Неподвижные уплотнения

Основные недостатки прокладок — трудность установки, ограниченная область применения и небольшой диапазон рабочих температур. Трудности установки связаны с необходимостью индивидуального подбора и донструи-рования уплотнений в каждом отдельном случае. В противоположность резиновым уплотнениям в форме кольца круглого сечения прокладкам нельзя придать форму любого контура данной длины. Поэтому их применение требует высокого уровня конструирования. Обычно прокладки невозможно использовать повторно. При профилактических или ремонтных работах необходимо иметь прокладки всех применяемых в данном изделии типоразмеров, хотя те же технические проблемы гораздо проще решаются при наличии небольшого числа стандартных кольцевых уплотнений. Прокладки могут использоваться только в качестве торцовых уплотнений. Это очень ограничивает их применение и часто приводит к увеличению веса и габаритов конструкции, чего не происходит при работе с другими типами уплотнений и что особенно нежелательно в авиационных и ракетных гидросистемах. Хотя прокладки часто являются единственно возможным уплотнением при очень высоких температурах, диапазон их рабочих температур ограничен конструкционной прочностью материалов. С увеличением температурного диапазона тепловые напряжения в прокладке значительно возрастают и для обеспечения прочности конструкции необходимо увеличивать ее размеры в такой степени, что она становится недопустимо тяжелой. В основном прокладки применяются в промышленном гидравлическом оборудовании, работающем в ограниченном температурном диапазоне. Они имеют важное значение в системах с очень высоким рабочим давлением, где эластомерные уплотнения не могут применяться из-за недостаточной прочности. Часто прокладки являются единственно возможным уплотнением в системах, работающих и при очень высоких температурах. Несмотря на это, прокладки применяются реже и уступают место упругим уплотнениям, как эластомерным, так и металлическим.

(далее…)

Уплотнения

Сборка и обслуживание любой гидросистемы обычно требуют применения съемных штуцеров, фитингов и дренажных устройств. В местах установки такой арматуры необходимо предотвратить утечки жидкости через зазоры. Необходимость герметичности соединений обусловлена требованиями безопасности, чистоты и условиями работы. Для уплотнения гидросистемы в этих местах необходимы механические средства. Иногда уплотнение осуществляется за счет применения сопрягаемых элементов с малыми зазорами. Обычно в таком уплотнении утечки образуются даже при минимальных начальных зазорах: жидкость просачивается через сопрягаемые поверхности под воздействием условий работы, неравномерного нагрева, нагрузок и высоких рабочих давлений. Кроме того, трудности возникают при конструировании механизмов с такими малыми зазорами. Различные специальные уплотнения оказались значительно дешевле и удобнее в эксплуатации.

Прокладки, по-видимому, являются самым старым видом уплотнений. Прокладка это эластичный материал, который сжимается между двумя сопрягаемыми плоскостями. Последующее сжатие прокладки осуществляется завинчиванием через специальное приспособление. В настоящее время многие прокладки делаются многослойными и состоят из металла, а также из минерального и органического материалов. Из металлов в прокладках широко применяют медь, алюминий и свинец, из минеральных материалов — чаще всего асбест; широко используются многие органические материалы — от пробки до хлопка и от кожи до тетрафторэтилена. Уплотняемые поверхности стягиваются болтами или винтами, деформируя прокладку до тех пор, пока она не заполнит все неровности металла, оставшиеся после механической обработки. Допустимы незначительные деформации прокладок и небольшие отклонения их от уплотняемой поверхности под влиянием температуры и нагрузок, так как высокое предварительное сжатие материала прокладки создает при установке необходимое для герметизации контактное давление, превышающее рабочее.

(далее…)

Стандартная арматура трубопроводов

Относительная шероховатость труб определяется отношением чистоты обработки поверхности трубы к ее внутреннему диаметру.

Потери давления могут создаваться также при резких изменениях площади поперечного сечения трубы. Такие условия возникают при течении жидкости через аккумулятор, когда применяются ограничительные втулки, или при соединении нескольких труб малого диаметра. Потери напора могут достичь полной величины скоростного напора. При расчетной скорости потока 12 м/сек потеря напора может составить V2/2g = 7,6 м, что для минеральных масел примерно соответствует давлению 0,88 кг/см2. Зависимость общих потерь давления (в процентах) от отношения выходного диаметра трубы к входному можно определить при помощи специальных графиков.

