Сальник (технический)

Сальник (технический) — устройство,  позволяющее одной части машины   двигаться сквозь другую, наполненную жидкостью или газом, паром и пр., но так, что сквозь место прикосновения двух этих частей содержимое (жидкость, газ) пройти и вырваться на свободу не может. Таким образом, мы встречаем сальник на цилиндрах паровых машин, газомоторов и насосов, где сквозь них проходят стержни или штоки поршней, передающие наружу внутреннее давление пара и т. п. на поршень: здесь штоки имеют поступательное движение. В водяных же и паровых турбинах мы находим сальник для вращательного движения вала их, выходящего из кожуха турбины наружу. По сущности своей всякий сальник (черт. 1) состоит из стакана А, окружающего шток или вал так, что между ними остается кольцеобразное пространство k, заполняемое какой-нибудь набивкой, состоящей из мягкого материала, который при помощи крышки В сжимается и вследствие этого давит на шток и стенки стакана; необходимо (обыкновенно при помощи болтов, нажимающих на крышку) довести давление до такой степени, чтобы жидкость или газ не могли просачиваться. С течением времени набивка истирается, твердеет, вообще так или иначе портится, и приходится сальник подтягивать, т. е. вновь нажимать крышку, а по временам – вынимать старую набивку и на ее место класть свежую. За последние двадцать лет, с введением в технику пара высокого давления и сильно перегретого, и с появлением двигателей типа Дизеля, где приходится иметь дело с давлениями газа в 30 и 40 атмосфер, получили обширное распространение сальники с металлической набивкой, где набивка состоит не из мягкого материала, а из различного рода металлических колец, могущих хорошо притираться к штоку или валу.

Черт. 1.

Стакан сальника или отливается вместе со стенкой того сосуда, на котором он устанавливается (черт. 1), или делается отдельно и привертывается к ней, как па черт. 2. Крышка сальника нажимается при помощи двух или нескольких болтов; при больших сальниках для достижения возможно большей равномерности затяжки всех болтов устраивают иногда особый механизм,   затягивающий одновременно и равномерно гайки всех болтов (черт. 3).

Черт. 2.

Здесь рабочий вращает ключом центральное зубчатое колесо, которое вращает три шестерни, составляющие одно целое с гайками нажимных болтов. При маленьких сальниках, наоборот, для простоты не делают отдельных болтов, а превращают в болт самую крышку сальника навертывая ее на нарезанную  конечность стакана, черт. 4. Такие маленькие сальники делаются обыкновенно целиком из бронзы, а в чугунные стаканы в крышки больших сальников вставляют только бронзовые втулочки, грунд-буксы.

Черт. 3.

Черт. 4.

В качестве мягкой набивки служат: пенька, хлопчатобумажные шнуры, кожа, асбестовые препараты и т. п. Материалы эти перед постановкой на место промазываются или пропитываются салом, маслом, графитом. Иногда такой смазкой и ограничиваются, в серьезных же случаях, для непрерывной смазки двигающегося в сальник штока или вала, непрерывно нагнетают в сальник смазочное масло особым насосом.

Черт. 5.

Выбор мягкого материала зависит от свойств жидкости, при которой он  служит. Кожа годится только при холодной воде, пенька – и при паре низкого давления. Асбестовый шнур может работать даже и при перегретом паре. Из пеньки плетутся косы, вроде девичьих, и кругами кладутся вокруг штока или вала. Такими же кольцами кладутся шпуры. Кожа при тонких штоках вводится конусообразными кружками (черт. 5). Особый тип кожаного сальника для толстых штоков представляет известный всем из физики воротник. Брама для гидравлических насосов (см.).

Черт. 6.

 Описанные сейчас сальники и набивки одинаково пригодны как для штоков с поступательным движением, так и для вращающихся валов.

Черт. 7.

Гораздо большее разнообразие и сложность видим мы у сальников с металлической набивкой. Опишем здесь несколько наиболее типичных и употребительных, служащих для штоков с поступательным движением.

Черт. 8.

На чертеже 6 показана набивка Говальдига. Она состоит из нескольких пар разрезных колец, имеющих треугольное сечение, так что при нажатии крышки одни кольца (делаемые из белого металла или баббита) прижимаются к штоку, а другие, бронзовые, к стенкам стакана. Под самую крышку кладется кольцо из асбестового шнура.

Черт. 9.

В сальнике Прёлла набивка состоит из нескольких колец (число их зависят от давления жидкости), каждое из которых разрезано на три части; кольца чугунные, иногда залитые на трущейся поверхности баббитом. Каждое кольцо окружено кольцом (пружиной) из спирально свернутой проволоки. При помощи индикатора, вставляемого последовательно позади каждого кольца, можно определить, какую часть давления задерживает каждое кольцо, и узнать необходимое число колец. Такой сальник, но только для большого двигателя внутреннего сгорания, показан далее на черт. 9—10.

Черт. 10

На чертеже 7 показал сальник впервые устроенный в Америке с нажимом разрезных колец пружинами, расположенными по радиальному направлению. Такие сальники удобны тем, что занимают очень мало места по направлению длины штока.

