные образцы изготавливались двух видов — в виде кольца и в виде диска. Каждый образец изготавливался с тремя видами структурной ориентации, при этом ось сжатия образцов совпадала с осью их структурной симметрии. Результаты измерений характеристик упругости приведены в таблице 1.

Таблица 1

Удельное усилие прессования — 200 МПа.

Наличие Напряжение Статический Деформации в упругой

Тки образца термообработки сжатия модуль области, Е. Ш2 %

(ось сжатия) (спекание) при Т-320'С Сеж. МПа упругости, Е, 1(Г2 МПа продольная поперечная

1 нет 10 27 37 7

основа нет 15 31 48 9

• ос» Z нет 20 32 62 1

есть 15* 70 21 5

2 нет 10 30 33 9

уток нег 15 33 45 11

ось В вот 20 34 58 И

есть 15 62 24 5

3 иет 10 38 26 И

направление нет 15 40 37 14

талщави па- нет 20 42 47 16

ях. ось R есть 15 50 30 7

С целью оценки деформативности уплотнителя и проверки численных значений констант упругости, определенных экспериментально, проводились дополнительные испытания образцов в условиях всестороннего сжатия. Сжатию в прессфсрме подвергались холодно —прессованные и спечонные образцы •иполнемные по трем схемам структурной ориентации. Напрзьлоние осеиого

■р.ат! я совпадало с осью структурной симметрии. Уровни нагрузок и скорости ягрузкчиия д\я всех образцов были одинаковыми. По результатам испытаний •роились кривые зависимости деформации от усилия сжатия уплотнителя, олученные экспериментальные кривые сравнивались с расчетными кривыми, встроенными с использованием расчетной величины модуля объемной дефор-ации К0. Величина К0 в осях анизотропии рассчитывалась по формулам:

К2 = Е2/(1-Ц2е- Цгв) 12)

К« = ~ М-ед) (31

Кк = Ен/(1-ЦК9 - (4)

Как показали результаты исследований, расчетные кривые практически звпадают с экспериментальными кривыми разгрузки. Кривые разгрузки дают злее реальное представление о величине К0,так как кривые нагрузки, в связи с ротяженностыо во времени процесса нагружения,отражают и влияние структурной неоднородности.

Таким образом, дополнительные исследования в условиях всестороннего сжатия показа — \н, что определенны'! экспериментально константы упругости уплотнителя практически адекватно отражают упругие свойства материала уплотнителя.

Макроструктура исследуемого уплотнителя представлена на рис. 1. Уплотнитель состоит из спрессованной углеродной тканой основы, представляющей собой совокупность перепле — 1енных ортогонально нитей основы 1 и утка 2, частиц фторопластового связующего и внутренних пор, заполненных воздухом. Сочетание вы — сокомодульного наполнителя и низкомодульного связующего при наличии пор обусловливает сложную природу деформирования материала. Материал уплотнителя является полимерным и волокнистым, что дает возможность квалифици — ровать его как материал с длинной памятью. Для таких материалов связь напряжений и дефор — [аций можно представить в виде:

¿X

! 1 v l!|li!

, , У I 1 4 1 1 1 . 1 1 • ! !

Till ¡11 i i i

i 1 •¡¡II M 1

i i L | j i;! i i

: M 1 l | 1«

i

1 1 ! ! : 1 : ! 1 1 Г

а

ts

Рис. 2

0,(t) = Ф (8i(X)) T<t (5

где: С| , £( — интенсивности напряжений и деформаций, соответственно;

Ф — некоторый оператор по переменной { — времени, при этом: ■

оо £ X <, t.