Гибкие шланги играют важную роль в соединительных линиях всех гидравлических систем. В противоположность основной современной арматуре жестких трубопроводов арматура гибких шлангов создает значительное сопротивление потоку жидкости вследствие уменьшения площади поперечного сечения. Поэтому при подсчете потери напора в магистрали необходимо специально определять величину потери напора в гибких шлангах. Внутренняя поверхность шланга более шероховата, чем поверхность тянутых стальных или алюминиевых труб. Кроме того, соединительная арматура гибких шлангов может уменьшить площадь поперечного сечения труб небольшого диаметра на 25%. Тип гибких шлангов, так же как тип уплотнительных колец и манжет, необходимо тщательно выбирать с учетом характеристик рабочей жидкости, диапазона рабочих температур и давлений. Типичные характеристики гибких шлангов высокого давления, выпускаемых одной из фирм.

(далее…)

Фактическая величина проходного сечения трубы

При необходимости часто и быстро изменять гидросистему удобно применять обычные трубы, а не цельнотянутые бесшовные. Короче говоря, автор не рекомендует использовать в лабораторных условиях гидросистемы с цельнотянутыми бесшовными трубами, даже если первоначальная стоимость монтажа обычных труб будет в несколько раз выше. Необходимо помнить, что цельнотянутые трубы с резьбовым соединением требуют уплотнения, а это приводит к загрязнению системы. Резьбовая арматура цельнотянутых труб при эксплуатации быстрее срезается, изнашивается и дает течь, чем арматура обычных труб с раструбом или муфтами. Переход на обычные трубы даже в больших и тяжелых морских гидравлических установках имеет те же преимущества. В авиационных и автомобильных гидравлических системах применяются только обычные трубы.

Типичные соединения труб

Стандартная арматура трубопроводов состоит из соединителей, муфт, тройников с углами 90 и 45°, Т-образных соединений, переходников, заглушек, штуцеров, фитингов и переходных дроссельных втулок. Арматура с нарезкой и трубы с раструбом с конусностью 37° чаще всего встречаются в соединениях, состоящих из трубы, ниппеля и накидной гайки. Нерезьбовые соединения труб выполняются при помощи тугой посадки уплотнительной втулки, резьба которой вдавливается в стенки трубы при тугой затяжке соединительной гайки на фитинге.

Потеря напора на преодоление трения жидкости в трубопроводе может составлять значительную часть подводимой мощности, поэтому необходимо (за исключением простейших и очень хорошо герметизированных систем) заранее рассчитать ожидаемые потери. Особое внимание следует обратить на потери напора в сливных магистралях и линиях, связывающих аккумуляторы с системой, так как гидравлические удары могут создавать в них высокое давление, особенно в момент пуска системы и при работе на холоде. Потери напора в арматуре и изгибах трубопровода в несколько раз превышают потери напора в прямом трубопроводе той же длины. Потери на сопротивление в арматуре и другом оборудовании обычно выражаются эквивалентной длиной трубы. В зависимости от числа Рейнольдса потери в трубах определяются одним из двух хорошо известных соотношений. При потери в трубах рассчитываются для ламинарного потока согласно закону Гагена — Пуазейля

(далее…)

Конструкции элементов гидравлических систем управления

Трубопроводы гидравлических систем, соединяющие ее элементы, делаются из цельнотянутых бесшовных труб, обыкновенных труб и гибких шлангов. Цельнотянутые бесшовные трубы обычно изготовляются из стали или бронзы, простые трубы из меди, алюминия, углеродистой и нержавеющей стали, а иногда из титана. Гибкие шланги, как правило, состоят из нескольких слоев пластмассовых труб, из «армированной пластмассой или резиной ткани и металлической оплетки. В зависимости от типа и размеров шланга термин гибкий необходимо применять дифференцированно, учитывая, что шланг работает под давлением.

