Как работает торцевое уплотнение насоса

ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА НАСОСА: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Торцовые уплотнения де-факто стали основным вариантом уплотнения вала центробежных насосов, выпускаемых в настоящее время. Главным элементом торцового уплотнения является пара трения, состоящая из неподвижного и вращающегося колец, которые соприкасаются по плоским торцам. Соприкасающиеся плоские торцы уплотнения имеют очень точную обработку, позволяющую достичь отклонения от плоскости не более 1 мкм. Это обеспечивает минимальный технически возможный зазор между кольцами пары трения и, соответственно, минимальную утечку через контактирующие кольца. Для сохранения геометрии колец в процессе работы, кольца изготавливают из твёрдых и сверхтвёрдых материалов. При работе уплотнения на пару трения действует уплотняемое давление, которое прижимает вращающееся кольцо к неподвижному, тем самым вызывая нагрев пары трения. Для снятия тепла, выделяющегося при работе уплотнения, необходима циркуляция жидкости вокруг пары трения.

ТОРЦЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Одинарное торцовое уплотнение имеет одну пару трения и применяется для жидкостей, не являющихся химически агрессивными, токсичными, взрывоопасными. Для уплотнения вышеперечисленных жидкостей применяются торцовые уплотнения, содержащие две пары трения. Возникает вопрос, как обеспечить снятие тепла с пары трения, описанное ранее? Ведь перекачиваемая жидкость не может быть использована для этого. Поэтому двойное торцовое уплотнение всегда оснащается системой обеспечения, которая должна создать условия циркуляции так называемой затворной жидкости вокруг двух пар трения. Обычно затворную жидкость выбирают исходя из того, что она должна быть химически инертной по отношению к перекачиваемой жидкости и материалам уплотнения, а главное – её утечка в окружающую среду не должна быть опасна для обслуживающего персонала.

Затворная жидкость хранится в бачке, который совмещает также функции теплообменника, охлаждая затворную жидкость проточной водой, и функции контроля за состоянием торцового уплотнения.

Затворная жидкость между парами трения может иметь давление меньшее, чем уплотняемая жидкость, либо, наоборот, большее (на 0,1..0,2 МПа). Первый вариант, называемый Plan 52по API 682,используют, когда не допускается попадание затворной жидкости в уплотняемую жидкость. Второй вариант – Plan 53поAPI 682 применяют, если категорически не допускается выход уплотняемой среды за пределы корпуса насоса, а также для жидкостей с высоким давлением насыщенного пара (около кипящих) или жидкостей с повышенным содержанием абразивных частиц.Давление в контуре затворной жидкости обычно создают с помощью закачивания азота в пространство бачка над свободной поверхностью затворной жидкости. Циркуляция затворной жидкости чаще всего осуществляется за счет импеллера — вращающейся втулки с винтовой нарезкой, расположенной между парами трения уплотнения.

При работе уплотнения происходит хоть и небольшая (ориентировочно не более 30..200 мл/час в зависимости от размеров и условий работы уплотнения), но всё же утечка жидкости. Поэтому уровень затворной жидкости в бачке постепенно изменяется. Если же происходит разрушение одной или обеих пар трения уплотнения, то уровень жидкости в бачке изменяется стремительно.

Это свойство системы обеспечения используется для диагностики работы торцового уплотнения насоса в условиях его эксплуатации. При оснащении системы уплотнения датчиками уровня, давления и температуры, такая диагностика, а также аварийный останов насоса, выполняются дистанционно средствами АСУТП.

БАЧОК ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ НАСОСА: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Условимся считать пару трения, которая разделяет уплотняемую жидкость и затворную жидкость – первой, а пару трения, которая разделяет затворную жидкость и окружающую среду – второй.

В случае системы Plan52 при нормальной эксплуатации происходит утечка уплотняемой жидкости в контур системы обеспечения, а утечка затворной жидкости с небольшой примесью уплотняемой жидкости – в окружающую среду. При разрушении первой пары трения уровень жидкости в бачке будет быстро повышаться за счет уплотняемой жидкости. При разрушении второй или обеих пар трения уровень жидкости в бачке будет быстро снижаться за счет выхода жидкости в окружающую среду. Превышение или снижение уровня затворной жидкости фиксируется с помощью реле уровня, установленных на бачке системы обеспечения. Полученный от реле уровня сигнал используется для сигнализации и аварийного отключения насоса.

В случае системы Plan53 при нормальной эксплуатации затворная жидкость находится под давлением, которое измеряется манометром (для АСУТП параллельно с манометром устанавливается реле давления или преобразователь давления). Утечка затворной жидкости происходит и в окружающую среду, и в уплотняемую жидкость. В случае разрушения любой из пар трения, или обеих сразу, затворная жидкость под давлением газа в бачке выходит в уплотняемую жидкость и/или в окружающую среду. Этот процесс сопровождается падением давления в бачке и падением уровня затворной жидкости в бачке. Оба явления фиксируются с помощью реле давления и реле уровня, установленных на бачке системы обеспечения.Полученные от реле сигналы используются для сигнализации и аварийного отключения насоса.

Торцевое уплотнение вала насоса

Торцевое уплотнение вала насоса предназначено для разделения пространств с различными давлениями, рабочими средами и температурами. Уплотнения для насосов предотвращают, например, проникновение посторонних частиц в рабочую среду или утечку смазки из корпуса.

В последние годы в связи с ростом давления, температуры и скорости скольжения чрезмерно повысились требования надежности прежде всего к данному типу уплотнений. Это вызвано также применением новых химических соединений, облучением, которое влияет на свойства многих материалов, изменяющих срок их службы.