Для определения конкретно^ вида функции Ф проводились экспериментальные исследования модельных образцов уплотнителя ' тремя видами структурной ориентации на осевое сжатие, ползучест последействие и релаксацию напряжений. С целью оценки анизотропии вязкоупругнх свойств, на-гружение при испытаниях осуществлялось в трех направлениях — ш осям упругой симметрии. В качеств! примера некоторых результатов исследования, на рис. 2 представлена зависимост деформации от времени е — e(t) в ося: анизотропии (направление сжатия: О — ш основе, У — по утку, Т — в направлешн толщины ткани) в процессе осевого сжатия, ползучести и последействия. На рис 3 показаны кривые релаксации напряжений в осях анизотропии уплотни гол: {кривые 1, 2, 3 — образцы после термообработки; 4, 5, 6 — холодно — прессо-ванные образцы). На основании анализ; имеющихся экспериментальных данных, в качестве модели реологическоп поведения Анизотропного уплотнителя, принята зависимость:

0|(т)»Е(т) £|(t) («;

где: 3(x)

характеристика ползучести (зависимость модуля упругости .■ времени).

Подобный подход, фактически, пред -полагает линейную зависимость между напряжениями и деформациями в конк -ретный момент времени т. На рис. 4 при -видены зависимости модулей уцруюсти но -осям анизотропии Е0(т), Еу(т), Ет(г) от времени. Для определения модуля упругости уплотнителя можно использовать функцию вида:

Ет = Ен/(а - Ье"сХ) (7)

где: Ея — начальный модуль упругости,

Е, - модуль в момент временит; а,Ь,с —

с, 'О

i ' i ; I М i i , , i i i

* 1 ! ! • ' ' * v

/ ' » ^ "! S 1 И i I i 1 i i 1 I 1 1 1 1

113456789 Ю

Рис 4

коэффициент; т — время.

Процесс вязкоупругого деформирования уплотнителя в рам — ках предложенной линейно —вяз — коупрутой модели можно представить на схематизированной диаграмме (рис. 5). Полная деформация уплотнителя — отрезок А', А, А" — полученная в процессе предварительного сжатия состоит из упругой и пластической составляющих: г - ер + £е. Деформация ползучести отсутствует: ес = 0. Полная деформация с течением времени не меняется: е = ер + ее + ес = const. В момент времени t| в материале накопилась деформация ползучести (отрезок В, В'), eci, которая, как показывают эксперименты, является обратимой, т.е. в момент времени т( при разгрузке

Формация еС1 восстановится в течение определенного времени и остаточная ормация не увеличится по сравнению с первоначальной в момент времени Мнимая линия разгрузки изображена пунктиром.

Таким образом, в момент времени Т1 всю деформацию ее1 + еС) можно лставнть как упругую. Упругий потенциал сжатой набивки определится в случае истинной упругой составляющей ее1, а потери потенциальной •рпш упругой деформации — "псевдоупругой" составляющей ес1. Тогда для зряжений можно записать:

о„ = Е0 ее0. О! - Е^бе! + ес1), о„ = Еп(ееп + есп),

при этом: еео > Ее1 > Ееш ес1 < ес2 < Есп

Следовательно, упругий потенциал уплотнителя в каждый момент времени

определяется изменившимся значением модуля упругости при постоянной "условно — упругой" деформации.

Математическое описа — ние напряженно—деформированного состояния уплотни — теля (расчетная схема приведена на рис. 6) представляет собой систему уравнений, моделирующих реакцию твердого тела вращения, материал которого ортотропен и обладает непостоянными во времени характеристиками упругости, на осесимметричное статическое нагружение заданного вида, соответствующее случаю всестороннего сжатия уплотнителя: Уравнения равновесия:

Я

Рис. 6

бак он-ае л л

-5—+-+ гл = 0

дх я г

(81

Геометрические уравнения:

дГ;

Ея =

дШ дт ;

Ев = -

Ш

(9)

Физические уравнения:

и

Ег = ~ ~ (ХгеСТо)

1

г (ак - |и?еао- Цяхаг)

Ея(х)

со = ^"^(с70 - цоисти)

Кинематические граничные условия заданы в яиде'

ии — 0 на и

естественные граничные условия:

сгг= Рг1 на Б I ОТ = РЙ2 на Б 2,

(Ю)

(И)

(12)

Найти аналитическое решение приведенной выше системы уравнений для

уплотнителя, материал которого обладает анизотропией непостоянных во времени упругих свойств, не представляется воз — можным. Поэтому предпочтение было отдано метолу конечных элементов (МКЭ) — универсальному и эффективному численному методу. За базовый был принят линейный треугольный кольцевой элемент (рис. 7), позволяющий проводить наглядную конечно —элементную дискретизация лдя осесимметрнчных задач деформирования твердого тела.