В целом в промышленных гидравлических системах предпочитают применять цельнотянутые бесшовные трубы. Последние достижения в авиационной и автомобилестроительной гидравлике сделали применение обычных тонкостенных труб все более популярным и в промышленных установках. В связи с тенденцией перехода авиационных систем на давление 210 атм. и работу при температуре 100- 200° С трубы из алюминиевых сплавов быстро заменяются трубами из нержавеющей стали или в отдельных случаях трубами из титана. Применение медных труб ограничивается установками низкого давления, в которых вибрации минимальны. Медные трубы очень удобно применять в экспериментальных лабораторных установках, когда имеет значение легкость монтажа. Однако следует помнить, что трубопровод из полудюймовых медных труб под действием пульсаций рабочего давления 210 ати подвергается значительным деформациям и вырывает из резьбы даже самые лучшие фитинги, сводя на нет усилия, затраченные при сборке, и достигнутую экономию времени.

Трубы выпускаются с различной стандартной толщиной стенок. Классификация размеров бесшовных цельнотянутых труб основывается на приближенном внутреннем диаметре трубы со стандартной толщиной стенки (внутренний диаметр сверхтяжелых и особо сверхтяжелых труб меньше внутреннего диаметра стандартной трубы при одинаковом внешнем диаметре). Это позволяет применять для всех типов цельнотянутых бесшовных труб одинаковую арматуру. С другой стороны, обычные трубы различаются по внешнему диаметру.

Трубопроводы

Фактическая величина проходного сечения трубы определяется только толщиной стенки. Часто размер обычных труб находят умножением ее номера на 1/1в дюйма. Так, труба № 4 имеет внешний диаметр х/4 дюйма, а № 12 — — диаметр 3/4 дюйма. Это позволяет различать размеры обычных и бесшовных цельнотянутых труб и упрощает подбор арматуры. По этой системе классифицируются все трубы и арматура в военных технических условиях. Номер, соответствующий размеру трубы, ставится сразу же после наименования технических условий, например AND-10056-6 означает фитинг с внутренней резьбой для трубы с внешним диаметром 3/8 дюйма.

Прочность трубы в первом приближении можно определить по напряжению в тонкостенном кольце, создаваемом внутренним давлением

Допускаемое продольное напряжение может меняться в широких пределах в зависимости от материала трубы и способа ее изготовления. Существуют многочисленные стандарты на трубы различных типов, которыми необходимо руководствоваться при подборе труб для проектируемой системы. Выбрать тип труб необходимо до того, как гидравлическая система будет сдана в производство, так как ее вес, стоимость и характеристики существенно зависят от правильного подбора.

Выпускаются различные типы арматуры гидравлических систем от латунных или чугунных наконечников до не резьбовых соединений из нержавеющей стали. При большой длине трубопроводов стоимость арматуры и ее монтажа может достичь значительной суммы, которой нельзя пренебрегать. Простое соединение обычных труб типа AN из нержавеющей стали стоит несколько долларов каждое, поэтому стоимость одной экспериментальной лабораторной установки высокого давления вполне может достигать нескольких сот долларов. Применение недорогой арматуры цельнотянутых бесшовных труб вместо дорогой арматуры обычных труб не дает экономии, так как стоимость ее монтажа часто оказывается более высокой, а эксплуатационная надежность более низкой. Настоящий экспериментатор никогда не прекратит работу над собранной установкой и будет постоянно вносить в нее различные улучшения.

(далее…)

Обработка и покрытия

Эффективным способом защиты гидравлических агрегатов от абразивного износа механическими примесями служит поверхностное упрочнение всех скользящих частей, имеющих небольшие зазоры. Для этого применяются цементация, азотирование, хромирование, анодирование и многие другие способы обработки поверхности. Если глубокая закалка не требуется, то эти виды покрытия толщиной от нескольких микрон до нескольких сотых долей миллиметра обеспечивают прочность, необходимую для продолжительной эксплуатации агрегатов. Твердые покрытия не рекомендуется применять на участках около острых кромок, например гильз и рабочих окон золотников. Не рекомендуется также применять покрытие поверхностей с большими удельными давлениями, так как возникающие при этом силы среза разрушают промежуточные слои между покрытием и металлическим основанием, приводя к деформации последних.

