© к.т.н. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.

Расчет и характеристики пружин уплотнений

В конструкциях уплотнений различного оборудования применяются упругие элементы, имеющие рабочие усилия, обеспечивающие необходимые начальные контактные давления для герметичности уплотнения. Как-правило, функцию упругих элементов в уплотнениях выполняют пружины, изготавливаемые из металлической проволоки или ленты. По способу создания усилия пружины подразделяются на пружины сжатия, пружины растяжения, а также на пружины кручения и изгиба. Вследствие конструктивных и технологических особенностей последние не получили широкого распространения в уплотнительных узлах. В связи с этим обстоятельством в настоящей статье мы вкратце рассмотрим только пружины сжатия, которые находят повсеместное применение в торцевых уплотнениях и их различных модификациях, а также в узлах и агрегатах различного оборудования.

Для уплотнений вращающихся валов с перепадами давлений рабочих сред выше 0,5 атм широко применяются торцевые уплотнения, а также комбинированные уплотнения и их различные модификации. В этих уплотнениях в качестве пружин сжатия используются винтовые цилиндрические пружины (или набор этих пружин, что характерно в основном для уплотнений под большие диаметры валов), конические пружины и их модификации, а также, в ряде случаев, волновые пружины сжатия.

Последние в основном устанавливаются в узлах уплотнений, где имеются ограничения по осевым габаритам уплотнительной камеры, т.е. по установочной длине вдоль оси вала.

расчетная характеристика цилиндрической пружины сжатия

Цилиндрические пружины сжатия находят наиболее широкое применение в уплотнениях благодаря простоте изготовления и линейной рабочей характеристике (см. рисунок слева). Для увеличения площади контактной поверхности опорные торцы крайних витков пружины всегда подшлифовывают, как правило, с общей площадью прилегания не менее 75%.

Подшлифованные торцы опорных витков пружины должны иметь наименьшее отклонение от перпендикулярности относительно образующей этой пружины. Для расчета параметров пружин можно воспользоваться нашим сервисом онлайн.

расчетная характеристики конической пружины сжатия

Конические пружины сжатия вследствие своих конструктивных особенностей - переменного диаметра витков, обладают нелинейной силовой характеристикой. Причем, для них характерно два участка: первый участок с практически линейным изменением рабочего усилия от высоты пружины (или её деформации) и второй участок с ярко выраженной нелинейной зависимостью (см. рисунок слева).

Рабочая точка, соответствующая рабочей высоте этой пружины уплотнения, отмечена на рисунке пунктирной линией. Эту особенность конических пружин необходимо учитывать при проектировании уплотнений или других узлов, где предполагается применение таких пружин.
Пружины сжатия уплотнений в добавок к своей основной функции - обеспечению необходимого усилия поджатия, могут передавать односторонний крутящий момент. Обычно передача одностороннего крутящего момента осуществляется от вращающегося вала благодаря наличию поводков на опорных витках пружины или с помощью натяга (например, в торцевых уплотнениях TYPE 1). Существуют методики расчета пружин сжатия по ГОСТ. Вместе с тем, в некоторых практических случаях применение стандартных методик и расчетных таблиц не всегда приемлемо. В этом случае необходимо воспользоваться инженерными методиками расчета пружин сжатия, которые корректируются исходя из практических замеров реальных пружин и с учётом материала проволоки. При разработке конструкций торцевых уплотнений мы применяем свои инженерные методики расчета характеристик пружин сжатия, используя программный комплекс MSLC. На нашем головном сайте в разделе инженерные расчеты онлайн также имеется сервис, позволяющий проводить в реальном режиме времени расчеты пружин из нержавеющей стальной проволоки, эксплуатирующиеся при нормальных условиях.

Полезные ссылки по пружинам и их расчетам:
Расчет цилиндрических пружин сжатия онлайн.
Расчет конической пружины сжатия онлайн.
Расчет волновой пружины сжатия онлайн.
Пример расчета цилиндрической пружины сжатия торцевого уплотнения.
Пример расчета конической пружины сжатия торцевого уплотнения.