Перемещение любой точки внутри элемента (0 может быть вычислено через известные перемещения узлов (ид, ии )

ия"

<п=

и

'МОГООЮО] ОМОНОМ]

ш. ив

и« ип

Ш

(13)

Выбор функций формы N1 в МКЭ — важная задача. Они должны обеспечивать непрерывность деформаций-на границах между элементами, сходимость конечно —элементного решения к точному с уменьшением размеров яле-

ментов. Для используемого типа элементов:

N1 =

а; + Ь.г + с.ъ

2Л

где: а, = г^щ - Ь[ = г, с, = гю - ц Л — площадь треугольника; гд -

координаты точки внутри элемента.

В результате анализа основных соотношений теории линейной вязкоупругости мя осеси.мметричного ортотропного тела получено основное разрешающее матричное уравнение, к которому сводятся уравнения (8)...(12):

[К] {и} = {Р} (15)

где: {К] — обобщенная интегральная характеристика объекта — матрица жесткости;

{и} — вектор перемещений;

{Р} - вектор интенсивности внешних сил.

После наложения на систему линейных алгебраических уравнений (15) кинематических граничных условий (учета равенства' нулю отдельных элементов вектора {и}) и ее решения находятся перемещения узловых точек. Затем на

основании соотношений теории линейной вязкоупругости определяются деформации {е} и напряжения {о}.

При решении задачи определения параметров НДС уплотнителя было сделано допущение, связанное с введением эффективных констант упругости материала, одинаковых по ьсем направлениям. Такое допущение вполне приемлемо, поскольку, как следует из таблицы 1,для уплотнителя спрессованного с удельной нагрузкой 200 МПа анизотропия упругости проявляется незначительно. Конечномерная дискретизация уплотнителя приведена на рис. 8.

Модель состоит из 1120 конечных элементов, включает 1218 обобщенных

Рис. 8

Рс.« т мпй

степьчей свободы (линейных по осям 1., К цилиндрической системы координат). В качества варьируемой величины выступит значения зазоров или натягов по внутреннему и наружному диаметрам уплотнителя: Дин. и Лнар. Численные расчеты выполнены для пяти вариантов условий посадки уплотнителя. В качестве примера на рис. 9 представлена картина распределения радиальной составляющей вектора полного напряжения в характерном сечении уплотнителя ддя варианта с Двн. = — 0,1 мм, и Лнар. = ОД мм. Для всех рассмотрении* вариантов результаты расчетов также представлены в виде диаграмм распределения контактных боковых давлений уплотнителя по высоте наружной и внутренней уплотняемой поверхности.

Для оценки адекватности предложенной расчетной модели реальным процессам деформирования уплотнителя проводились экспериментальные исследования распределения боковых давлений по высоте пакета уплотнителей методами злектротензометрии. Д\я проведения экспериментов был изготовлен специальный макет соединения с сальниковым уплотнителем, содержащий наружный и внутренний стаканы — имитаторы сальниковой камеры и штока.

.Тензорезисторы (40 шт.) наклеивали на наружной поверхности наружного стакана я па внутренней поверхности внутреннего стакана. Место расположения тензорезисторов |ТР) соответствовало месту расположения центра (по высоте) уплотняемой поверхности уплотнителыюго кольца,при сжатии пакета из пяти колец с соответствующим усилием. Схема расположения ТР на деталях макета представлена на рис.10. Исследованиям подвергались четыре варианта пакетов сальниковых колец. Характеристики уплотнителей приведены в таблице 2.