В некоторых случаях большой твердостью должна обладать только одна сопрягаемая деталь. Вторая деталь при этом выполняет функции абсорбирования механических примесей, воспринимает деформации от рабочих нагрузок и предупреждает заедания при плохой смазке. Именно так работают подшипники с серебряным покрытием в паре с закаленными валами и осями. Применение серебра для покрытия распределительных шайб насосов и других трущихся элементов с большой скоростью вращения обеспечивает быстрое трогание при отсутствии смазки и отвод тепла при контактном нагреве без механического повреждения стальной поверхности. При толщине слоя серебра больше 25 мк он может выдавливаться из подшипника при больших гидравлических нагрузках. Контролировать качество покрытия, не применяя испытаний на разрушение, очень сложно. Электролитическое хромирование, никелирование и серебрение создают большие трудности из-за плохой адгезионной способности и отслоения защитной поверхности.

Даже при правильном выборе основного металла контроль за технологическим процессом имеет решающее значение для получения надежного гальванического покрытия, которое должно выдерживать тепловой удар, пульсации давления, механические нагрузки и абразивный износ. В гидравлических системах могут применяться только наиболее высококачественные гальванические покрытия.

(далее…)

Сплавы на основе никеля

Для большинства гидравлических механизмов характерны малые зазоры между рабочими деталями и большие напряжения в сопрягаемых элементах. Минимальные зазоры обеспечивают небольшие утечки рабочей жидкости при высоких давлениях, которые позволяют выполнять гидравлическое оборудование систем управления легким, компактным и удобным. Большие напряжения, обусловленные прежде всего компактностью оборудования, вызывают значительные изгибы и деформации, которые необходимо тщательно учитывать при конструировании.

Детали насосов, поршневых исполнительных механизмов и золотников, сопрягаемые с минимальными зазорами и работающие при высоких удельных нагрузках, должны иметь гладкую и твердую поверхность скольжения, обработанную с высокой чистотой. Очень часто размеры сопрягаемых деталей должны выдерживаться с точностью до нескольких микрон. Для обеспечения работы без значительного износа и задиров поверхности с твердостью по Роквеллу (шкала С) 50-62 должны обрабатываться со среднеквадратичной высотой микронеровности 0,9-6 мк.

Обычными технологическими методами чистовой обработки буртиков золотников, гильз, отверстий блока цилиндров и плунжеров насосов, а также штоков и поршней гидроцилиндров являются прецизионное шлифование, притирка и хонингование. Системы и агрегаты при сборке необходимо промывать самыми совершенными методами, обеспечивающими удаление всех возможных следов абразива, оставшегося после чистовой механической обработки. Обычно для очистки деталей необходимо применять обработку ультразвуком. Однако практика показала, что даже после самой тщательной очистки в большинстве гидравлических агрегатов в первые часы работы остаются незначительные следы механических примесей. Очень важно, чтобы эти механические примеси были отделены во время контрольных испытаний агрегатов, а не при их работе в гидросистеме. Очистка агрегатов предупреждает попадание механических примесей в другие элементы гидросистемы и повреждение их рабочих поверхностей, что в свою очередь приводит к образованию новых абразивных частиц.

(далее…)

Новые синтетические рабочие жидкости

Хотя при высоких температурах металл изменяет цвет, конструкционные свойства, его сохраняются, в то время как свойства жидкости очень сильно ухудшаются. Перед установкой в гидросистеме теплообменников, фильтров, трубопроводов и других элементов необходимо точно выяснить, что при предполагаемых рабочих температурах латунные, медные или бронзовые детали не будут разлагать жидкости.

Сплавы на основе никеля не нашли в гидравликеширокого применения. Монель, инконель и гастеллой иногда используются для изготовления ответственных деталей агрегатов высокотемпературных гидравлических систем. Из инконеля иногда делают неподвижные V-образные и шевронные уплотнения. В системах управления из никелевых сплавов, обладающих хорошей коррозионной устойчивостью и высокой усталостной прочностью, изготовляют диафрагмы и сильфоны для отделения горячего газа от рабочей жидкости. Рабочие температуры современных гидравлических систем пока не требуют широкого применения дорогостоящих никелевых сплавов. Если отдельные экспериментальные гидросистемы, работающие при температурах 310-750° С, действительно являются прототипом будущих гидросистем, то инженерам-гидравликам придется серьезно изучить особенности применения таких сплавов.

