6. ETANSARI 6.1 Generalitati Etansarilesuntorganedemasinicarerealizeazaizolareactmaiermeticaaunui spatiucontinndunmediusubpresiune,separareaadouaspatiicarecontinmediiaflatesub presiunesi,uneori,cutemperaturidiferitesaurealizeazaprotectiaetansaaunorspatii continnd diverse lichide, mpotriva pierderii acestora sau a patrunderii unor corpuri straine. Cu termenul de etansare este denumit si procedeul de izolare a doua spatii. Etansarilesuntprezententoatedomeniilevietii,deaceeaaaparutofoartemare diversitate de tipuri de etansari. Toate trebuie sa indeplineasca anumite cerinte comune si, de aici, rezulta ca ele trebuie sa aiba anumite proprietati. 6.1.1 Proprietatile etansarilor nfunctiedetipuldeaplicatie,etansariletrebuiesaaibaanumiteproprietaticare,de multe ori sunt complementare, alteori fiind contradictorii. Etanseitatea este principala proprietate necesara pentru evitarea: -pierderilordinmediuletansat(pierdericareimplicademulteorimodificaride presiune si temperatura); -amestecului de medii diferite; -patrunderii corpurilor straine, n vederea reducerii uzurii. ngeneral,pierdereaetansariiducelapierderiaccentuatealefluiduluietansatsi/sau patrundereaimpuritatilornmediuletansat.Rezultateleacestuifenomensuntscurgeride fluid,distrugereaetansarii,uzuraaccentuata,toateacesteacuinfluentenegativeasupra functionarii instalatiei si a mediului ambiant. Rezistenta mecanica este o proprietate importanta attntimpulfunctionariictsila montaj si demontaj. Fiabilitateaesteproprietateadeafunctionauntimpdatnlimitaparametrilorstabiliti sinconditiiprecisedeutilizare.Fiabilitateaetansariitrebuiecorelatacuimportanta instalalatieincareaceastafunctioneaza.Astfel,sigurantanfunctionaretrebuiesafie maxima,dacainstalatiaestevaloroasasaudacaoprireasi/saudeteriorareaeipotducela pagube mari materiale sau umane. Durabilitateaetansariitrebuieapreciatanraportcusolicitarile(mecanice,chimice, termice)indusedemediuletansatsaudinconditiiledeexploatare.Durabilitateaetansariimai trebuie evaluata si n functie de capacitatea ei de a suporta demontari repetate. Pierderile de puterepotaparedatoritapierderilordefluidprinetansare(pentruunele tipuri de etansari acestea fiind normale) si datorita frecarilor din etansare. Accesibilitatea este foarte importanta pentru montare si demontare. Eficientaeconomicaseapreciazaattprinpretuletansarii,ctsiprincheltuielilede ntretinere care duc la reducerea costului total de exploatare. Compatibilitateacumediileetansateasiguraevitareaatacariitermo-chimicea materialelor pieselor etansarii de catre mediile izolate. Dispozitivele de etansare sunt denumite generic "etansari", termen folosit si n lucrarea de fata. Organe de masini. Transmisii mecanice 170 Conductibilitateatermicatrebuieluatancalculnfunctiedetipulinstalatiei,al etansariisialmodulsaudefunctionare.nuneleaplicatiiestedoritaobunaconductibilitate, n timp ce alte instalatii impun o izolare termica ridicata. Rezistenta si nepermeabilitatea la gaze sunt doua proprietati importante ale etansarilor folosite la instalatiile cu gaze. 6.1.2 Clasificarea etansarilor Clasificarea etansarilor poate fi facuta dupa diferite criterii. n figura 6.1 este prezentata o clasificare a etansarilor. Figura 6.1 Din punct de vedere al miscarii dintre pieselor, exista etansari pentru miscari de rotatie si etansari pentru miscari de translatie. Dupaformasuprafetelorpiseloractive,deosebimetansariplane,etansaricilindrice, etansari conice, etansari sferice. Dupapozitiasuprafetelorpieselorcarepartcipalaetansare,existaetansariradialesi etansari axiale. 6.1.3 Alegerea etansarilor Alegereatipuluiconstructivdeetansareesteunprocescomplex,dificil.Principalul factorcareinfluenteazaalegereaestecaracterulmiscariirelativeapieseloransamblului. Trebuieconsiderateproprietatilegeneralealeetansarilor,enumerateanterior,darsicele specifice instalatei pe care ele functioneaza. ncazuletansarilororganelordemasinicumiscarerelativaestefoarteimportanta limitarea sau eliminarea completa a scurgerilor mediului etansat prin jocurile pieselor aflate n miscarerelativa.Totlaacesteetansariapareproblemamicsorariifrecariisiaurmarilor acesteia (caldura, putere pierduta). Etansarilefaracontactnuridicaproblemafrecarii,eficientalornudepinde semnificativdevariatiatemperaturiisiavitezei,scurgerilefiindlimitate,dar,nanumite cazuri, acestea nu sunt neglijabile. Cu forta deetansare interioara De protectie Cu forta deetansare exterioara Cu contact direct Fixe Cu garnituraCu contact Mobile Fara contact ETANSARI Etansari 171 Conditiiledefunctionarealeinstalatieisicunoasterealorinfluenteazaalegereatipului deetansare.Anumitiparametripotficunoscuticuprecizie:sarcina,viteza,caracteristicile mediului etansat. Altiparametripotficalculati:deformatiilepieselor,jocuriledintrepiese.Acesti parametri pot sa varieze n timpul functionarii.nfigura6.2esteprezentataodiagrama[3]pentrualegereaorientativaatipuluide etansare. Figura 6.2 200015005000300010000700015000 n, rot/min 200 100 150 50 25 30 20 15 10 v = 5 m/s7 1000 0 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 100 200 500 400 300 800 600 d, mm Organe de masini. Transmisii mecanice 172 Uniiparametrisuntgreudedeterminat:deexemplu,omultitudinedeproblemesunt legatededeterminareaexactaatemperaturiinzonadecontact,modulsaudegeneraresi eficacitatea disiparii termice, conditiile de ungere etc. Oseriedeparametrisuntnecunoscutinmomentulalegeriietansarii.Deexemplu, vitezalimitaadmisibila(careesteunparametrudealegerealtipuluideetansare)depindede presiuneaactivaamediuluietansat,detemperaturalocala,decalitateasimicrogeometria realaasuprafetelordecontact,acesteadinurmadeterminnd,nfinal,cantitateadelubrifiant care ajunge efectiv la etansare. Laalegereatipuluideetansaretrebuieconsideratesiinfluentelealtorfactori:tipul lubrifiantului,graduldeimpuritateadmisibilpentrubunafunctionareasistemului,limitarile de gabarit si temperatura, spatiul destinat etansarii. Tabelul 6.1 prezinta cteva indicatii generale pentru alegerea tipului de etansare. Tabelul 6.1 Caracteristica functionala Domeniul de functionare Tipul de etansare recomandat NelimitataLabirint, etansare axiala < 14Etansare cu segmenti, presetupa cu inele metalice < 23Interstitiu, presetupa cu garnitura moale Viteza [m/s] < 1Inele manseta, inele profilate NelimitataLabirint < 12001400Segmenti, presetupa cu inele metalice, etansare axiala MedieSegmenti, presetupa cu inele de azbest Temperatura [C] < 40Segmenti, presetupa cu garnitura moale < 500600Inele manseta, etansare axiala < 2040Segmenti, presetupa metalica, inele manseta 320Labirint, segmenti, presetupa metalica, inele manseta 0,53Labirint, segmenti, presetupa moale, inele manseta Presiunea [MPa] 0,30,5Labirint, segmenti, presetupa metalica, inele manseta PerfectaInele manseta, etansari fixe SatisfacatoarePresetupa cu garnitura moale, segmenti, etansareaxiala Etansarea SlabaLabirint RedusaLabirint, etansare cu interstitiu ModerataSegmenti, presetupa cu inele metalice, etansare