Все описанные сальники назначены преимущественно для пара. В двигателях внутреннего сгорания тоже употребляются сальник с металлической набивкой, но ввиду весьма высокой температуры горящих в цилиндрах таких двигателей веществ устройство сальника отличается некоторыми особенностями. Именно, для устранения порчи колец  сальника горячими газами, устраивается еще, так сказать, «предварительные» сальники с кольцами более грубой конституции, менее боящимися высокой температуры; эта часть сальника находится ближе к цилиндру, а более деликатные кольца, собственно и дающие главным образом непроницаемость, находятся в наружной части сальника, далее от  цилиндра. Опишем несколько таких сальников новейшей конструкции, употребляемых в больших двигателях.

На черт. 8 — сальник Нюренбергского завода. Предварительная набивка состоит из 8 самопружинящих чугунных колец, главная — из четырех пар баббитовых колец треугольного сечения, прижимаемых к штоку спиральными пружинами, расположенными параллельно оси штока. На черт. 9 показан сальник Прелля; и предварительная и главная набивка состоят, как и при таком же сальнике для пара, из разрезных колец (черт. 10); разрезы колец делаются так, чтобы стыки в них были вполне плотны, без зазоров, куда, могли бы залезать горячие газы; эти кольца стягиваются кольцам из спиральной пружины. Для защиты трех предварительных колец от тех же газов перед каждым из них расположено возможно плотно приточенное к штоку защитное кольцо (залитое черным в разрезе), препятствующее горячим газам проникать в стыки колец; для защиты пружин этих колец от сильного нагрева, их пригоняют к кольцам только по двум узким кольцевым ободкам. За два кольца от переднего конца устроена уравнительная камера, где собираются просочившиеся газы и откуда они отводятся прочь.

Черт. 11.

Дальнейшие примеры можно найти в книге Дуббеля «Grossgasmaschinen. Ihre Theorie, Wirkungsweise und Bauart». Во всех подобных сальниках смазка вводится между предварительной и главной набивками.

Преимуществами металлической набивки по сравнению с мягкой являются: большая долговечность и меньшее трение. Материал колец металлической набивки может  дольше противостоять высокой температуре перегретого  пара или горячего газа, нежели многие мягкие, органические и минеральная набивки. Сила же нажатия колец и на шток при металлической набивке с пружинами может  быть, выбором пружин известной силы, урегулирована   так, что будет лишь как раз достаточна для обеспечения герметичности, болты же обыкновенного сальника машинисты  иногда затягивают так, что от сопротивления и трения чуть не останавливаются двигатели. Кроме того, при металлической набивке возможно, если потребуется, дать сальник возможность иметь некоторую подвижность, так что набивка, или часть сальника с нею, могут несколько наклоняться во все стороны, и потому, без чрезмерного нажатия и заедания, набивка может следовать свободно за изгибами или отклонениями штока от прямой оси, если таковые почему-либо происходят. Такая подвижность обыкновенно достигается тем, что на концах подвижной части сальника устраиваются шаровые опорные поверхности, как то видно на черт. 7.

Совершенно особый тип сальника представляет сальник для пароходного вала, устраиваемый в том месте, где этот вал вылезает из корпуса парохода наружу. Такие сальники называются в судостроении дейдвудными трубами и имеют особую специальную конструкцию. Они в больших пароходах, где валы бывают до аршина в диаметре, принимают иногда гигантские размеры.

На черт. 11 представлен сальник новой конструкции для вращающегося вала паровой турбины. Набивка состоит из четырех чугунных колец b, в  которые впрессованы кольца а из угля. Каждое такое составное кольцо разрезало на три части (а иногда и более), прижимаемые к валу рессорными пружинами. В местах стыка сегментов колец сделаны особые замки. Пар, просачивающийся сквозь сальник, отводятся из пространств с к f в ступени турбины с более низким давлением.

Рис. 12-16

Совершенно особый тип сальников составляют т. н. лабиринтные сальники, употребляемые как для поступательного, так и для вращательного движения. Лабиринт для поступательного движения (на тонких штоках) состоит в том, что на штоке вытачивается по окружности ряд неглубоких канавок (например, см. ХXХІ, 285, фиг. 14), так что пар, проходя вокруг такого штока, ходящего свободно во втулке, должен испытывать потерю давления от постоянных расширений и, в конце концов, все давление его поглощается, и он не доходит до наружной части цилиндра и т. п. Для вращающихся валов паровых турбин лабиринтные сальники устраиваются так, как показано на черт. 12, именно, как на вращающемся валу, так и в неподвижном   кожухе делаются ряды параллельных колец с весьма малыми зазорами между ними, так что опять вытекание пара затрудняется постоянными расширениями и сужениями площади прихода его сквозь лабиринт. На черт. 12 представлены лабиринтные сальники для кожуха турбины Парсонса (левый  лабиринт), как и для уравновешивающих поршней ее (средний и правый лабиринты). Здесь кольца имеют друг относительно друга осевой зазор (вдоль оси вала более детально часть таких  двух смежных колец   с зазором показана на черт. 13. Иногда устраивается и радиальный зазор; примеры показали па черт.14 и 15.  На черт. 16 представлена часть сальника смешанного типа, с   радиально-осевыми зазорами. Дальнейшие подробности относительно конструкции таких лабиринтов, отвода пара из них и обеспечения их от поникания воздуха (в ступенях низкого давления), относительно сальника с водяным уплотнением и т. д. можно найти в превосходном сочинении John Morrow, “Eniwerfen und Berechnen der Dimpfturbinen”.

А. Сидоров.