Карбиды являются самыми прочными металлами. Карбид вольфрама, связанный или спеченный с кобальтом, уже давно применяется для изготовления режущих кромок резцов. В настоящее время покрытие горячим способом и пайка тугоплавкими припоями позволяют применять карбид вольфрама для изготовления прецизионных деталей машин. Карбид вольфрама обладает исключительной стойкостью к истиранию, не дает задиров и сохраняет неизменными конструктивные размеры во всем диапазоне рабочих температур существующих гидравлических систем. Однако в качестве конструкционного материала спеченный карбид вольфрама имеет ограниченное применение из-за высокой чувствительности к надрезу, хрупкости, большой плотности и исключительной трудности механической обработки.

Карбиды

Он применяется в основном совместно с вязкими материалами, к которым его можно припаивать. Детали из карбида вольфрама должны быть простой формы и не иметь надрезов, острых кромок и ребер. Необходимо, чтобы механическая обработка спаянной заготовки была минимальной, так как эти операции можно выполнять только алмазными резцами и шлифовальными кругами. В тех случаях, когда большое значение имеет вес, этот материал, удельный вес которого вдвое выше, чем у стали, следует применять только в виде исключения. При спекании, пайке и стабилизации карбида вольфрама следует обращать внимание на коэффициенты теплового расширения сопрягаемых деталей, так как карбид вольфрама имеет очень низкий коэффициент теплового расширения (-5,4-10-6мм/мм. °С), т. е. вдвое меньше коэффициента теплового расширения углеродистых сталей и в Зраза меньше нержавеющей стали. В процессе припаивания детали из карбида вольфрама к детали из стали в карбиде часто возникают деформации сжатия при нормальных рабочих температурах. Это явление полезно для карбида, который обладает более высокой прочностью на сжатие, чем на разрыв, так что в процессе работы напряжения растяжения, создаваемые гидравлическими нагрузками, должны вначале преодолевать предварительные напряжения сжатия. Коэффициент трения пары сталь — карбид вольфрама при хорошей смазке значительно ниже, чем у стали по стали и у других материалов независимо от их твердости.

По экспериментальным данным автора, коэффициенты трения скольжения и покоя пары закаленная сталь AISI — — припаянный карбид вольфрама имели почти одно и то же значение. Величина коэффициентов трения карбидов обычно составляет 10-20% от коэффициента трения стали по стали. Благодаря этим свойствам карбид вольфрама применяется в поворотных соединениях систем управления, где шарниры должны иметь минимальное трение, а также в случаях, когда необходимо получить небольшие усилия страгивания. Он находит применение и в подвижных торцовых уплотнениях. Имеются сведения об успешном использовании карбида вольфрама в подшипниках скольжения с большой удельной нагрузкой, работающих на жидкостях с минимальной смазывающей способностью, таких, как вода и жидкие металлы. Он применяется также для изготовления цилиндровых блоков насосов и гидродвигателей, посадочных седел клапанов и тарельчатых клапанов.

(далее…)

Бронза и латунь

Гораздо более высокой прочностью при высоких температурах обладают новые титановые сплавы. Их плотность и модуль упругости приблизительно вдвое меньше, чем у большинства сталей. Коэффициент теплового расширения -9-10-6 мм/мм°-С, т. е. в двое меньше, чем у алюминия. До последнего времени титановые сплавы не находили широкого применения из-за трудности их механической обработки. Чаще всего применяется тонколистовой титан. С появлением новых методов литья, ковки и механической обработки можно ожидать, что титан займет свое место в гидромашиностроении наряду со стальными, алюминиевыми и магниевыми сплавами.

Эти сплавы широко применяются в гидравлических машинах всех типов, но особенно Широков промышленных, автомобильных и морских гидравлических механизмах. Бронзовые блоки цилиндров, подшипники, золотники и детали уплотнений используются во многих гидравлических машинах. Применение этих сплавов имеет многолетнюю традицию и не будет здесь рассматриваться. С появлением тенденции к повышению давлений, температур и скоростей, проявляющейся даже в промышленном гидромашиностроении, следует ожидать, что эти материалы будут постепенно заменяться легкими сплавами для корпусных деталей, работающих при низких напряжениях, и высококачественными сталями для деталей, работающих при больших гидравлических и динамических нагрузках.