axiala Uzura RidicataInele manseta, presetupa cu garnitura moale 6.2 Materiale pentru etansari Materialelefolositepentruetansaritrebuiesaprezinteproprietatimultiple,adesea contradictorii,faptcarengreuneazaalegerealor.Astfel,materialeledeetansaretrebuiesafie deformabile, sa aiba rezistenta la comprimare si, n stare presata, sa prezinte o permeabilitate redusafatademediuletansatcucaretrebuiesafiecompatibile.Materialelepentruetansarile mobile trebuie sa aiba frecare de alunecare redusa si rezistenta ridicata la uzura. Pieleaeste,cronologic,primulmaterialfolositlaetansari.ngeneral,pielease folosestenstaretabacitasi/sauimpregnata.Pieleaesteunmaterialmoale,curezistenta ridicata (n stare tabacita), cu flexibilitate si duritate ridicate si cu rezistenta la abraziune. Alte avantaje ale pielii sunt: etansare buna fata de lichide, coeficient de frecare redus, frecare buna cu suprafetele rugoase, absoarbe si retine bine lubrifiantii. Principaluldezavantajesteporozitatea,nspecialfatadegaze,combatutaprin impregnare cu ceara, rasini, emulsii acrilice, parafina, poliesteri etc. Etansari 173 Pslaesteunmaterialtextilobtinutdinfiredelnanetesutesautricotate.Pslaareo capacitate mare de absorbtie a lichidelor, un coeficient de frecare redus si o elasicitate care se conserva timp ndelungat. Hrtiasicartonulsuntmaterialeieftine,folositelaetansarilefixe.Auobuna impregnabilitate utila la etansarile pentru gaze, dar au dezavantajul distrugerii la demontare. Plutasefolosestelaetansarifixe.Garniturileseexecutadinplaciobtinutedin70% plutagranulataamestecatacu30%liant.Plutaestepracticimpermeabilafatadelichidela presiunejoasa,dar,nstareuscata,estepermeabilafatadegaze.Plutaareuncoeficientde frecare mare, conductivitate termica redusa si se farmiteaza la folosire repetata. Nu rezista la acizi si baze si oxideaza aliajele de Al, Mg si, uneori, otelurile inoxidabile. Fibreletextilesuntcnepa,bumbacul,iuta,inul;acesteasefolosescnspecialsub forma de garnituri moi si ca insertii pentru garnituri manseta de cauciuc. Azbestulsefolosestelagarniturimoi,arerezistentatermicaridicata,darestefolosit putin n ultima vreme, datorita efectelor nocive. Clingheritulseobtinedinfibredeazbestcuunliantdecauciuc.Elreuneste avantajele, dar si dezavantajele ambelor materiale din care este obtinut. Elastomeriisuntprincipalelematerialefolositepentrugarnituriomogenesaucu insertie,darsipentruimpregnareaaltormaterialedeetansare.Elastomeriiseobtinprino tehnologiespecifica:preparareaamestecurilor,obtinereasemifabricatelorprincalandrare, extrudaresi/saudepunerenbaidesolutiideamestecuridecauciucurmate,nfinal,de vulcanizare. Cauciuculnaturalcauciuculetilen-propilensicauciuculbutilicnusuntrezistentila uleiuri. Elastomerii rezistenti la uleiuri sunt: cauciucul nitrilic, cauciucul poliacrilic, cauciucul fluorocarbonic,cauciuculsiliconic,cauciuculuretanic,cauciuculcloroprenic,cauciucul polisulfidic etc. Plastomeriisuntmaterialesinteticetermoplastice.Sepotdurificasuperficial,au coeficientdefrecareredus,necesitaousoaraungerelapresiunimici.Principaliiplastomeri folositi sunt poliamidele, polimerii cu flor si policlorura de vinil. Poliamidele (relon, perlon, capron, ultramid, duretan etc.) sunt produsesubformade fire sau granule. Ele sunt foarte higroscopice, ceea ce duce la modificari dimensionale care se potcombateprinfierberenuleimineral.Dupacumreiesedintabelul6.2,poliamideleauun coeficient de frecare redus. Tabelul 6.2 Coeficientul de frecare Tipul ungerii StaticCinematic Frecare uscata0,30,40,150,3 Ungere cu ulei0,10,080,08 Ungere cu apa0,230,19 Poliamida cu 5 % grafit coloidal0,070,150,060,1 Poliamida bloc se poate prelucra prin aschiere. Polimeriicufluor,ceimaifolositipentruetansarisunt:politetrafluoretilena(PTFE, teflon)sipolitrifluorcloretilena(hostaflon).Acestematerialeaurezistentachimicafoarte buna,nusunthigroscopice,aucoeficientdefrecareredus,auduritatemare,elastcitate redusa sisedeformeazasubsarcinantimp.Latemperaturimaimaride350C, unele tipuri degaja vapori otravitori. Teflon este folosit la presetupe, mansete, garnituri plane, segmenti, garnituri pentru ventile. Tabelul 6.3 prezinta comportarea la frecare a teflonului. Organe de masini. Transmisii mecanice 174 Tabelul 6.3 Cuplul de materialeCoeficientul de frecare Teflon/teflon0,090,19 Teflon/otel fara ungere0,070,11 Teflon/teflon cu ungere cu ulei0,040,07 Teflon/otel cu ungere cu ulei0,020,06 Coeficientuldefrecarealteflonuluiscadecucrestereasarciniisicresteodatacu cresterea vitezei. Policlorura de vinil este un termoplast obtinut prin plastifiere cu esteri. Este rezistenta laacizi,hidrocarburisiuleiuri.Arebuneproprietatimecanice,areobunarezistentalauzura siesteusorsudabila.Policloruradevinilareuncoeficientdefrecareredus,darmaimare dect teflonul, nsa este mai ieftina dect acesta.Metalele moisuntutilizatecamaterialedeetansaresubformadegarniturisiinelede alunecaresaupent runvelireagarniturilordinmaterialeelastoplastice.Celmaidesfolosite metale sunt: plumbul, aluminiul, cuprul, bronzul, alama, otelul, monelul (6365 % Ni aliat cu 2830 % Cu), fonta cenusie, argint, aur, platina. 6.3 Etansari fixe cu contact Etansarilefixecucontactseutilizeazanaplicatiilencarepieselenuaumiscare relativa.Existandouamaricategoriideastfeldeetansari:etansaricucontactdirect(fara garnitura) si etansari cu garnitura. 6.3.1 Etansari cu contact direct Etansarea fara element intermediar este o solutie des ntlnita n constructia de masini. Easerealizezaprinpresarea(uneoripnandomeniulplastic)reciprocaadouasuprafete apartinnd piselor de etansare. Printre avantaje se pot mentiona: etansare buna concomitent cu centrareapieselor,simplitateconstructiva,montaresidemontareusoare,nuexistapericolul distrugeriibrusteagarniturii.Dezavantajelesunt:fortemaridemontaj,executiepretentioasa a suprafetelor de contact si, n unele cazuri, etansarea se distruge la demontare. Etansareaserealizeazaprinntrepatrundereasideformarea(elasticasauplastica)a vrfurilorasperitatilorsuprafetelordecontact.Teoretic,conditiadeetanseitateesteca grosimea interstitiului ramas ntre cele doua suprafete sa ndeplineasca conditia [1]: a 3 h (6.1) unde a este diametrul moleculei de fluid. De exemplu pentru apamm 10 88 , 2 a7 , deci: mm 10 h6 (6.2) Nu toate lichidele sunt aderente la suprafetele metalice. Se cunoaste ca proprietatile de udarecresccumicsorareatensiuniisuperficiale.Fortaprodusadepeliculantinsaa meniscului se poate calcula cu formula: cc srA s 2F (6.3) Etansari 175 undesestetensiuneasuperficiala,Acesteariasectiuniicapilaresircesterazacapilarei. Pentruapala18Cseadmit:mm / N 10 3 , 7 s ; mm 10 5 r3 5c ,valoricucaresepoate calcula presiunea limita de etansare: MPa 92 , 2rs 2AFpcsc (6.4) ncazuladerenteifluiduluilasuprafetelemetalice,presiunealimitacreste.Pnalao anumitapresiunelimita,etansareasepoaterealizafaragarnitura,dartrebuiecaceledoua suprafetesaaibauncontactctmaibun.Aceastaconditiesendeplinestedacaseaplicao presiuneridicatasidacaserealizeazasuprafetectmaifineobtinuteprinrectificarefina, lepuire, honuire