М . Гермегизачкй Таблица 11.4

Марки материалов для спая корпуса, вывода и стеклянного изолятора

ки на базе согласованных спаев металла со стеклом. На рис. 11.29 показана конфигурация гермопро-ходников из сплава Н29К18 (ковар) со стеклом С48-2.

В табл. 11.4 даны рекомендации по выбору сочетаний и применению согласованных и несогласованных металлостеклянных спаев. Несогласованные спаи имеют более высокие механические характеристики, однако их целесообразно применять только при работе изделия в ограниченном интервале температур.

Попытки использовать в качестве гермопроходников металлические штыри, залитые эпоксидными компаундами, неудачны, так как в результате разных ТКЛР металлов и эпоксидных компаундов в процессе пайки монтажных проводов к выводам происходит разгерметизация. Термоудары и вибрация также приводят к разгерметизации таких соединений.

11.7. РАСЧЕТЫ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

При конструировании герметичных изделий возникают две задачи: расчет усилия обжатия, обеспечивающего герметичность соединения, например корпуса и крышки (с прокладкой между ними), и расчет утечки газа через соединение.

Расчет усилия обжатия [7]

Отсутствие обоснованных математических моделей разгерметизации разъемных соединений не позволяет точно определить давление обжатия с учетом свойств среды, материала прокладок и характеристики микрогеометрии их поверхности. Поэтому получили распространение эмпирические формулы для определения давления обжатия (табл. 11.5). Они справедливы только, в том диапазоне изменения параметров, в котором ставились эксперименты.

Формулы для расчета давления обжатия, обеспечивающего герметизацию разъемного соединения

Таблица 11.5

Тип соединения, характеристики и источник

Формула

Примечание

Фланцевое [8]

V2hV~

Коэффициенты С и К определяются в зависимости от материала прокладки, имеющей ширину Ь и высоту у

Фланцевое с прокладкой из пластмассы [9]

Р - давление среды, при котором обеспечивается герметичность. А, к, т. п - коэффициенты, зависящие от материала прокладки

Фланцевое с прокладкой из фторопласта \Щ

9 = 2,86 Р

Фланцевое с кольцевыми прокладками из резины [10]

fr -ft, К=-

когда соединение работает при высоких температурах;

когда соединение работает при низких температурах;

когда соединение работает при низких и высоких температурах

Лг - коэффициент, зависящий от твердости резины,

d -исходный диаметр кольца,

hi - толщина кольца в сжатом состоянии,

2 - толщина кольца после разгрузки при заданной высокой температуре.

hs -толщина кольца после разгрузки при заданной низкой температуре,

5 - постоянная,

Е - модуль упругости резины

Фланцевое с зубчатой прокладкой [И]

Фланцевое с плоской металлической прокладкой [И]

Фланцевое с прокладками из резины средней твердости fll]

9=4o.i

41-f0,32-) о,;

От -предел текучести материала прокладки

Для ответственных соединении, работающих при высоком давлении

Фланцевое с проададка-ми из паронита f 12]

Фланцевое с прокладка-- ми из мягкой резины . Г12]

42+ 7 Р

0,6/,0,3

6,3 + 0,19 Р

b и h, см, Р н 1/, кгс/см

CCoe-V ,

(11.6)

Здесь Со - проводимость при отсутствии внедрения прокладки в микронеровности уплотняемой поверхности.

Формулы (11.4)...(11.6) справедливы для газов, не создающих облитерацию, которая уменьшг1ет утечку за счет заращивания щели

Параметр R можно определить из экспериментальных графиков (рис. 11.30).

Утечка газа через зазор между уп-лотнительной прокладкой н фланцами для лучших эластомеров колеблется в пределах 8 10- ... 4 10-* Па . см/с (8.10-8...4 . jq-ii атмХ Хсм/с) на 1 см длины прокладки и зависит от ее материала и температуры.

Массовый расход газа через неплотности стыка герметичного соединения [7]:

nhl (Pl-Pl)

т ZDD ЪОО Ш 500/з,иГ/см

10 го 50 V0 50 та

где Р - давление газа в изделии; Ра - давление окружающей среды; R - газовая постоянная; Hq - средняя высота щели при отсутствии контактного давления на стыке; Ко - постоянная Козени, зависящая от формы поперечного сечения щели (для круглой щели Ко =2); t - коэффициент извилистости (/ = 2); Yj - вязкость уплотняемой среды (газа); Т - абсолютная температура; fa, гъ - соответственно наружный и внутренний радиусы уплотнительных поверхностей; Hi (=1,2)-наибольшая высота неровностей профиля

нию мйкронеровностей поверхности.

Утечка через уплотнение из эластомера равна

д-СВре (11.5)

Проводимость (утечка на единицу перепада давления и периметра уплотняемой поверхности В):

Зная необходимое усилие обжатия q [13], можно определить усилие затяжки соединения, например винтами, стягивающими уплотнитель-ную прокладку между крышкой и корпусом

Расчет утечки

При расчете утечки (скорости на-гекания) через уплотнение принимаются две модели. Одна из них - утечка через круглые капилляры, другая - ламинарное течение через плоскую щель (формула Пуазейля) Расчеты, сделанные по этим моделям, расходятся с практикой, так как последние не учитывают такие факторы, как контактное давление, характеристики микрогеометрии поверхности, а также физико-механические свойства материалов уплотняемых деталей и т. д.

Между тем не все факторы в одинаковой степени влияют на утечку, поэтому многие авторы для каждого случая обрабатывали результаты эксперимента и получали эмпирические формулы, расчеты по которым дают хорошую сходимость с практическими данными

Средняя статистическая высота щели ёж и контактное давление Рк, обеспечивающее нормальное уплотнение прокладки, связаны соотношением [14]:

6 = е~, (11.4)

г де /? - п ар а метр, X а р а кте р из у юши й способность материала к уплотне-

Рис. И.ЗО. Значения параметра R для различных уплотнительных материалов: / - резина иа основе неопрена, 2-фторопласт, 3 - свинец, 4 - золото. 5 - медь