Некоторые новые синтетические рабочие жидкости плохо совмещаются с медными сплавами. Жидкости MIL-L—7808, основой которых обычно бывают диэфиры, при температуре выше 90° С разлагаются в присутствии меди, латуни и некоторых марок бронзовых сплавов. Однако в нормальном диапазоне рабочих температур эти жидкости и металлы хорошо совместимы.

(далее…)

Скорость в паропроводе

ФланцыВсе элементы калориметрической установки: калориметр, запорно-регулировочный вентиль и выступающая часть пароотборной трубки — должны быть тщательно заизолированы.

Постоянный контроль солесодержания в паре производится с помощью регистрирующего солемера, определяющего содержание солей в паре путем замера электропроводности конденсата пара. Так как сопротивление электролита сильно изменяется с изменением температуры, то прибор электрометрического контроля должен быть снабжен устройством для температурной компенсации. Конденсация отбираемой пробы пара, направляемой в датчик солемера, и охлаждение ее до температуры 20-50° С осуществляются в холодильнике змеевикового типа, который имеет штуцер для подвода пробы пара, штуцер для отвода конденсата и штуцеры для входа и выхода охлаждающей воды. Соединение калориметра с холодильником и холодильника с датчиком солемера осуществляется посредством медных или стальных коррозионно стойких трубок.

Перед холодильником на линии пара, идущего на солемер, устанавливается вентиль для регулировки количества конденсата, идущего на солемер. Охлажденный конденсат, пройдя сетчатый фильтр, поступает в датчик, а из последнего по трубке в сливную воронку, где берется проба для контрольного химического анализа. На этой же фигуре приведена схема электрометрического контроля качества котловой воды. Котловая вода забирается из трубы далее отобранная проба, пройдя через вентиль, направляется к холодильнику, а оттуда к датчику, работающему на котловой воде. Показания концентрации солей в котловой воде также регистрируются самопишущим прибором.

Отбор проб конденсата пара для химического лабораторного анализа должен производиться не реже чем один раз в смену из всех точек контроля.

Все пробы конденсата пара должны анализироваться на щелочность и содержание хлоридов.

Постоянный контроль солесодержания

Кроме того, время от времени производится анализ сухого остатка в паре и содержания в нем аммиака и углекислоты. Контрольный анализ на содержание аммиака и углекислоты необходимо производить вследствие того, что наличие аммиака и углекислоты в паре значительно преувеличивает показания солемера, а также щелочность, определяемую титрованием. При определении сухого остатка в паре весовым методом взвешивание и выпаривание должны производиться с чрезвычайно большой тщательностью. Для выпаривания следует пользоваться платиновой чашечкой.

Объем воды в котле по существу является аккумулятором солей, вносимых с питательной водой и постепенно накапливающихся в растворе в процессе испарения котловой воды.

При продувке удаляется часть воды из котла и заменяется питательной водой с меньшей концентрацией солей.

Продувка имеет своей целью обеспечить высокое качество пара, поддерживая концентрацию солей в котловой воде на определенном уровне, а также удалить из поверхностного слоя котловой воды накапливающиеся в нем высоко дисперсные твердые частицы и органические коллоиды и скапливающиеся в котле шламмовидные осадки.

Старые конструкции паровых котлов низкого давления типа Шухова, ланкаширские, Бабкок-Вилькокс и т. п. характеризуются малой единичной паропроизводительностью и относительно большим водяным объемом, что позволяет ограничиваться периодическими продувками этих котлов. Продувки производятся не чаще одного-двух раз в сутки.

В современных паровых котлах водяные объемы, отнесенные к 1 г паропроизводительности, значительно меньше, чем в котлах старых конструкций. Поэтому осуществление периодической продувки, при относительно высоком солесодержании питательной воды, весьма затруднительно, особенно при небольшой предельной концентрации солей в котловой воде, при которой обеспечивается — получение достаточно чистого пара.

(далее…)

Страница 20 из 171« Первая...10...1819202122...304050...Последняя »