Сообщение об ошибке

  • Notice: Undefined index: zatvori в функции _ctools_entity_field_value_ctools_access_get_child() (строка 58 в файле /home/bavial4/admiralzavod.com/www/sites/all/modules/ctools/plugins/access/entity_field_value.inc).
  • Notice: Undefined index: field_zadvijki_type в функции _ctools_entity_field_value_ctools_access_get_child() (строка 63 в файле /home/bavial4/admiralzavod.com/www/sites/all/modules/ctools/plugins/access/entity_field_value.inc).

Условия, обеспечивающие плотность соединений трубопроводной арматуры

Полная остановка потока среды в трубопроводе при помощи запорной арматуры обеспечивается в том случае, когда уплотнительные поверхности запирающего элемента, плотно прижимаясь к уплотняющим поверхностям седла корпуса, составляют непрерывный уплотняющий контур — замок, через который среда, находящаяся в трубопроводе, пройти не в состоянии.
В запорной арматуре чаще всего применяются металлические уплотнения в виде колец, которые при определенных условиях образовывают относительно плотные соединения при взаимном соприкосновении и относятся к подвижным соединениям с периодическим уплотнением. Изучив условия обеспечения плотности в них, можно многие из выявленных свойств и закономерностей учитывать при решении задач обеспечения плотности и в других типах уплотнений.
Рассмотрим условия плотности соединения на примере запорной арматуры с плоской металлической уплотняющей поверхностью деталей.
Если сосуд 1 (рис. 1), наполненный жидкой или газовой средой, находящейся под давлением, перекрыть диском 2, то на него будет действовать сила гидростатического давления среды
                                                                                                                              Qcp = F P кг,
где F – площадь воздействия среды на диск в см2,
Р – избыточное давление в запорном оборудовании в кгс/см2

                  

                                                                                                          Рисунок 1 – Схема плотного соединения

Чтобы удержать на месте диск 2, необходимо приложить к нему снаружи усилие Q = Qcp в направлении, перпендикулярном к плоскости соприкосновения сосуда с диском. При этом условии обеспечено лишь прилегание торцовых поверхностей и среда не будет проходить между двумя соприкасающимися поверхностями лишь в том случае, если уплотняющие поверхности представляют собой идеальные плоскости. В реальных условиях обработанные поверхности имеют определенную степень шероховатости и те или иные отклонения от идеальной плоскости.

Убрать полностью эти отклонения посредством притирки практически невозможно, можно лишь снизить степень шероховатости. Кроме того, при эксплуатации появляются причины, которые вызывают появление дополнительных искажений плоскости: коробление и упругие деформации под действием сил.

Для обеспечения гидравлической плотности в запирающем элементе нужно создать силовое взаимодействие между уплотняющими поверхностями, т. е. прижать с силой диск к сосуду. При действии силы Q > Qcp на соприкасающихся уплотняющих поверхностях создаются определенные удельные давления, благодаря чему имеющиеся неровности деформируются.

Если деформация происходит в пределах упругости материала и при этом создаются незначительные остаточные деформации, то плотное соединение может оставаться плотным в каждом случае приложения силы Q.

Для создания таких условий необходимо обеспечить тщательную обработку уплотняющих поверхностей.

Если на уплотняющих поверхностях отклонение от плоскостности велико и шероховатость значительна, то для обеспечения плотности соединения необходимо создать значительные усилия, которые приведут к образованию на уплотняющих поверхностях больших остаточных деформаций.

Принимая во внимание, что плотное соединение не пропускает среду только в том случае, когда зазоры между уплотняющими поверхностями будут меньше диаметра молекулы среды, делаем вывод, что для предотвращения пропуска воды необходимо обеспечить величину зазоров менее 0,003 мкм. В то же время глубина бороздок на тщательно обработанных и хорошо притертых поверхностях металла, обеспечивающих плотность соединения, превышает 0,1 мкм, т.е. более чем в 30 раз превышает диаметр молекулы воды. Поэтому подход, при котором обеспечение плотности ограничивается только снижением шероховатости и неровностей поверхности, является неверным. Плотность соединения обеспечивается совместным действием большого количества сложных физических явлений.

Абсолютно плотное соединение на практике осуществить трудно, и обычно даже через плотное соединение с течением времени просачивается или испаряется какое-то количество среды, но при хорошем уплотнении соединения это количество просочившейся среды бывает ничтожно малым и им можно пренебречь.

Величина расхода среды (протечки) через плотное соединение, образованное двумя соприкасающимися плоскими металлическими поверхностями (замок затвора), зависит:
1) от качества поверхности уплотняющих колец (микрогеометрии уплотняющей поверхности, волнистости и степени отклонения ее от идеальной плоскости);
2) ширины уплотняющих колец;
3) разности давлений внутри и снаружи уплотняемого контура;
4) материала уплотняющих колец и его состояния;
5) свойств среды;
6) смачиваемости (гидрофильности) или несмачиваемости (гидрофобности) уплотняющих поверхностей;
7) наличия смазки-уплотнителя между соприкасающимися поверхностями;
8) конструкции затвора;
9) силового взаимодействия уплотняющих колец — величины удельных давлений, создаваемых на уплотняющих кольцах.

В течение всего периода эксплуатации плотного соединения количество проникающей через соединение среды является не постоянным. Благодаря явлению облитерации (зарастанию щели) количество проникающей через зазор среды с течением времени уменьшается и приобретает постоянное значение. Протечка среды может при известных условиях со временем прекратиться, если благодаря облитерации щели зазор заполнится фиксированным слоем полярных молекул. Это возможно лишь при зазорах, не превышающих 0,02 мм.

Значение перечисленных выше факторов неодинаково.

Рис. 2. Микронеровности двух соприкасающихся поверхностей:

а — до приложения усилия; б — после приложения усилия

Для объяснения связи между количеством среды, протекающей через плотное соединение, и свойствами соприкасающихся поверхностей предложена следующая теоретическая схема.

Представим себе поверхности двух соприкасающихся уплотняющих колец в увеличенном виде до (рис.2, а) и после (рис. 2, б) приложения нагрузки. В последнем состоянии вершины гребешков несколько смяты, а имевшиеся ранее зазоры уменьшились. Между поверхностями остались извилистые зазоры, через которые может проходить среда.

Если принять, что образованные проходы представляют собой капиллярные трубки диаметром d, то расход среды через каждый сантиметр уплотняющего контура соединения будет равен

где n — число трубок, расположенных на одном сантиметре уплотняющего контура;
b — длина трубки (ширина уплотняющего кольца);
γ — удельный вес среды;
η — динамический коэффициент вязкости среды;
Р1 — Р2 — разность давлений по обе стороны уплотнения.

Если принять, что зазоры между поверхностями представляют собой плоские каналы, то расход среды через каждый сантиметр уплотняющего контура будет равен
где h — зазор между уплотняющими поверхностями;
ω — коэффициент, учитывающий степень заполненности зазора.

Влияние капиллярных явлений можно учесть путем увеличения или уменьшения разности давлений на условную величину давления, зависящую от свойств смачиваемости или несмачиваемости уплотняющих поверхностей средой и от размеров щелевых зазоров.

Эти теоретические предпосылки пока не привели к результатам, пригодным для практического использования, так как исходные схемы лишь условно отображают реальные условия. На самом деле в обеспечении плотности соединения играет роль большое количество факторов, среди которых важное место занимает величина давления прижимания уплотняющих колец (удельное давление), учесть которое при помощи выше приведенных формул не представляется возможным.