Поверхность уплотнения

турной адсорбции криптона по методу Биба и др. [8]. Оказалось, что волокна бора, карбида кремния и Borsic имеют небольшую удельную поверхность, шероховатость которой незначительна. Удельная поверхность углеродных волокон Thornel-50, Hitco-50 и Morganite I значительно больше, что согласуется ic результатами электронно-микроскопических исследований размера волокон и степени шероховатости поверхности. Площадь поверхности волокон, вычисленная по их размерам и плотности, достаточно близка к экспериментальным значениям, что указывает на небольшую шероховатость поверхности. Наибольшие отклонения эксперимен-

В настоящее время все большее внимание уделяется композиционным материалам на металлической основе, армированной высокомодульными углеродными волокнами. Совместимость армирующего компонента и матрицы в некоторых случаях достигается введением связующего, функцию которого выполняет покрытие. Металлические покрытия необходимы в тех случаях, когда матрица не смачивает поверхность углеродных волокон при температурах получения композиции (алюминий, магний [2]). Кроме того, покрытие углеродных волокон такими металлами, как цинк и медь, может впоследствии служить основой или компонентом основы композиционного материала [3].

Осаждение покрытия происходит в том случае, если материал является катализатором для восстановительной реакции. Ввиду того, что углерод не является катализатором реакции восстановления ионов меди, никеля, поверхность углеродных волокон необходимо предварительно обработать, придав ей каталитические свойства. С этой целью углеродные волокна подвергают обработке в окислительной среде и проходят стадию сенсибилизации и активации прежде, чем покрываются из химического раствора металлом. Поверхностная обработка в окислительной среде положительно сказывается и на свойствах углеродного волокна при работе в композиционном материале: повышается сила сцепления с основой, увеличивается прочность композиции на сдвиг [5].

Получение композиционного материала методом горячего прессования в вакууме также описано в работе [178]. Для улучшения прочности связи матрицы с волокном и с целью исключения возможности образования на поверхности раздела углеродное волокно—алюминий карбида алюминия на поверхность углеродных волокон наносили слой меди толщиной 0,2—0,4 мкм. Исходные волокна имели предел прочности 200 кгс/мм2, плотность 1,73 г/см3; средний диаметр отдельных волокон был равен 8 мкм. Материал получали в вакууме 2—5-Ю"5 мм рт. ст. при температуре 620—650° С и времени выдержки 30—120 мин прессованием пакетов из чередующихся слоев алюминиевой фольги и однонаправленного углеродного волокна с медным покрытием. Предел прочности композиций, содержащих 10—15 об. % волокон, был равен 23—32 кгс/мм2, а композиций с 20—40 об. % волокон — 35—48 кгс/мм2. Микрорентгеноспектральное, электронно-микроскопическое исследования композиций, а также исследсвание в растровом электронном микроскопе не обнаружили повреждений углеродных волокон.

Поверхность углеродных волокон перед нанесением покрытия должна быть активирована в растворе хлористого палладия и хлористого олова.

Физико-химическое состояние поверхности оказывает существенное влияние на процесс химического никелирования. Осаждение покрытия происходит в том случае, если материал волокон является катализатором для восстановительной- реакции. Углерод не является катализатором реакции восстановления ионов никеля, поэтому поверхность углеродных волокон необходимо предварительно обработать, придав ей каталитические свойства.

где 5 - поверхность углеродных частиц в единице объема слоя, а эффективная константа скорости реагирования fc3. определяется выражением

Большую роль играют способ, условия (температура, состав газовой среды) получения углеродного порошка, а также степень его измельчения. Поверхность углеродных порошков не является равноценной в физико-химическом отношении [33]. Это связано в первую очередь с се энергетической неоднородностью, обусловленной нескомпенсированностью а- и л-элсктронов у атомов, находящихся на гранях и ребрах кристаллитов. Это обстоятельство значительно влияет на автоэмиссионныс свойства получаемых материалов, так как приводит к значительным локальным изменениям работы выхода электронов по рабочей поверхности автокатода, что при прочих равных условиях будет давать значительный разброс тока по поверхности катода. В данном случае уменьшить указанную неравномерность можно уменьшением размера частиц используемого порошка.