etc. Rugozitatea trebuie sa fie n domeniul Ra = 0,050,5 m. Suprafetele de etansare pot fi plane (fig. 6.3.a) sau conice (fig. 6.3.b) [2]. Figura 6.3 Fortadeapasareserealizeazadinexteriorsidepindedepresiuneacaretrebuie realizata. Presiunea de etansare necesara este: ( )b05 , 0p c p p0 e + (6.5) unde pe presiunea de etansare; p0 presiuneainitiala (deexemplup0 este 3 MPa pentru apa si 5 MPa pentru abur), c = 1,21,5 coeficient de suprapresiune, bsuprafatadeetansare calculata ca n fig. 6.3. Pentru ventile se foloseste o formula similara: ( )b01 , 0p c p p0 e + (6.6) n care valorile p0, c si ale presiunii de etansare admisibile pe a sunt date n tabelul 6.4 [2]. d2 d1 b F d1 d2 b Suprafatade etansaref sin 2d db2 12d db2 1a) b)pOrgane de masini. Transmisii mecanice 176 Tabelul 6.4 Materialulp0 [MPa]cpe a [MPa] Cauciuc moale0,30,42 Cauciuc dur, piele, material plastic0,50,54 8 Bronz cu Sn, alama cu Sn sau Mn, fonta3130 100 Otel, aliaje dure3,51150 250 Forta de apasare F se calculeaza cu: ( )2d dp b p F2 1e+ (6.7) nfigura6.4suntprezentatectevavarianteconstructivedeetansaripesuprafete conice. Figura 6.4 6.3.2 Etansari cu garnitura 6.3.2.1 Etansari cu garnituri plate Etansareacugarnituraeste,probabil,celmaidesntlnittipdeetansare.Avantajele suntdeosebite:suprafetedecontactplanecurugozitateobisnuita,montaresidemontare usoare, garniturile deteriorate se nlocuiesc rapid. Dupaformageometrica,garniturileinelare(figura6.5.b,c,d,e,f)sauspeciale(figura 6.5.a). Dupamoduldemontare,existagarniturimontateliber(figura6.5.asi6.5.b)saun canale speciale (figura 6.5.c,d,e,f). Dupa proprietatile materialelor, deosebim garnituri elastice si garnituri plastice. Fortacriticadepresaretrebuiedeterminatadinconditiadefunctionarefarascapari (etansare totala), dar fara depasirea limitelor de solicitare admise pentru materialul garniturii. Pentru garniturile din materiale dure, forta critica de presare [1]: g 0 m 0 ak k d p F (6.8) undeb d dm+ estediametrulmediu(figura6.5),k0estecoeficientulstrngeriiintiale (k0 = 0,8b la etansarea lichidelor si k0 = b la etansarea gazelor si a aburului), kg este rezistenta la deformare cu valori n tabelul 6.5. Etansari 177 Figura 6.5 Pentrugarnituriledinmaterialemoiserecurgelavaloriobtinuteexperimentalpentru produsul k0kg,deoarecearfineeconomicdacas-ar dimensiona suruburile si flansele pe baza presiunii critice. Se foloseste formula (6.8), cu valorile din tabelul 6.5. Tabelul 6.5 Materiale dureKg Materiale moik0kg Aluminiu moale10Carton impregnat2b Cupru20Cauciuc0,1b Otel laminat cu r > 370 MPa35Teflon2b OL 3740Clingherit1,5b 13CrMo4445 Otel austenitic50 Pentru un calcul exact, se poate folosi sursa bibliografica [1]. 6.3.2.2 Etansari cu garnituri profilate Garniturile profilate sunt executate din materiale moi sau dure. Garniturile din materiale dure, datorita rezistentei la deformare ridicate, se executa sub formaprofilata.nfunctionare,contactulliniarinitialsetransformancontactpesuprafata. Deasemenea,pentruomaibunaetansare,garniturileseexecutacudouasaumaimultelinii decontact.nfigura6.6suntprezentatemaimultetipurideprofilurifolositelaaceste garnituri. h b d h b d h b d h b d h b d h b d a) f)e) c) b) d) Organe de masini. Transmisii mecanice 178 Figura 6.6 Figura 6.7 Etansari 179 Dupatipuldedeformatiealgarnituriinfunctionare,deosebimgarniturielasticesi garnituri plastice. n general, garniturile din prima categorie au o singura linie de contact. Garniturileprofilatedinmaterialemoisuntrealizate,ngeneral,subformadesnururi profilate de forme foarte diferite. Snururileprofilateseobtinprinpresaresiextrudare,dinmaterialnevulcanizat,la lungimi finite si apoi, vulcanizate. Uneori snururile se mbina la capete. Exista o foarte mare diversitate de forme, unele fiind prezentate n figura 6.7 [1]. Profiluriledeschisefolosesclaetansarideusi,capace,ferestresifunctionezala presiuni reduse sau n absenta presiunii. Garniturile cu forme complicate se insereaza cu snururi de completare. Fortadepresarenecesaraseobtinelamontare,prindeformareaelasticaagarniturii. Locasurile pentru garnituri trebuie sa asigure o deformare de 1025% a acestora, valorile mici corespunznd garniturilor de dimensiuni mari. 6.3.3 Etansarile mbinarilor de conducte Lambinarilesistemelorhidraulicesuntutilizateomarevarietatedembinari.La alegerea acestor etansari trebuie sa se tina cont, acolo unde este cazul, de presiunea mare din conducte.Acestapresiunegenerezaofortacaretindesasmulgaconductadinsistemulde etansare.Tipuriledeetansarideconductesunt:etansaricumufedincorp,etansaricufilet, etansari cu flanse. Etansariledeconductecumufedincorpauunmoddefunctionareasemanator presetupelor; elementul de etansare (elastic sau rigid) este presat la montare de alte doua piese pentru realizarea etansarii. De obicei, una din piese este conducta. Etansarile cu filet sunt cele mai sigure etansari de conducte. Acestea sunt de mai multe feluri: etansari cu fitinguri filetate, etansari filetate pentru instalatii pneumatice, hidraulice sau hidrostatice, etansari de tuburi flexibile. Etansarilecufitingurifolosescfiletulconic.Montajulsefaceprinfiletareacapatului de teava direct ntr-o piesa filetata interior. Etansarilepentruinstalatiifolosescfitinguriconice.nfigura6.8esteprezentatao etansarepentruinstalatiihidraulice.Mufa1estefiletatalauncapncorpulinstalatiei.La celalaltcap,mufasefileteazanpiulita3care,prinsuprafataconicaafitingului2,strnge conducta 4 pe capul conic al mufei 1. Figura 6.8 Trebuie observat ca etansarile filetate pentru instalatii hidrostatice functioneaza la cele maimaripresiuni(30MPasauchiarmaimari).Deaceeaacesteatrebuiealeseastfelnctsa reziste fortelor mari. 4 s LL1 231 dDn Organe de masini. Transmisii mecanice 180 Etansariledeconducteflexibilesuntspecificeinstalatiilorhidrostatice.Elefolosesc furtunuri cu insertie speciale pentru presiuni mari. Pentruasamblarearapidaaconductelordeforajcupresiunide2035MPasi temperaturidepnala100Csefolosescasamblarispecifice,cunoscutesubnumelede racorduri olandeze. 