У трубопроводній 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/см2 | kh | |
при перетині кільця 4×4 мм | при перетині кільця 6×6 мм | |
50 | 0,88 | 0,85 |
100 | 0,77 | 0,70 |
200 | 0,62 | 0,52 |
400 | 0,50 | 0,41 |
600 | 0,46 | 0,37 |
900 | 0,42 | 0,33 |
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/см2 | kh | |
при перетині кільця 4×4 мм | при перетині кільця 6×6 мм | |
50 | 5 | 3,0 |
100 | 3 | 2,2 |
200 | 2,3 | 1,8 |
400 | 1,7 | 1,6 |
600 | 1,5 | 1,5 |
900 | 1,4 | 1,4 |
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/см2 | Для набивання АПП | Для набивання АС |
200 | μ2 = 1,2μ1 | μ2 = 1,6μ1 |
400 | μ2 = 1,4μ1 | μ2 = 1,8μ1 |
600 | μ2 = 1,5μ1 | μ2 = 2,0μ1 |
800 | μ2 = 1,6μ1 | μ2 = 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/см2 | kh | |
при перетині кільця 4×4 мм | при перетині кільця 6×6 мм | |
50 | 5 | 3,0 |
100 | 3 | 2,2 |
200 | 2,3 | 1,8 |
400 | 1,7 | 1,6 |
600 | 1,5 | 1,5 |
900 | 1,4 | 1,4 |
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/см2 | Для набивки АПП | Для набивки АС |
200 | μ2 = 1,2μ1 | μ2 = 1,6μ1 |
400 | μ2 = 1,4μ1 | μ2 = 1,8μ1 |
600 | μ2 = 1,5μ1 | μ2 = 2,0μ1 |
800 | μ2 = 1,6μ1 | μ2 = 2,2μ1 |