Обработка поверхности волокон, используемых для армирования пластмасс. Чтобы армированные углеродными волокнами пластмассы, т. е. углепластики, обладали высокими механическими характеристиками, необходимо обеспечить прочность адгезионной связи между углеродными волокнами и полимерной матрицей, достаточную для передачи напряжения от волокна к волокну. Однако поверхность углеродных волокон, образовавшихся в процессе карбонизации или графити-зации, характеризуется слабой адгезией к ней полимерной матрицы. Следовательно, при использовании углеродных волокон для армирования пластмасс необходимо проводить обработку их поверхности с целью повышения адгезии. Обработка поверхности представляет собой обычно слабое окисление поверхности волокон, не снижающее их прочностных характеристик. Окисление осуществляют, например, в жидкости электролитическим методом [14] .0

сплавами на основе Al и других металлов. Поэтому необходимо улучшать их смачиваемость. Для этой цели служит тонкая пленка TiB, наносимая на поверхность углеродных волокон методом химического осаждения в газовой фазе [17] . С помощью этого метода на поверхность углеродных волокон наносят тонкую пленку, восстанавливая газовую смесь TiCl4 + ВС13 парами Zn при температуре 700 °С. Не допуская контакта с воздухом, полученные волокна сразу же покрывают расплавленным металлом. Таким способом, в частности в США, производят проволоку (нитевидный алюминий).

Обработка поверхности волокон, используемых для армирования пластмасс. Чтобы армированные углеродными волокнами пластмассы, т. е. углепластики, обладали высокими механическими характеристиками, необходимо обеспечить прочность адгезионной связи между углеродными волокнами и полимерной матрицей, достаточную для передачи напряжения от волокна к волокну. Однако поверхность углеродных волокон, образовавшихся в процессе карбонизации или графити-зации, характеризуется слабой адгезией к ней полимерной матрицы. Следовательно, при использовании углеродных волокон для армирования пластмасс необходимо проводить обработку их поверхности с целью повышения адгезии. Обработка поверхности представляет собой обычно слабое окисление поверхности волокон, не снижающее их прочностных характеристик. Окисление осуществляют, например, в жидкости электролитическим методом [14] . '

На прочность детали вентиля обычно не рассчитывают ввиду малых размеров отверстий при достаточно массивном корпусе. Расчёту подвергаются сечения каналов для прохода газов, подъём клапана и опорная поверхность уплотнения.

Контактные уплотнения. Их рекомендуется применять там, где требуется полная герметичность по газу или жидкости, и там, где поверхность уплотнения все время находится в погруженном в жидкость или газ состоянии. Правильно выбранное и примененное уплотнение этого типа может обеспечить нулевую утечку большинства рабочих сред. Но в силу чувствительности контактных уплотнений к температуре, давлению и скорости неправильное применение может повлечь за собой их преждевременный выход из строя. Контактные уплотнения применяют для герметизации вращающихся и поступательно-движущихся валов. Во многих случаях такие уплотнения, рассматриваемые в последующих

сти вала являются теми факторами, которые требуют повышенного внимания при решении проблемы уплотнения. В прошлом твердость поверхности вала должна была равняться по меньшей мере RC 30 (шкала С). Современные уплотнения удовлетворительно работают на валах из холоднокатаной стали, но при условии отсутствия каких-либо песчинок и абразивных частиц. Если вал изготовлен из мягких металлов, например из латуни или алюминия, то рекомендуется напрессовывать на него стальное закаленное кольцо, образующее рабочую поверхность уплотнения. Может применяться также и твердое непористое покрытие хромом при достаточной толщине и хорошем качестве.

а — отдельный узел уплотнения; б — установка уплотнения на длинный вал; / — нажимная втулка с наружным диаметром, на 0,25 — 0,38 мм меньшим, чем диаметр расточки корпуса для запрессовки уплотнения в корпусе; 2 — заплечик расточки корпуса для правильной фиксации уплотнения; 3 — фланцевое соединение между корпусами уплотнения и агрегата, уплотняемое прокладками или эластичными замазками для предотвращения утечек через стыки; 4 — центрирующая втулка корпуса уплотнения, обеспечивающая концентричность; 5 — рабочая поверхность уплотнения с чистотой обработки, соответ-. ствующей среднеквадратичной величине микронеровностей от 0,1 до 0,5 мк, свободная от борозд, царапин и заусенцев, что ограничивает утечки и предохраняет манжету от повреждений; 6 — фаска под 30°. переходящая в рабочую поверхность, свободная от борозд, царапин и заусенцев для разведения манжеты на диаметр вала без ее повреждения; 7 — зазор между подшипником и уплотнением для уменьшения ударного воздействия струек масла на манжету; 8 — прорезь в центрирующей втулке корпуса уплотнения напротив дренажного отверстия; 9 — дренажное отверстие, предотвращающее повышение давления; 10 — фаска на внешнем корпусе, облегчающая установку уплотнения; // — зазор между манжетой и шлицевым (шпоночным) участком вала для избежания ее повреждения; 12 — нажимная втулка с диаметром большим, чем расточка корпуса, и монтажным пояском для запрессовки уплотнения; 13 — торцовая поверхность, перпендикулярная к оси вала, для обеспечения правильной установки уплотнения; 14 — поясок для раскрытия манжеты и предотвращения ее порчи от контакта со шлицами, шпонками или плечиками вала при установке; 15 — рабочая поверхность уплотнения с чистотой обработки, соответствующей среднеквадратичной величине микронеровностей от 0,1 до 0,5 мк, свободная от борозд, царапин и заусенцев, что позволяет исключить утечки и повреждение манжеты; 1-6 — зазор между подшипником и уплотнением для уменьшения ударного воздействия струек масла на манжету; 17 — дренажное отверстие, предотвращающее повышение давления.