6.3.4 Etansari prin inele O Etansarile cu inele O se folosesc n instalatiile hidraulice si pneumatice. Avantajeleacestoretansarisunt:simplitateaconstructiva,volumulredusaletansarii, montarea,demontareasintretinereausoare,functionaresigura,etansarenambelesensuri, executie pentru o mare gama de dimensiuni, pret redus. Principalul dezavantaj este dat de faptul ca nu se poate realiza o etansare completa. n acest caz trebuie evaluate pierderile admisibile de fluid. nfigura6.9esteprezentatschematicmoduldeetansareaineluluiO.Ineluleste montat n locas cu o strngere initiala (figura 6.9.a), care genereaza presiunea de strngere pa. Laaparitiafluiduluisubpresiune(figura6.9.b),inelulsedeformeazaelasticpnala patrundereaninterstitiu.Totodata,inelulseopunedeformarii,astfelcalacrestereapresiunii fluidului, inelul realizeaza o presiune mai mare asupra suprafetelor pieselor de etansare. Figura 6.9Figura 6.10 Pentruetansareagazelor,lamiscaridetranslatie,inelulOestealescuundiametru exteriormaimaredectalezajul(figura6.10.a)sicujoclafundullocasului,realizndastfel presiuneadestrngerelamontajpa.Laaparitiagazuluisubpresiune(figura6.10.b),inelulse deformeaza, realiznd etansarea. nfigura6.11suntprezentatetreitipuridemontajaleinelelorO:tipalezaj (figura 6.11.a), tip arbore (figura 6.11.b), pe colt (figura 6.11c). Figura 6.11 IneleleOsilocasurilepentruineleOsuntstandardizatenfunctiedetipuldemontaj, diametrul de montaj si presiunea fluidului care trebuie etansat. pa a) p b) pa a) p b) b) d d c) d a) Etansari 181 Capacitatea de etansare a inelelor O este influentata de urmatoarele: marimeainterstitiuluitrebuiesafiectmaimica,pentruacompensatendintade extrudare a inelului; duritatea inelului trebuie marita, odata cu cresterea presiunii; inelulnutrebuiedeterioratlamontare,celmaimicdefectputndducelapierderea etansarii; locasulineluluitrebuiemarit,dacaseprevedeoumflareaineluluincontact cu fluidul etansat; sistemuldeprinderealcapaculuinutrebuiesapermitarefulareainelului,datorita elasticitatii suruburilor de prindere; n acest sens montajul de colt (figura 6.11.c) nu este recomandabil. DacaseconsideraunmontajcuineleO,detipfrontal,nconditiidefunctionare (fluidul are presiunea p), forta totala de etansare este [2]: t e fF F F 2 , 1 F + + (6.9) undeFfestefortadatadepresiuneafluidului,FeestefortadeetansaresiFtesteforta suplimentara data de efectele termice, daca temperatura este mai mare de 300C. Fortele componente sunt date de relatiile: 2D p pF2mf (6.10) p m b D p Feef m (6.11) unde bef = 0,5b (figura 6.12) si coeficientul m = 0,751,25 [2], cu observatia ca pentrugaze se adopta o valoare dubla. Figura 6.12 Forta determinata de dilatarile termice este: e eefs settA EbA ELa L t ?F+ (6.12) unde tet este diferenta de temperatura ntre zona inelului O si suruburile de strngere, nC; Lestelungimeadelucruasuruburilor,nm;estecoeficientuldedilataretermicapentru materialul suruburilor (pentru otel = 1,210-5 C-1); Es si Ee sunt modulele de elasticitate ale suruburilorsiineluluiO,respectiv,nPa;AssiAe sunt ariile sectiunii suruburilor, respectiv inelului O, n m2. bef p pef b d Dm Organe de masini. Transmisii mecanice 182 La montaj: F s b D p Fs ef m m (6.13) unde s =2,8 MPa [2]. n practica industriala sunt folosite si alte mijloace de etansare fixa. Sudarea este utilizata ca mijloc de mbinare etansata a unor elemente de instalatii care functioneazasubpresiunesitemperaturiridicate.Pintreavantajesuntetansareaperfectasi stabilitateatermica.Principaleledezavantajesuntdificultateacontroluluicalitatiisuduriisi dificultatea prelucrarii pieselor ce urmeaza a fi sudate. Asamblareaprinajustajcustrngereesterealizatafieprinncalzireapiesei cuprinzatoare, fie prin racirea celei cuprinse. Avantajul principal este simplitatea constructiva. Dezavantajelesunt:instalatiisuplimentaredencalziresauracire,etansareanumai functioneaza dupa demontare. Etansarile mandrinate reprezinta asamblari nedemontabile a unei tevi prin presarea si largirea ei n alezajul unei piese masive. Etansaricugarnituricuefectdepanasuntfolositenspecialninstalatiipentru presiuni ridicate. 6.4 Etansari mobile cu contact Etansarilemobilecucontactsuntfolositeatuncicndntreelementeleetansariiexista miscare relativa de rotatie si/sau de translatie. nprincipiu,etansarilemobilecucontactfolosescogarniturapresata pe piesamobila. Pentrumicsorareafrecariisiauzuriidintregarniturasipiesamobila,esteobligatoriucantre elesaexistelubrifiant.Aceastavadanastereunuifilmhidrodinamiccarereducefoartemult frecarea si elimina practic uzarea. Dezavantajulacestuifenomenestelegatdeaparitiaunorpierderidelubrifiantcare sunt acceptabile pna la un anumit nivel. Dupa modul n care functioneaza, etansarile mobile cu contact se mpart n: etansari cu forta de etansare interioara, etansari cu forta de etansare exterioara si etansari de protectie. 6.4.1 Etansari cu forta de etansare interioara Acesteetansarirealizezanchidereainterstitiuluidintrepieseprindeformareaelastica sau plastica a unei garnituri. Garniturile se executa dinmateriale moi, din materiale mixte sau din materiale rigide. Etansareaesterealizataprinactiuneauneiforteexterioarecareactioneazantr-un anasamblu denumita etansare cu presetupa sau etansare cu presgarnitura. Garniturile din materiale moi se realizeaza din cnepa, bumbac, in, azbest, psla, piele, cauciuc.Eleseprezintasubformadesnurdesectiunepatrata,dreptunghiularasaurotunda, obtinut prin rasucirea sau mpletirea fibrelor sau din tesaturi mpaturite. Garniturilemixtesuntobtinutedinmaterialmoalecuinsertiemetalicasubformade srma, lamele, inele sau folii nfasurate. nfigura6.13suntprezentatedouatipurideetansaricupresetupa.nfigura6.13.a etansareaesterealizatacuosinguragarnitura,nfigura 6.13.b etansarea realizndu-se cu mai multe garnituri profilate. Etansareaserealizeazaprincomprimareagarnituriidinexterior,lastrngerea suruburilor. Forta de compresiune necesara nu se poate determina dect experimental. Pentruproiectareaacesteietansarisepotfolosielementelegeometriceindicaten figura 6.14. Etansari 183 Figura 6.13 Figura 6.14 Forta de strngere a garniturii Fs si forta de frecare Ff se calculeaza cu[2]: ( )4p d d pFs2 20s (6.14) 2p h d Fsf (6.15) undeps=p,iarcoeficientularevaloridatentabelul6.6.Cups-anotatpresiuneade lucru al mediului care urmeaza a fi etansat. Tabelul 6.6 p [MPa]0,611,62,546,410 32,62,221,51,31,2 h d0 d s ( )( )( ). m 8 , 0 d 005 , 0 j; d 5 , 2 5 , 1 s; mm 30 3 s; s 8 6 h ; d h; d 5 3 d d; 60 40 amaxmaxmax 00 + KKKKK a)b) Organe de masini. Transmisii mecanice 184 Pentruetansariletijelorderobineteexistadiferitenormestrainecarestabilesc grosimea garniturii. nfigura6.15esteprezentatatipizareagarniturilornfunctiedediametrultijeidupa standardulDIN3780.Valorilegrosimiigarnituriisuntdatentabelul6.7,iarnumarul garniturilor, z, se poate alege din tabelul 6.8. Figura 6.15 Tabelul 6.7 d44,5578111218202628363850537580120125125 s2,5345681012,51620 Tabelul 6.8 p [MPa]100 z456781012 6.4.2 Etansari cu forta de etansare exterioara Aceste etansari folosesc pentru etansare o forta de etansare exterioara. Daca forta exterioara este data de presiunea fluidului, principalele tipuri sunt etansari cu garnituri manseta, cu inele profilate si prin membrane. Principaleleetansarilecufortaexterioaradealtanaturasunt:etansaricusegmenti metalici si etansari frontale. 