В качестве примера на рис. И, 12 представлены расчетные "Р" и экспериментальные "Э" кривые распределения бокового давления по высоте пакета из пяти уплотнительных колец, для двух вариантов уплотнителей (N2 к N4) при удельном усилии сжатия 14,7 МПа.

--бк.МПа-□ \ -10,0 Е3( -7,5

Ё3< -5.0 Е3< о.о Е3<

Рис. 9

Рис. ¡0

1Ц

Р третьей главе содержатся результаты экспериментальных и аналитических исследований условий герметизации подвижного соединения с рассматриваемым сальниковым уплотнителем. Приведен анализ влияния ряда факторов на герметичность уплотнения. Представ — лено описание математической модели механизма утечек с учетом изменения размера условного забора в контактной зоне уплотнитель — шток. Содержится анализ работы уплотнения как триболо-гической системы.

Д\я определения герметичности соединения за основу принималась известная формула:

(16)

Принималась гипотеза о том, что вся утечка проходит зону стыка уплотнителя со штоком, а зона стыка продета вляет собой кольцевую щель. При этом предполагается, что рабочая среда является ньютоновской жидкостью, а движение — ламинарным, установившемся и осесимметричным. Д\я практического применения формулы (16) необходимо установить зависимость условного зазора "6" от воздействующих (} акторов Для режима с перемещением штока условный зазор' определяется напряженно—деформированным состоянием уплотнителя.

5 = т) (17)

где: 1 — упругий потенциал уплотнителя.

Величина упругого потенциала (потенциальной энергии упругой деформации, отнесенной к единице объема) в любой момент времени определяется усилием сжатия уплотнителя. Поэтому целесообразно установить зависимость высоты условного зазора от усилия сжатия уплотнителя.

С этой целью, а также для установления зависимости утечек от других влияющих факторов, проводились экспериментальные исследования условий

Таблица С

Характеристика уплотнителей

№ п/п Давление Наличие Посадка (зазор или натяг Высота

варианта прессования 1 термообра — по диаметру), ям пакета, мм

Р„,МПг Вотки ПО ШТОКУ со кг-меае

1 200 нет зазор за:;ор 30,2

0,1 0.3

2 200 есть натяг зазор 32,4

0,2 0.2

3 200 нет пулевой згзор 28,0

зазор 0.3

4 200 есть натяг зазор 29,0

• 0,4 0,1

а

•

в с с

-А ( I

9.

Цпп

ДМ»Р.»0.1МИ ЬимшевмммЛЬ £,ьн.*-0,1ми

герметизации подвижного соединения с углеродно—фторопластовым сальниковым уплотнителем. Некоторые результаты исследований отражены в таблице 3. На рис. 13, в качестве примера, представлена зависимость утечек от путМ скольжения штока. На рис. 14 — зависимость удельного усилия сжатия уплот — кителя от наработки циклов перемещения штока и термобароциклой. Представленные зависимости получены дм рабочей среды (вода) с параметрами:

— давление 10 МПа;

- температура: 1 — 160 °С; 2 — 220 "С.

По результатам исследований построены зависимости расчетного значения высоты условного зазора от давления затяжки уплотнителя (рис.15) Экспериментальные данные обрабатывались на ЭВМ. В результате аппроксимации полиномом пятой степени, на основании метода наименьших квадратор получены следующие выражения:

для температуры рабочей среды 160 °С:

6 - 1,69 - 0,95Рз + 0,23Р32 - 0,02Р33 + 0,001Р34 - 0,0004Р33 (18)

для температуры рабочей среды 220 "С:

б * -0,80 + 0,64Р3 - 1,8Р33 - 0,02Р33 + 0,001Р34 - 0,0003р35 (19)

где: 8 — высота условного зазора мкм, Рэ — удельное усилие сжатия ¿ уплотнителя, МПа.

V

1 1 ' . 1

I ■

1 >

' 1 1 '■

Ч 1 1

1 1 !

