У трубопровідній арматурі часто застосовуються сальникові ущільнення з м’яким набиванням з пеньки або азбесту. У регулювальних клапанах для зменшення сил тертя застосовуються сальники з мастилом. Висота сальникової камери, висота набивання h і товщина кільцевого шару s вибираються з урахуванням цілого ряду чинників: тиску, температури, ступеня відповідальності вироби тощо.

Величина h вибирається зазвичай в межах від 4s для невідповідальних виробів при низькому тиску до 10s для ущільнення середовища при високому тиску.
Товщина набивання вибирається в межах від s ≈ 0,7√dc до s ≈ 1,5√dc, где dc — діаметр шпинделя в мм.

У зв’язку з ущільненням матеріалу набивки при складанні первісна висота набивання, тобто займаний нею обсяг, зменшується. Найбільше змінюється набивка з шнурового азбесту і з пеньки; навіть в заздалегідь підготовлених сальникових кільцях висота також зменшується під дією зусилля затяжки. У табл. 1 наведені експериментальні значення коефіцієнта зниження первісної висоти набивання kh. З наведених у таблиці даних видно, що зі збільшенням перетину набивання усадка матеріалу збільшується.

Таблиця 1 – Значення коефіцієнта kh для набивок АС і АПП (НВДТ).

Тиск Р, кгс/см2kh
при перетині кільця 4×4 ммпри перетині кільця 6×6 мм
500,880,85
1000,770,70
2000,620,52
4000,500,41
6000,460,37
9000,420,33

При силовому розрахунку сальникових ущільнень потрібно визначити необхідне зусилля затяжки сальника і силу тертя між сальниковим набиванням і шпинделем.

Розглянемо процес ущільнення сальника м’яким набиванням (мал. 1).

Малюнок 1 – Схема сальникового ущільнення

При натисканні втулки сальника 2 набивка, ущільнюючи, розширюється в сторони і щільно охоплює шпиндель 1. Одночасно з цим набивка притискається до стінок кришки 3, завдяки чому створюється ущільнення між рухомим шпинделем 1 і кришкою 3.

Виділимо кільцевий елемент набивання висотою dy і розглянемо діючі в сальнику зусилля.
Під дією зусилля, що передається втулкою, в пружному набиванні виникає осьовий тиск Ру, величина якого в зв’язку з наявністю сил тертя змінюється по висоті набивання.
Завдяки пружності набивання виникає радіальний тиск Рх, величина якого також змінюється по висоті.

Величина Ру більше Рх. Візмемо Ру = пРх, де п — коефіцієнт пропорційності, більшої одиниці. Величина п не є постійною, так як вона залежить від пружних властивостей матеріалу набивки, ступені ущільнення набивки і ряду інших чинників. Для м’яких набивань АС і АПП (НВДТ), виготовлених у вигляді кілець, були отримані значення коефіцієнта п, наведені в табл. 2. З таблиці видно, що зі збільшенням тиску і зі збільшенням перетину кілець пластичність набивання збільшується, у зв’язку з чим при інших рівних умовах збільшуються і значення Рх

Таблиця 2 – Значення коеффіцієнта n для набивок АС і АПП (НВДТ)

Тиск Р, кгс/см2kh
при перетині кільця 4×4 ммпри перетині кільця 6×6 мм
5053,0
10032,2
2002,31,8
4001,71,6
6001,51,5
9001,41,4

Характер зміни Ру (а отже, і Рх при постійному значенні п) по висоті набивання показаний на мал. 1. Зміна величини Ру залежить від коефіцієнтів тертя: μ1 між сальниковою набивкою і шпинделем і μ2 між сальниковим набиванням і кришкою, причому μ2> μ1.
Співвідношення між μ2 і μ1 для сальникових кілець перетином 4×4 мм при однаковій чистоті поверхні шпинделя і сальникової камери наведені в табл. 3.

Таблиця 3 Співвідношення між коефіцієнтами μ2 і μ1

Тиск Р, кгс/см2Для набивання АППДля набивання АС
200μ2 = 1,2μ1μ2 = 1,6μ1
400μ2 = 1,4μ1μ2 = 1,8μ1
600μ2 = 1,5μ1μ2 = 2,0μ1
800μ2 = 1,6μ1μ2 = 2,2μ1

При силовому розрахунку сальникових ущільнень потрібно визначити необхідне зусилля затяжки сальника і силу тертя між сальниковим набиванням і шпинделем.

Розглянемо процес ущільнення сальника м’яким набиванням (рис. 1).

Малюнок 1 – Схема сальникового ущільнення.

При натисканні втулки сальника 2 набивка, ущільнюючи, розширюється в сторони і щільно охоплює шпиндель 1. Одночасно з цим набивка притискається до стінок кришки 3, завдяки чому створюється ущільнення між рухомим шпинделем 1 і кришкою 3.
Виділимо кільцевий елемент набивання висотою dy і розглянемо діючі в сальнику зусилля.
Під дією зусилля, що передається втулкою, в пружному набиванні виникає осьовий тиск Ру, величина якого в зв’язку з наявністю сил тертя змінюється по висоті набивання.
Завдяки пружності набивання виникає радіальний тиск Рх, величина якого також змінюється по висоті.

Величина Ру більше Рх. Приймемо Ру = ПРХ, де п – коефіцієнт пропорційності, більший одиниці. Величина п не є постійною, так як вона залежить від пружних властивостей матеріалу набивки, ступені ущільнення набивки і ряду інших чинників. Для м’яких набивань АС і АПП (НВДТ), виготовлених у вигляді кілець, були отримані значення коефіцієнта п, наведені в табл. 2. З таблиці видно, що зі збільшенням тиску і зі збільшенням перетину кілець пластичність набивання збільшується, у зв’язку з чим при інших рівних умовах збільшуються і значення Рх

Таблиця 2 – Значення коефіцієнта n для набивань АС і АПП (НВДТ)

Тиск Р, кгс/см2kh
при перетині кільця 4×4 ммпри перетині кільця 6×6 мм
5053,0
10032,2
2002,31,8
4001,71,6
6001,51,5
9001,41,4

Характер зміни Ру (а отже, і Рх при постійному значенні п) по висоті набивання показаний на рис. 1. Зміна величини Ру залежить від коефіцієнтів тертя: μ1 між сальниковим набиванням і шпинделем і μ2 між сальниковим набиванням і кришкою, причому μ2> μ1.
Співвідношення між μ2 і μ1 для сальникових кілець перетином 4×4 мм при однаковій чистоті поверхні шпинделя і сальникової камери наведені в табл. 3.

Таблиця 3 Співвідношення між коефіцієнтами μ2 і μ1

Давление Р, кгс/см2Для набивки АППДля набивки АС
200μ2 = 1,2μ1μ2 = 1,6μ1
400μ2 = 1,4μ1μ2 = 1,8μ1
600μ2 = 1,5μ1μ2 = 2,0μ1
800μ2 = 1,6μ1μ2 = 2,2μ1