6.4.2.1 Etansari prin garnituri manseta Garniturilemansetarealizeazaetansareadatoritaforteiprovenitedelafluiduletansat, dar si datorita unei prestrngeri realizate la montaj. Acest proces se numeste autoetansare. Dinpunctdevederealprocesuluideetansare,elementulcaracteristicalmansetelor estebuzadeetansare.Lamiscareadetranslatieaelementuluimobilntr- unmediucu presiune,buzadeetansareareundublurol:derazuireafluiduluisidecreareaunui interstitiu convergent ntre ea si elementul mobil. Acest interstitiu, plin cu fluid, creaza efectul hidrodinamic necesar functionarii corecte a etansarii. Lamiscareansensinversarelocunfenomensimilar,darcuogrosimemaimicaa filmului fluid, diferenta celor doua grosimi dnd n final pierderile de fluid. Buzadeetansare,plasatalainteriortrebuiesaaibadiametrulmaimicsau,respectiv, mai mare dect al elementului mobil. Buza de etansare trebuie executata cu precizie ridicata, trebuie sa fie neteda si sa fie lucioasa. d s D Etansari 185 Deasemenea,suprafatapieseimobiletrebuiesaaibaabaterigeometriceredusesi rugozitati mici: 4 , 0 Ra. n practica exista mai multe tipuri de mansete. Figura 6.16Figura 6.17 nfigura6.16suntprezentategarniturimansetacuprofilV,pentrupresiuneredusa (figura 6.16.a) si pentru presiune ridicata (figura 6.16.b). Mansetele de acest tip se folosesc n baterii de minimum trei, asamblate cu inel de presare si inel de reazem. nfigura6.17suntprezentategarniturimansetacuprofilU,pentrupresiuneridicata (figura 6.17.a) si pentru presiune redusa (figura 6.17.b). Figura 6.18Figura 6.19 GarniturilemansetacuprofilLI(pentruarbori)suntrotunjite(figura6.18.a)saucu muchie (figura 6.18.b). Garniturile cu profil LE (figura 6.19) pentru alezaje sunt executate similar. Eficientaetansariiesteinfluentatade frecarea pe suprafetele de etansare care depinde la rndul ei de numerosi factori. Se apreciaza [2] ca frecarea statica este de 36 ori mai mare dect frecarea cinematica sicacoeficientuldefrecaredepindesensibildepresiuneafluiduluietansat(=0,10,3 pentru p = 4 MPa si = 0,01 pentru p = 20 MPa). Durabilitatea, n ore, a garniturilor cu manseta din materiale moi se apreciaza cu: npkT3

,_

(6.16) undekesteuncoeficientalprofiluluigarniturii(pentruprofilulU,k=280106),peste presiunea fluidului n MPa, n este numarul de curse duble pe minut. a)b)a)b) d d d d a)b)a)b) Organe de masini. Transmisii mecanice 186 6.4.2.2 Etansari cu inele profilate Etansarilecuineleprofilateauavantajuleliminariipericoluluideextrudaren interstitiu la presiuni mari. De aceea ele sunt folosite n locul inelelor O la etansarile mobile. Figura 6.20 Existamultetipurinfunctiedeformasectiunii:inelepatratesaudreptunghiulare (figura 6.20.a) care rezista cel mai bine la extrudare dar au frecarea cea mai mare, inelele delta sau triunghiulare (figura 6.20.b) sau alte forme (figura 6.20.c- f) care evita extrudarea dar au si frecarea redusa. Inelul cu patru lobi (quadring) acopera integral domeniul de folosire al inelelor O, evta extrudarea si are frecarea redusa (figura 6.20.c,e). Cutoateacesteavantaje,ineleleprofilatenusuntfolositepescarafoartemare deoarece au un pret ridicat datorita tehnologiei pretentioase de fabricatie. 6.4.2.3 Etansari prin membrane si burdufuri Membranele(diafragmele)suntgarniturideetansareelasticecareseparaetansdoua medii diferite si care si modifica volumul n timpul functionarii. Presiunea fluidului se aplica fie pe o parte a memranei, fie, alternativ, pe ambele parti.Miscareaaxialaamembranei,generatadepresiune,se transmite unui piston sau unei tije. Existasialteaplicatii,lacaremiscareapreluatapecalemecanicaestetransmisa,prin intermediul membranei, unui fluid sub forma de presiune sau serveste la pomparea fluidului. Membranelesefolosesclaaparatedemasura,aparatehidraulicesipneumatice, amortizoare, acumulatoare, pompe cu membrana etc. Membraneleseexecutadindiferitetipuridecauciuccuduritatea4380ShAcu insertii din fire textile (bumbac) sau sintetice (relon) pentru marirea rezistentei. Dupa constructie, se pot deosebi: membrane plane, realizate din material elasic (figura 6.21); membrane ondulate (figura 6.22); membrane profilate (n forma de oala), avnd sectiune de forma tronconica. Forma constructiva a membranei este impusa de posibilitatea miscarii axiale. Astfel, la omembranaplananusuntadmisemiscariaxialemaimaride5%dindiametrulliberal acesteia. Membranele profilate permit curse mai mari. a)b) c)d)e)f) Etansari 187 Figura 6.21Figura 6.22 Membranele se executa cu diametre variind de la 10 mm pna la 1000 mm. 6.4.2.4 Etansari cu segmenti metalici Segmentiimetaliciasiguraetansareantrepistonsicilindrula motoaretermice,precumsilaaltemasinicarefunctioneazacualtemedii: apa, vapori, ulei, aer, gaze etc. n timpul functionarii, segmentul exercita o presiune pe suprafata cilindrului.Aceastapresiunepoatefirealizataprinelasticitateapropriea segmentului,datoritaunuialtelementelasticsauchiarprinactiunea fluiduluisubpresiune.Exista deci, segmenti cu arcuire proprie, segmenti cu arcuire suplimentara si segmenti cu arcuire exterioara. Dupaconstructie,segmentiipotfisimplisaucombinatidinmai multe bucati. Segmentiindeplinescsirolulderepartitiealubrifiantuluin cilindru,dereglareadebituluidelubrifiant.Dinacestpunctdevederese deosebesc segmenti de compresiune si segmenti de ungere. Dupaformafanteisedeosebescsegmenticufantasimpladreapta (figura6.23.a)sauoblica(figura6.23.b,c),cuacoperiredreapta(figura 6.23.d), cu acoperire oarecare (figura 6.23.e,f,g), cu eclisa (figura 6.23.h). Datoritainaccesibilitatiintimpulfunctionarii,segmentiinupotfi supravegheati n mod direct. Etansarilecusegmentinuasiguraoetanseitateperfecta;debituldepierderitrebuie redus pna la o valoare limita care, nsa, trebuie sa asigure ungerea corespunzatoare. Segmentiiseexecutadinfontacenusie(Fc200,Fc250)uneorifontacuadaosde siliciu. La instalatii pneumatice se folosesc segmentii din bronz. Calculul segmentilor presupune verificarea de rezistenta att la montaj ct si n timpul functionarii. d D h s a) h s b) h s c) h s d) h s e) d D h s a) h s b) h s c) h s d) a) b) c) d) e) f) g) h Figura 6.23 Organe de masini. Transmisii mecanice 188 La montare, n segment apare un efort maxim dat de [1]: 22DeE s (6.17) undeEestemodululdeelasticitate(Young),nMPa,eestegrosimeasegmentului(figura 6.24), n mm si D este diametrul alezajului cindrului, n mm. De aici rezulta grosimea necesara a segmentului: EsD e (6.18) Pentruunsegmentdegrosimeconstanta,montatnlocassipresatpecilindru, presiunea medie ntr-o sectiune (figura 6.24) este. 2fsin D 3s ep2 22 (6.19) Figura 6.24Figura 6.25 Pentrup f si12fsin2si admitnd acelasi efort unitar ca la montaj (6.17.) E 3sp2(6.20) Segmentulidealartrebuisaaibapresareconstantanfiecarepunctdecontactcu suprafata cilindrului. Se recomanda ca presiunea pe cilindru sa fie[1] de 0,01-0,12MPa,valorilemicifiind adoptate pentru viteze mari. Pentrusegmentuldinfigura6.25,Resterazacircumferinteifibreineutre,iarR+R este raza exterioara. Se considera zona AB ca un solid ncastrat n B, momentul ncovoietor fiind: 2asin R h p 2 M2 2 (6.21) e A M O h R+R A R O B Etansari 189 Stiind ca momentul de inertie I este: 12e bI3si ca (6.22) I EMRR ?R ? R1R12 +(6.23) Obtinem grosimea segmentului: 3242asinR ? ER p 24e (6.24) n mod evident, grosimea maxima a segmentului este. 34maxR ? ER p 24e (6.25) Corespunzator, se obtine consecutiv: 22 2e2asin R p 12s (6.26) 2max2maxeR p 12s si n final (6.27) 22e ER p 24RR ? (6.28) n literatura de specialitate se indica08 , 0 03 , 0RR ?K si 201301ReL . Deschiderea inelului a poate fi calculata cu: E eR p p 36a24 (6.29) Forta de frecare totala este data de. ( ) p 84 , 0 s z h D p Fm f + (6.30) unde z este numarul de segmenti si m este presiunea medie exercitata de segment pe cilindru la montaj. 