Systems. Methods. Technologies 4 (40) 2018

Системы Методы Технологии. П.М. Огар и др. Определение контактных … 2018 № 4 (40) с. 7-12 7 ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ И МАШИНОСТРОЕНИЯ УДК 621.01:621.81:621:891 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-4-7-12 Определение контактных давлений герметизации на этапе проектирования уплотнительных соединений П.М. Огар а , В.С. Федоров b , А.С. Кожевников c , К.Н. Фигура d Братский государственный университет, ул. Макаренко 40, Братск, Россия a ogar@brstu.ru , b fedorov.v.s@yandex.ru, c kozhevnikovart@inbox.ru, d uts@brstu.ru a https://orcid.org/0000-0001-7717-9377, b https://orcid.org/ 0000-0001-5507-307X, с https://orcid.org/0000-0003-4230-6991 d http://orcid.org/0000-0002-0777-0089 Статья поступила 2.11.2018, принята 16.11.2018 Рассмотрены вопросы обеспечения герметичности уплотнительных соединений. Известно, что для расчета герметично- сти на этапе проектирования необходимо знать режим истечения герметизируемой среды, который определяется числом Рейнольдса. Показано, что число Рейнольдса определяется отношением погонного массового расхода через уплотнительный стык к динамической вязкости уплотняемой среды. Зависимости относительной площади контакта, плотности зазоров в стыке и вероятности протекания среды от безразмерного силового упругогеометрического параметра f q следует определять с учетом взаимного влияния микронеровностей шероховатой поверхности. Указанные контактные характеристики опреде- ляют функционал проницаемости C u , который характеризует герметизирующую способность уплотнительного стыка. По- казана их роль в разные периоды нагружения уплотнительного стыка безразмерной нагрузкой. Из зависимости функционала проницаемости C u от безразмерного силового упругогеометрического параметра f q можно выделить три зоны герметизации — начальной, за счет внедрения наиболее высоких неровностей; стабильной, за счет уменьшения плотности зазоров; эффек- тивной, за счет слияния отдельных пятен контакта. Показано, что из-за слияния отдельных пятен контакта при f q> f qe веро- ятность протекания среды резко уменьшается. Для значения вероятности k υ = 0.0001 значения f qe = 0.50…0.60, что соот- ветствует относительной площади контакта η = 0.58…0.63. Данный результат хорошо согласуется с величиной относи- тельной фактической площади контакта, полученной с использованием теории перколяции, при которой образуется непре- рывный замкнутый кластер, т.е. обеспечивается перекрытие всех микроканалов в стыке. Ключевые слова: герметичность; режим истечения среды; контактные давления герметизации; функционал проницаемо- сти; относительная площадь контакта; плотность зазоров; вероятность протекания среды. Determination of contact sealing pressures at the stage of sealing compounds design P.M. Ogar а , V.S. Fedorov b , A.S. Kozhevnikov c , K.N. Figura d Bratsk State University; 40, Makarenko St., Bratsk, Russia a ogar@brstu.ru , b fedorov.v.s@yandex.ru, c kozhevnikovart@inbox.ru, d uts@brstu.ru a https://orcid.org/0000-0001-7717-9377, b https://orcid.org/ 0000-0001-5507-307X, с https://orcid.org/0000-0003-4230-6991 d http://orcid.org/0000-0002-0777-0089 Received 2.11.2018, accepted 16.11.2018 The issues of ensuring the tightness of sealing compounds are considered. It is known that to calculate the tightness at the design stage, it is necessary to know the flow regime of the medium being sealed, which is determined by the Reynolds number. It is shown that the Reynolds number is determined by the ratio of the linear mass flow rate through the sealing joint to the dynamic viscosity of the medium to be sealed. The dependences of the relative contact area, the density of gaps in the joint, and the probability of medium flow from the dimensionless force elastic-geometric parameter f q should be determined taking into account the mutual influence of the roughness of the rough surface. These contact characteristics determine the permeability functional C u , which characterizes the sealing ability of the sealing joint. Their role is shown in different periods of loading of the sealing joint with a dimensionless load. From the dependence of the permeability functional C u on the dimensionless force elastic-geometric parameter f q , three sealing zones can be distinguished - the initial one, due to the introduction of the highest irregularities; stable, by reducing the density of the gaps; effective, due to the merger of individual contact patches. It is shown that due to the merging of individual contact spots with f q > f qe , the probabili- ty of medium flow decreases sharply. For the probability value k υ = 0.0001, the value f qe = 0.50 ... 0.60, which corresponds to the rela- tive contact area = 0.58 ... 0.63. This result is in good agreement with the value of the relative actual contact area obtained using the percolation theory, at which a continuous closed cluster is formed, i.e. overlapping of all microchannels in the joint is ensured. Keywords : tightness; fluid flow; contact sealing pressures; permeability functional; relative contact area; gap density; medium flow probability.