Скребковое защитное уплотнение с самоформирующимся язычком предназначается для установки на вращающиеся валы в условиях небольшой загрязненности внешней среды. Внутренний диаметр манжеты лишь немного меньше наружного диаметра вала во избежание чрезмерного трения. Чаще всего используется войлок, способный впитывать масло, имеющий низкий коэффициент трения. Так как вдоль поверхности вала материал манжеты расплющивается незначительно, то и величина образующегося язычка мала. Слишком большое биение вала приводит к отставанию манжеты. Наибольшее контактное усилие действует по центру рабочей поверхности уплотнения, где материал сжат в радиальном направлении между валом и корпусом. Низкое контактное давление на уплотняющей кромке делает рабочую поверхность уплотнения доступной для посторонних частиц

ким образом, что она имеет возможность совершать перемещения в осевом направлении, но не может вращаться. Четыре или более пружины создают усилие, прижимающее неподвижную поверхность уплотнения к плоскому торцу катка, вращающемуся на оси.

Подшипники (не показаны) расположены внутри катка. О-об-разное кольцо уплотняет зазор между защитным уплотнением и валом. Рабочая поверхность уплотнения и поверхность катка (обычно стальные) должны быть плоскими, чтобы под давлением пружин образовывался плотный контакт.

сделанных для одной идеализированной микронеровности, на всю поверхность уплотнения. Наклон микроклиньев можно определить по методу А. И. Голубева [1-4], разработавшего теорию образования микроклина за счет неравномерного нагрева поверхности выступа. Было показано, что тепловыделение и температура в пленке между двумя полостями с постоянным давлением увеличиваются в направлении движения, поэтому температурные деформации создают наклон поверхностей и сужающийся зазор между царапинами или впадинами в направлении вращения диска. Далее, для микроклина можно применить уравнение (77) и рассчитать подъемную силу. Однако уравнение (77) справедливо для клина с размерами В ^> I, когда незначителен расход жидкости в боковом направлении. После упрощений получена простая формула для расчета возникающей вследствие термических микродеформаций подъемной силы кольца:

Клапаны с тарельчатым затвором (см. рис. 3.14) надежнее конусных, особенно в условиях частых срабатываний. У них меньше повреждается поверхность уплотнения, кроме того они не имеют бокового смещения. Однако затвор клапана с конусной торцовой поверхностью обеспечивает посадку на седло в одно и то же место, т. е. без смещения, в то время как тарельчатый клапан редко садится на прежнее место.

нормальное давление со стороны шара на поверхность уплотнения

Вал в таком уплотнении не подвергается трению, так как трущаяся поверхность уплотнения, представляющая собой узкий кольцевой поясок, расположена в плоскости, перпендикулярной к оси вала.

.лость [45]. В настоящее время применяются кольца из ПТФЭ. В начале 60-х годов фирма «Филипс» разработала весьма эффективное уплотнение с жесткими допусками. Выступающая ра-'бочая поверхность уплотнения формировалась на стенке порш->ня, покрытой сплавом олова и свинца или дисульфидом молибдена MoS2. Поршень при глубоком охлаждении устанавливали в цилиндр двигателя и двигатель принудительно прокручивали в течение нескольких часов для притирки уплотнения к стенкам цилиндра. К сожалению, далеко не в каждом случае удавалось достичь надежного уплотнения, которое являлось скорее случайной удачей. В связи с этим фирма «Дженерал моторе» приступила к разработке системы поршневых колец более традици-ционного типа. Значительное место в этих разработках заняло уплотнение фирмы «Грин Твид», Норт-Уэльс, шт. Пенсильва-шия, США (рис! 1.128).