6.4.2.5 Etansari frontale Etansarile frontale sunt etansari cu contact care au rolul de a nchide spatiile de iesire a organelordemasiniaflatenmiscarederotatie,spatiincareseaflafluidesubpresiune. Dispozitiveledeetansaresuntfolositentoatedomeniiletehniciisi,deaceea,nomenclatorul acestora este foarte larg, iar cerintele si conditiile de exploatare sunt variate. Organe de masini. Transmisii mecanice 190 Conditiileceruteuneietansarifrontaleeficientesunt:mentinereapresiuniilavaloarea prescrisa,farapierderidefluid;rezistentamecanica,chimicasilauzare,precumsistabilitate termica ridicata; ntretinere usoara; fiabilitate n functionare. Etansarilefrontalesefolosescnindustriaautovehiculelor,chimica,extractiva, petroliera,afrigului,energetica,transporturietc.Elesefolosesclaetansareafluidelor agresivechimic,curatesaucuparticuleabrazive.Presiuniledelucrupotvariantrevidul naintat si 100 bar, temperaturile ntre 200C si 1000C, la viteze relative de pna la 100 m/s. Figura 6.26 Avantajeleetansarilorfrontalesunt:fiabilitateridicatanexploatare;pierderi(prin scurgeri) reduse sau nule; nu produc uzarea arborelui; constructie simpla, ntretinere usoara. Dezavantajeleetansarilorfrontalesunt:pretridicat;preciziedeexecutieridicata; materiale relativ scumpe. Constructiv, o etansare axiala frontala are componentele specificate n figura 6.26 (1 si 2ineledeetansare;3etansarefixacuinel;4carcasa;5 arbore; SEsuprafatade etansare).Laacestea,nfunctiededestinatie,potfiadaugateelementedeprotectie,de compensare, de baraj etc. Etansarile frontale pot fi cu racire sau fara racire. Dinpunctdevedereconstructivetansarilefrontalepotfisimple,dublesaumultiple, respectivcumaimultesuprafetedeetansare.Acesteultimedouatipuripotficonceputecu fluid de blocare sau fara fluid de blocare. Etansarilesimplesefolosescpentrufluidecuratelapresiunimicisimijlociisi temperaturimari.Etansariledublesaumultipleseutilizeazapentrufluidecuparticule abrazive, chimic agresive la presiuni mijlocii si mari si temperaturi mari (n special n varianta constructiva cu fluid de blocare). Pentru determinarea bunei functionari, se considera coeficientul ncarcarii etansarii. iHiHppAAK (6.31) unde A aria suprafetei; p presiunea; H se refera la fluidul etansat; i se refera la suprafata de etansare. Din punct de vedere al ncarcarii etansarii, pot exista urmatoarele situatii: K0,etansarencarcata,avndAH>AI,QS0,coeficientdefrecaremaresi temperatura ridicata. nchidereaetansariiestedatadesistemuldefortecareasiguracontactuldirectdintre celedouainele.Acestoraliseceresandeplineascaconditiideosebitealesuprafeteide etansare: planeitate perfecta (de ordinul a 0,001 mm) si rugozitea Ra=(0,150,3) m. Fortele care actioneaza ntr-o etansare frontala (figura 6.26) sunt: Farc este forta din arc carenchideetansarealaporniresioprire;FHestefortadatadepresiuneafluidului;Fieste forta din interstitiu; Ff este forta de frecare. Rezulta ca forta totala Fa este. f i H arc aF F F F F t + (6.32) Aceasta forta este foarte greu de controlat, datorita variatiilor permanente ale presiunii, ncarcarii si frecarii. ntimpulfunctionariiinelelesuferamodificari.Acesteasuntdezechilibraridatorate constructieilor(tipgrindancastrata),deformatiilormecaniceimpusedesistemuldefortesi deformatiilor termice datorate frecarii. Rezultacantimpulfunctionariisuprafetelenumairamnparalele,astfelnct contactul se produce fie pe fsia corespunzatoare diametrului interior, fie pe a celui exterior. Acesteincovenientepotfiremediateprin:alegereaunormaterialecuconductivitate termica ridicata; buna cunoastere a cmpului de temperatura si proiectarea etansarii ca atare; executareainelelorculatimimicisigrosimimari;pastrarearegimuluitermicnlimite admisibile. Regimuldeungeredepindededebituldescapari,degeometriasuprafetelorside regimultermic.AstfelMayersiSeufert[4]austabilitregimuldefrecarenraportde coeficientul ncarcarii etansarii K. Figura 6.27 Astfel, n fig. 6.27 s-au notat cu A regimul uscat sau limita, cu B regimul mixt si cu C regimul fluid de lubrificatie pentru o etansare frontala. Calcululderezistenta(rigiditate)sefacepentrupastrareadeformatiilormecanicen limiteadmisibile.Ineleledeetansarepotficalculatecurelatiilecunoscutevalabilepentru tuburi cu pereti grosi, cu determinarea tensiunii echivalente. nunelecazuri,datoritafragilitatiiineluluideetansare(materiale ceramice), acestase monteazacustrngereelasticantr- uninelsuportdeotel.mbinareacustrngereelastica, realizataastfel,secalculeazacumetodacunoscuta,cuconsiderareaefectelortermice. Problemederezistentamecanicapotfiabordatesipentrualtecomponentealeetansarii(arc, bucsa de antrenare etc.) cu metode cunoscute. Calcululdelubrificatiealetansarilorfrontalesefaceprinanalogieculagareleaxiale hidrostatice, dar cu deosebirile:etansarilelucreazacufluidecuproprietatiredusedeungere; A C B k 2 1 h Organe de masini. Transmisii mecanice 192 fluiduldelucrusepoategasilatemperaturinaltesaujoase;debituldescapariQSestefoarte mic si se considera nul. Modelul fizic este cel al curgerii unui fluid printre doua placi plane paralele. Fig 6.28 ModelulmatematicestedatdeecuatialuiReynolds,ecuatiaenergieisiecuatiade stare. Cu notatiile din figura 6.28, aceste ecuatii sunt: ( )( ) ( ) ( )( )( )( )zwyvxuTT ? ?T , p ? ?t , z , y , x p p0 w ?zv ?yu ?x t?dL T ?c ??zTwyTvxTuzT3?u ? ?zp?1zdtdwyT3?u ? ?yp?1ydtdvxT3?u ? ?xp?1xdtduf++ + + ++ + + + + + + + + (6.33) Pentrurezolvareaacestuisistemsepresupunurmatoareleipotezesimplificatoare: suprafetelesuntplanerigide;curgereaestelaminarasipermanenta,iardensitatea lubrifiantuluiesteconstanta;forteledeinertiesidegreutatesuntneglijabilenraportcu distributiadepresiuni;placilesuntdelungimeinfinitasi,deci,variatiilevitezeindirectiile OxsiOzsuntneglijabilenraportcuceandirectiaOy;temperatura,vscozitateasi conductibilitatea lubrifiantului sunt constante; grosimea filmului de lubrifiant h este constanta si suficient de mare pentru ca sa existe frecare fluida si debit de scapari. Necunoscutelesistemului(6.33)suntcomponentelevitezeiu,v,w(x,y,z,t),presiunea p(x,y,z,t) si temperatura T(x,y,z,t). Rezultateleacestuimodelnusuntntotalitateconfirmate de realitate. De aceea se fac urmatoarele corectii: U1 p pa h y -z x Etansari 193 - vscozitatea dinamica ? ct, considerndu-se o lege de variatie exponentiala, pentru uncalculaproximativ,saulegeaRoeland.Aceastaabordareducelascadereavscozitatiicu cresteratemperaturiisi,concomitent,lacresteravscozitatiicucrestereapresiunii,caz apropiat de realitate; -Banerjearatacagrosimealubrifiantuluih ct,variatiadatorndu-sedeformatiilor elastice determinate de presiune si deformatiilor termice; -temperaturatrebuieconsideratavariabiladupaolegepatratica,exponentialasau considerata inclusa n legea vscozitatii a lui Roeland. Determinareapierderilordefluidsebazeaza,nprimulrndperezultateleunor