5т*- !, 1 •

1 1 Г1 1

| I 1

1 1 1 1

г * * * к « йиП

Рис. 15

В инженерной практике для прогнозирования утечки в соединении могут быть использованы выражения:

+0,089

(20]

-417,7

для рабочей температуры 160 °С

б=~~~~+0,204 (1и

-85,4

для рабочей температуры 220 "С.

Приведенные расчетные зави -слшосш (20—21) получены линейной аппроксимацией кривых 2 и 3 на рис. 15. Если предположить, что кривые для любой температуры р..оочей среды

Эксплуатационные тзрагтеристшсд сседдтаты для различных рабочих условий.

Дешление Температура Удельное Степень герметичности Чис-.о

рабочей рабочей усилие Минимальные Максимальные циклов по

среды, среды, затяжки, протечки, протечки, ремещения

Рр, МПа Тр, "С ' Р„т, МПа cmVmhh cmVmhh пгтокя

10,0 160 10,4 0,005 0,02 2000

10,0 220 10,4 ' 0,01 0,1 2000

10,0 285 13,6 0,05 0,05 2600

16,0 320 19,0 0,05 2,0 2500

25,5 300 45,0 0,5 5,0 1000

---> --- А

i!N

—г_ kj!

ч 1 kl

*

а ю Рос. U

/в

Nu

160 °С до 220 °С расположатся между линиями 2 и 3 на рис. 15, то они могут быть представлены следующей зависимостью:

5 = ~ -~3-'"-Г7Г + 3,1 • 10~4 Т - 0,039 (2

где: 160 < £ 220 °С.

В четвертой главе представлены новые конструкции и технологии изготовления безасбестовых уплотнений, разработанные автором на основании результатов проведенных исследований. Новые уплотнения разработаны с учетом специфических свойств тканных и листовых уплотнит ельных безасбес — товых материалов, обусловленных их анизотропией и структурной неоднородностью. Показано, что при наличии соответствующей структурной ориентации и технологии изготовления обеспечиваются требуемые характеристики уплотнения (однородное поле контактных напряжений, эффективный теплоотаод, высокий упругий потенциал и т. д.)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выявлены современные тенденции развития сальниковых уплотнений и набивочных материалов. Показано, что в связи с известными опасными последствиями, вызванными применением асбеста и асбестосодержащих изделий, общей тенденцией последних двух десятилетий в области сальниковых уплотнений является широкое внедрение уплотнителышх колец и плетеных набивок из расширенного графита и композиционных материалов на основе волокнистых заменителей асбеста.

2. Установлено, что традиционная теория сальниковых уплотнении не учитывает особенности свойств и ^вых композиционных анизотропных уплотнителышх материалов.

3. Проведены экспериментальные исследования деформативности и определены характеристики упругости углеродно — фторопластового волокнистого композиционного уплотнителя. Установлена, что константы упругости уплотнителя зависят от структурной ориентации материала и технологии изготовления, и являются' сложными функциями от усилия сжатия и скорости нагружапия.

4. Осущестален выбор и экспериментальное обоснование расчетной схемы ешжярошш упругости и мололи реологического поведения уплотнителя. Установлено, что углеродно —фторопластовый сальниковый уплотнитель можно

i ■ ■ -ль í;.k г'.'ло íí;¡л-л1-, ■ • к<-•;■-;">'я-- ¡ ■ . >..■ :

. ; iiu. ,/ik-i; анизгл-ропи<м, ьлд когоо- •• > • .ч ■ ¡

в--ч;.сл J пгл'ЛРлл» от цили'лдрической ортотропии ас иомшй чдетрошш к v.¡: cwm»*—»> oí структурной сриенгйц;,.-. ycivotK прессован;!« и наличия 7i*pv->-

.3 R-j.ipaói'i.iHd методика и алгоригм расчета величины контактных Соковых давлений на уплотняемых поверхностях. Создана подробная конечномерная

уттйП-гыитолч птплж^^идя иго Г**ОМНТриЧ«СЛЛ1К И цтЗИКи — Mtixahft4euf4ne

особенности.