ncercari experimentale, cu att mai mult, cu ct regimul de frecare pe suprafetele de etansare este cel mai adesea semifluid si numai exceptional fluid. Pe de alta parte, notiunea de pierderi admisibiledefluidestencainsuficientclarificata;existaastfelrecomandaricuprinsentre 0,0042 si 0,17 cm3/min, iar n literatura de specialitate se mai vorbeste si de pierderi nule, desi aceste pierderi nule pot nsemna ctiva cm3/ora, fara aparitia de picaturi. Pierderile de fluid depind n primul rnd de realizarea ct mai perfecta a contactului pe suprafeteledeetansare,demarimearugozitatilor,dedistributiadepresiunininterfata,de regimuldefrecaresideviteza.Vscozitateafluiduluisilatimeasuprafeteideetansarenu intervin ca influente ntr-o masura nsemnata. Regimdefrecarelimita.Desinuseconstataexistentauneipresiunipsiniciaunei peliculecontinueninterfata,uneledebiteredusepotexistaprintremicrosuprafetelen contact, prin difuzie accentuata de efecte centrifuge. Pebazaunornumeroasencercariexperimentale,pentrudebituldepierderise recomanda relatia: ( )( )220 ap KS ? p p d pQ (6.34) ncare:daestediametruldeadmisieafluiduluininterstitiu;p0presiuneaexterioara;S factordeinterfata[2];parametrulderugozitate,22 a21 aR Rh?+ ,hestegrosimea peliculei de lubrifiant si 2 , 1 aRsunt rugozitatile inelelor. Regim de frecare mixta. Pierderile de debit se apreciaza calitativ cu relatia. ( )( )220 ap Kb v h p p d pQ (6.35) undevvitezamediepesuprafeteledeetansare,n-turatiasiblatimeasuprafeteide etansare. Regim de frecare fluida.Pierderilededebit,nregimhidrodinamic,lagrosimidefilm mai mari de 3 10 m se determina cu relatia aproximativa ( )( )330 ap Kv b ?p p d p Q (6.36) Fenomenedeuzare.Uzareapoatesaaibaurmatoareleaspecte:uzareprinadeziune, rezultatalfortelorintermoleculareninterfata;uzareprinadeziune,fieprinefectedirecteale Organe de masini. Transmisii mecanice 194 suprafetelordeetansare,fieprinefectulparticulelorabraziveininterfata;uzareprin coroziune; uzare superficiala cu fisuri termice sau de oboseala; uzarea prin jet eroziv de lichid saugazcuvitezamare.Apreciereaevolutieifenomenelordeuzare,caresepotmanifesta concomitent prin cteva din aspectele mentionate, este dificila. Pierderiprinfrecare.Pentrudeterminareamomentuluiglobaldefrecaretrebuie considerate doua componente: - componenta frecarilor pe suprafata de etansare; - componenta frecarilor n fluid la rotatia garniturii sau a pieselor componente mobile, importanta ndeosebi la viteze mari. Calculul termic. Calculul termic al etansarilor frontale prezinta interes, n primul rnd, pentru relizarea unui bilant termic convenabil pentru ansamblu. Caldura produsa prin frecare la nivelul garniturii de etansare, mpreuna cu caldura rezultata din frecarea elementelor mobile nfluidvscostrebuietransmiseprinconductie,convectiesiradiatie.Laracireanaturalase poate adauga o racire suplimentara cu circulatie de apa n corpul etansarii sau cu circulatie de fluidlanivelulsuprafeteideetansare.Calcululbilantuluitermicseefectueazacurelatiile cunoscute din termotehnica. Tabelul 6.9 MaterialctE106 Observatii Kel F 220-560 32-401580(0,3)2,150 0,060-0,4 Politriflor-etilena Nylon 50-90 49-75 1800-2800 (0,3) 1,09-1,14 100-140 0,14-1,244 Poliamida 6 Rasina Fenolica 70-210 50-56 5200-700 0,25 1,25-1,3 25-60 0,116-0,233 Fara ingrediente Rasina sintetica 1 100-175 35-49 21000-35000 (0,25) 1,75-1,25 19-26 0,418-0,593 Rasina sintetica cu praf de piatra Delrin-7033500,351,425810,233 Rasina acetalica Cauciuc durificat - 100-128 1050(0,4) 1,3-1,82 540,29 Cu amestec de grafit PTFE-41 350-1000 (0,5) 2,1-2,3 700,233 Politetra-floretilena Carbon III 310491800000,22,355,313,4 Impregnat cu antimoniu Grafit IV1005100000,21,833,5116.3 Impregnat cu rasina sintetica Invar-4501500000,38.00,91136% Ni; 3% C Hastelloy B 2108502140(0,3)9,241011,3 62% Ni; 32% Mo Oxid de thoriu 1500841470000,360,699,210,5ThO2 Carbura de tungsten 420012005600000,24814,16,8(58,1) 85% W C: 15% Co Fonta cu crom 1000520203000,287,251046,51% Si; 12% C Etansari 195 n Tabelul 6.9 sunt prezentate materiale folosite la etansarile frontale si caracteristicile lormecanice:c-rezistentalacompresiune,MPa;t-rezistentalatractiune,MPa;- coeficientul Poisson; - densitatea, g/cm3; Tmax temperatura maxima, oC; - coeficientul de dilatare liniara, (oC)-1; - conductivitatea termica, W/moC. 6.5 Etansari de protectie 6.5.1 Etansari cu inele de psla Etansarilecuineledepslasuntcelemaisimpleetansari.ngeneral,ineleledepsla sunt folosite la etansarea capetelor de arbori. Psla are mai multe proprietati: capilaritate (poate absori un volum de fluid de pna la 25%dinpropriulvolum);esteunmaterialfiltrant,putndretineimpuritatidepnala0,7 m; este un material neabraziv cu conditia ca arborele sa aiba o duritate superficiala mare. Conditiile admisibile de functionare ale etansarilor cu inele de psla (din care rezulta sidezavantajelelor)suntprezentatesuccintntabelul6.10ncaredestediametrularborelui, n mm; n este turatia arborelui, n rot/min; Ra este rugozitatea arborelui. Tabelul 6.10 Parametrul Etansari cu inele de psla Viteza periferica maxima [m/s] Bataia radiala maxima [m] Tip de ungere Duritatea minima a arborelui [HRC] 70,08Unsoare45 A 50,1Ulei45 Pentru dn 100 000, Ra 6,3m B Pentru dn 150 000, Ra 1,6m Conditii de functionare admisa CTemperatura( ) C 90 C 15 t + L Figura 6.29 nfigura6.29suntprezentatetreitipurideetansaricuineledepsla.Montarea inelelorncapacedintr-obucata(figura6.29.a)estedificila,neajunsndepartatncazul montariicucapacsuplimentar(figura6.29.b).Inelelesemaipotmontasincarcase(figura 6.29.b). Inelele de psla si locasurile lor sunt standardizate. Inelele se pot obtine prin decupare din placi sau din snur cu capetele taiate la 30. c)a)b) Organe de masini. Transmisii mecanice 196 6.5.2 Etansari cu mansete de rotatie Etansarilecugarnituramansetaderotatiesuntdestinateetansariispatiilordintre pieselenmiscarederotatie.Elenusuntrecomandatepentrumiscareatransversalasi elicoidala. Exista o mare diversitate de mansete de rotatie (figura 6.30). Figura 6.30 Conditiile admisibile de functionare ale etansarilor cu inele de psla (din care rezulta sidezavantajelelor)suntprezentatesuccint ntabelul6.11n caredeste diametrularborelui, n mm; n este turatia arborelui, n rot/min; Ra este rugozitatea arborelui. v)w)x)y)z) a)b)c)d)e)f)Buza de etansare Arc elicoidal inelar ArmaturaInel de rigidizare l)m)n)o)p) q)r)s)t)u) g)h)i)j)k) Buza de protectie Buza de protectie Inel de rigidizare Reazem metalic Etansari 197 Tabelul 6.11 Ra maxima [m]Viteza periferica maxima [m/s] p maxim [MPa] TemperaturaDuritatea minima a arborelui [HRC] ArboreAlezaj 100,130+250451,612,5 Valorile din tabel sunt orientative, pentru o alegere ct mai potrivita trebuie consultata literatura de specialitate. De exemplu, pentru o rugozitate a arboreluiRa = 0,8m si pentru o viteza limita v = 10 m/s se poate etansa o diferenta de presiune de 5,6 MPa, n timp ce pentru aceesi rugozitate, dar la v= 0,4 m/s, se poate etansa o diferenta