6. Выполнены численные расчеты параметров напряженно—деформированного состояния уплотнителя. Результаты расчетов представлены в виде картин деформирования,картин распределения радиальной составляющей вектора полного напряжений в характерном сечении уплотнителя и диаграмм распределения контактных боковых давлений по высоте рабочей поверхности уплотнителя.

1 3 рота-млате экспериментальных исследований выявлены закономерности распределения боковых давлении на уплотняемых поверхностях Усге^озлекс что разработанная математическая модель адекватно отрежа-'т реальные лроцьссы деформирования уплотнителя: величины контак-i ьых боковых давлений, их зависимость от условий сборки (зазор-натяг), и различие условного коэффициента бокового давления на внутреннюю и наружную уплотняамые поверхности Показано, что коэффициент бокового давления зависит от физико —механических свойств уплотнителя и условий сборки ЭЛВ1' эмтоз уплс-кзчис

5. Зч-лСлне:-: з^ализ подвижного соединения с набивкой, как тру.бологн-чесхой системы. Для оценки режима трения в соединении предложен критерий связывающий размер условного зазора с параметром шероховатости штока.

9. По результатам экспериментальных исследований условий герметизации получены уравнения для расчета размера условного зазора в зависимости от усилия затяжки уплотнителя.

10 Предложены новые конструкции и технологии получения безасбестовых уплотнений, учитывающие особенности анизотропных уплотнителышх материалов.

Основные положения диссертации содержатся в работах:

1. Епишов А.П. Узел уплотнения штока запорно—регулирующей арматуры. — Методц и средства испытаний промышленной трубопроводной арматуры. Тезисы докладов. Пенза, 1992, с.24.

2. Епишов А.П.,Арсеньев С.И., Верховец А.П.,ЛелинковО.С., Титух И.Н. -

j

Кинетивд напряженно—деформированного состояния углеродного волокнистого уплотнителя. - Вторая Московская международная конференция по компози -там. Тезисы докладов. Москва, 1994, с.57 —59.

3. Епишов А.П., Верховец А.П.,Лелинков О.С. Исследование анизотропии упругости композиционного углеродно—полимерного волокнистого уплотнителя.— Физико —Химия полимеров (синтез, свойства, применение). Сборник научных трудов. Тверь, 1995, с.123-128.

4. Арсёньев С.И., Епишов А.П., Крошилов В.А., Титух И.Н. Численный анализ параметров напряженно-деформированного состояния углеродного сальникового уплотнителя. — Отечественная и зарубежная техника. Выпуск 1 (158), 2 (159). Санкт-Петербург, 1995, с.97-102.

5. Решение о выдаче патента на изобретение от 12.01.95, МПК6 F16 J15/30. Уплотнительвый узел для штока запорно—регулирующей арматуры.

(Епишов А.П.,Максимов В .А., Шаляпин В.Н.,Щуров Л.И.,Шелгунов А.Г.). Заявл. 16.06.92.

• 6. Решение о выдаче патента на изобретение от 26.06.95, МПК6 F16 J15/30. - Уплотнительный узел штока'запорно—регулирующей арматуры. (Епишов А.П-. Арсеньев С.И., Верховец А.П., Лелинков О.С., Титух И.Н.). Заявл. 18.07.94.

7. Решение о выдаче патента на изобретение от 27.02.95, МПК6 F16 J15/30. Плоская прокладка для фланцевых соединений (Епишов А.П., Муромский

АИ.). Заявл. 12.07.93. Г •

8. Решение о выдаче свидетельства на полезную модель от 22.09.95 МПК. Плоская прокладка. (Епишов А.П., Клепцов И.П.). Заявл. 06.06.95.

Подписано г печати 26.10.95. Формат 60 х 84 V 16. Печать офсетная. Уч.-мзд.л.0,9. Уся.печ.д.0,8. Заказ 20д> Тираж 60 экз.

| Красниксза Сзет^зна К;асалаевка

РАЗРАБОТКА СИЛЬТРОВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ.

Спе1у!аськосгь 05.12.02 - Системы и устройства передачи информации по каналам связи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С.-Петербург 1995