de presiune de 30 MPa. Etansareaserealizeazaprinapasareaexercitatapesuprafataarboreluidecatrearcul mansetei. Forta de ntindere a arcurilor circumferentiale Fa este [2]. ( )6a10 h d 02 , 0 01 , 0 F K (6.37) unde h este latimea de contact n stare montata, n m; d este diametrul arborelui, n m. Momentul de frecare pe suprafata de etansare este: 2p h d pMm2f (6.38) unde pm p + p0 si p0 (0,020,04)106 Pa, p fiind presiunea fluidului, n Pa. Lamontaj,trebuieluatemasurilenecesaredeprotectiecareseaplicatuturor etansarilor cu materiale moi. 6.6 Etansari fara contact Etansarilefaracontactsefolosescncazurilencaretrebuiesaseevitecontactul dintrepiesele care trebuie etansate. Lipsa contactului duce la aparitia unui intersttiu prin care sevascurgeundebitdefluid.Pentrumicsorareaacestuidebitsefolosescdouametode, adeseoricombinate:micsorareainterstitiuluisiadoptareaunuicanalcuoformapotrivita maririi rezistentei la naintare a fluidului. Lipsacontactuluidirectducelaeliminareafrecarii,auzuriisianecesitatiilubrifierii etansarii.Caurmare,seevitatoatefenomenelenegativealeetansarilormobilecucontact: frecarea,uzura,griparea,suprancalzireasideformareasuprafetelordecontact,ncazul vitezelor mari, fenomenele de stick-slip care nsotesc miscarea la viteze mici etc. Dezavantajulmajoraletansarilorfaracontactestedatdeexecutiaextremde pretentioasa pentru obtinerea jocurilor mici si/sau a canalelor specifice. Aceasta executie duce la cresterea pretului acestor etansari. Proprietatileetansarilorfaracontactfaccaelesafieutilizatenconstructiade turbomasini(turbinecuabur,turbinecugaz,turbosuflante,turbocompresoare,pompe, ventilatoare), compresoare cu piston, tehnica nucleara, constructii aerospatiale. n figura 6.31 sunt prezentate mai multe tipuri de etansari fara contact. Etansarea cu sicana este caracterizata prin o dimensiune constanta a interstitiului. Ele sepotclasificanetansaricusicanasimplaradiala(figura6.31.a),etansaricusicanasimpla axiala (figura 6.31.b), etansare compusa (figura 6.31.c) sau etansari multiple (figura 6.31.d,e). Etansarilecusicanesimplesaucompusesefolosescpentrufluideleincompresibilela care diferenta de presiune ntre cele doua spatii de etansat este neglijabila (pompe centrifuge, ventilatoare, turbosuflante, turbocompresoare centrifuge). Organe de masini. Transmisii mecanice 198 Figura 6.31 Tabelul 6.12 Diametrul arborelui d [mm] ftmin rL 10450,211,51,513,527 45800,31,5221836 801100,422,521836 1101800,52,532,522,545 Tabelul 6.12 prezinta cteva elemente geometrice ale diferitelor etansari fara contact. ncazulcurgeriiunuifluidincompresibilprintr-o sicana axiala de sectiune constanta (figura 6.31.a), daca se neglijeaza viteza de intrare n sicana, rezulta [4]. d2vdL? p ?2h (6.39) unde p este caderea de presiune n sicana, este coeficientul de rezistenta al sicanei [1] care se determinadindiagramenfunctiedenumarulReynoldsResidetipulsectiuniidecurgere (pentrucurgerelaminara=0,0350,35 sipentrucurgereturbulenta=0,020,035),dh este diametrul hidraulic (dh 2), v este viteza medie si este densitatea fluidului. L a) d1 b d2 b) d) Ln L2 B L1 H 2r3r r t L e) c) f d d d Etansari 199 Viteza medie din sectiunea inelara este. dp ?L ? 12dc2 (6.40) unde este vscozitatea cinematica. Debitul prin sicana avnd aria sectiunii transversale An este. v A Qn (6.41) unde este coeficientul de debit. Teoretic, coeficientul de rezistenta se poate calcula cu: Re96? , n care(6.42) ?v dReh (6.43) Coeficientul de debit se poate calcula [1] cu relatia. 5 , 1d 2L ?1+(6.44) ncazulcurgeriiunuifluidincompresibilprintr-osicanaculabirint(figura6.31.d), format din n sicane de lungimi L1, L2 Ln, caderea de presiune va fi. ( ) ?2v? 1 n ?2v?2v21?2vdL? p ?2c2 2 n12hi + + + (6.45) n care termenii din dreapta sunt, respectiv, caderea de presiune din cele n sicane, caderea de presiune de la intrarea si de la iesirea din etansare si pierderea din camerele de turbionare. nlocuind dh si notnd: n 2 1L L L L + + + L , obtinem(6.46) ( ) ?2v5 , 1 ? 1 nd 2L ?p ?2c 1]1

+ + (6.47) Din aceasta formula rezulta viteza prin sicana: ( )dp ? 25 , 1 ? 1 nd 2L ?1vc+ + (6.48) si debitul estev A Q . Organe de masini. Transmisii mecanice 200 Coeficientul de pierderi al unei camere turbionare se citestedindiagrame,nfunctie de raportul B/; pentru B/ = 025, = 00,7. n cazul curgerii unui fluid incompresibil printr-o sicana radiala de sectiune constanta (figura 6.31.b), debitul va fi: dp ?b ? 12d d pQ2m (6.49) unde 2d dd2 1m+este diametrul mediu. DacanumarulReynoldsdepasestevaloareacriticaRecr4000,regimuldecurgere devineturbulent.Deexemplu,laetansarileculabirintilapresiuniridicate,pentrugazesi abur, debitul se poate calcula cu[2]: ( )5 , 1 np 85 , 0p pentru ,p np p ddAQ1212221 i+ (6.50) 5 , 1 np 85 , 0p pentru ,5 , 1 np ddAQ121 i++ (6.51) unde Ai este aria suprafetei unui interstitiu. Cunstructiaetansariifaracontacttrebuiesatinacontsideposibilitatilededilatare termica ce pot provoca uzuri sau pierderi mari de fluid. 6.7 Etansari cu ferofluide Etansarea cu ferofluide foloseste un fluid cu proprietati magnetice mentinut ntre piese cuajutorulunuimagnetpermanent.nfigura6.32,ineleledefluidmagneticseformeazaprin nchiderea fluxului magnetic generat de magnetul 2 prin piesele polare 1. Figura 6.32 Avantajeleacestuitipdeetansaresunt:pierderinuledefluid;nunecesitantretinere timpndelungat;functioneazalaturatiifoartemari(2000030000rot/min),respectivla viteze periferice mari (20 30 m/s). 12 Inele de fluid magnetic 1 Etansari 201 Pierderile prin frecare sunt reduse si se pot calcula cu [3] relatia: 3 2 12fd n N ? 10 45 , 3 P (6.52) unde Pf este pierderea prin frecare, n W;estevscozitateadinamicaafluidului,nNs/m2; N este numarul de inele; n este turatia, n rot/min; d este diametrul arborelui, n mm. Acesteetansaripotfifolositelaetansareadesuprapresiuni,vidnaintatsipentru gazele radioactive. 6.8 Etansari fara contact de protectie pentru rulmenti Figura 6.33 prezinta cteva tipuri de etansari cu canale si combinate (labirinti, canale elicoidalesicanalecirculare).Acesteetansarisuntdestinate,nspecial,pentrurulmenticare functioneaza cu unsoare, n medii murdare sau umede. Figura 6.33 a)b)c) d)e)f) g)h)i) Organe de masini. Transmisii mecanice 202 Figurile 6.34.a, b si d prezinta solutii de etansare cu labirinti din tabla. Figurile 6.34.c, e,fsihsuntaratatediferitesolutiideetansarecentrifugala.Exempledeetansarecu deflectoare (inele centrifugale) sunt prezentate n figura 6.34.h, i, j, k[3]. Figura 6.34 6.9 Bibliografie 1.Cristea, V., Creta, G., Ivan, D., Ardeleanu P., Etansari, Editura Tehnica, Bucuresti, 1973. 2.Gafitanu, M., s.a., Organe de masini, Vol. II, Editura Tehnica, 1983, Bucuresti. 3.Draghici,I.,Bejan,C.,Moldovean,Gh.,Achiriloaie,I.,Chitu,E.,Petrescu,N., Ciobota,M.,Lazar,D.,Cernahoschi,M.,Diaconescu,D.V.,ndrumarde proiectare n constructia de masini, Vol. 2, Editura Tehnica, Bucuresti, 1982. 4.Trutnovski, K., Berhrungsfreie Dichtungen, Dsseldorf, VDI Verlag, 1964. a)b)c) d)e)f)g) h)i)j)k)