Торцевые уплотнения монтируются на все современные типы насосов: центробежные, фекальные, поверхностные, погружные, насосные станции и т.д.

Герметизируемые жидкости и газы могут быть самыми разнообразными, например: жидкий кислород, высоконагретый водород, пивное сусло, растворы красителей, различные кислоты, щелочи, асфальт, какао-паста и другое. Чтобы уплотнение насоса отвечало всем необходимым требованиям необходимо использовать коррозионно-стойкие, прочные и теплостойкие материалы.

Однако при этом следует обратить внимание на то, что достижение предельных параметров возможно часто только в случае применения специальных конструкций и вспомогательных приспособлений.

При определении геометрических размеров и конструкции уплотнения необходимо учитывать шесть взаимосвязанных между собой факторов.

Торцевые уплотнения для насосов должны отвечать следующим требованиям:

• максимально возможной герметичности;
• наивысшей долговечности, т.е. минимальному износу;
• наивысшей надежности, т.е. отсутствию необходимости в техническом обслуживании и ремонте;
• наименьшим потерям на трение и тепловыделение;
• минимальным размерам;
• наивысшей экономичности и минимальной стоимости.

К сожалению не все эти требования возможно реализовать в одной конкретной конструкции, поэтому каждое уплотнение является результатом компромиссного решения, которое должно учитывать эксплуатационные факторы и соотношения между ними.

• Принцип работы
• Типы торцевых уплотнений
• Схема торцевого уплотнения
• Замена и стоимость
• Видео по теме

Принцип работы

Принцип работы торцевого уплотнения можно рассмотреть на примере общей схемы изображенной на рисунке.

Здесь резиновый сильфон выполняет не только функцию радиального уплотнительного элемента, но и пружины. Уплотнение может быть смонтировано и сконструировано таким образом, что нагрузка на уплотнительные поверхности может передаваться, например, только через пружины или манжеты. Однако недостатком такого уплотнения является то, что оно может работать только в очень узком диапазоне давлений, поскольку при повышенном внутреннем давлении уплотнительные поверхности расходятся.

Параметры уплотнений

При рассмотрении конструкции торцевого уплотнения центробежного насоса было установлено, что эффективность его работы зависит геометрических размеров и схемы компоновки. Кроме того, существенное влияние на утечку, потери на трение, надежность и долговечность, оказывают следующие факторы:

• 1) нагрузка;
• 2) скорость скольжения;
• 3) шероховатость и параллельность контактных поверхностей торцевого уплотнения вала насоса;
• 4) температура уплотняемой жидкости и контактных поверхностей, а так же её изменение со временем;
• 5) форма зазора, зависящая от механической и температурной деформации в процессе работы;
• 6) сочетание материалов пары трения торцевого уплотнения вала насоса;
• 7) уплотняемая среда, её смазывающие свойства, теплопроводность, степень загрязнения и химический состав;
• 8) режим трения, вибрация, гидравлические удары, перерывы в движении, пуск под нагрузкой, периодическая работа без смазки, нагрев или охлаждение, течение жидкости по направлению действия центробежной силы, радиальное биение, а также прочие конструктивные и эксплуатационные факторы, причем решающее значение имеет возможность отвода тепла.

Типы торцевых уплотнений

Торцевое уплотнение вала насоса обеспечивает упругогерметичное соединение между вращающейся и неподвижной торцевыми поверхностями.

Исходя из конструктивных особенностей подвижная в осевом направлении часть уплотнения, находящаяся внутри уплотняемой полости, может вращаться (рисунок а) или быть неподвижной (рисунок б).

При внутреннем расположении неподвижного в осевом направлении контркольца, которое в свою очередь может вращаться или быть неподвижным, уплотняемая часть запирается в направлении падения давления.

При наружном расположении контркольца уплотняемая полость запирается невращающейся (рисунок в) или вращающейся (рисунок г) подвижной в осевом направлении частью торцевого уплотнения для насосов.

Несмотря на то, что уплотнения с невращающейся подвижной в осевом направлении частью вследствие меньшей силы инерции и малых потерь на трение выгодны при высокой частоте вращения или большой вязкости среды, в торцевом уплотнении с вращающейся частью условия отвода тепла более благоприятные.

Кроме того выбор типа торцевого уплотнения зависит от перепада температур в радиальном направлении от диаметра, или наоборот, от направления действия центробежной силы, создающей давление, прочности материалов трущейся пары, конструктивных факторов, возможности быстрой замены или легкости контроля. Другими словами все представленные на рисунках варианты торцевого уплотнения вала насоса находят своё применение.

В общем случае уплотнители в зависимости от конструкции бывают:

• пружинного типа. Конструкция поджимается за счет одной или двух пружин
• сильфонного типа. Уплотнитель и неподвижный элемент прижимает друг к другу специальная гофрированная пружина, которую называют сильфоном.

Кроме того конструктивно и в зависимости от установки кроме одинарных существуют и двойные торцевые уплотнения.

Одинарное

Самая распространенная схема. Такая установка используется, если не требуется полной герметичности и рабочая температура в пределе +95…+140 0 С.

Утечки мизерные, но все же существуют. Для воды и неагрессивных жидкостей это не критично, но если требуется перекачка химически активных или даже ядовитых жидкостей, то и небольшие утечки, могут привести к скаплению в помещении опасных паров этих жидкостей.

Для того, чтобы этого избежать, используют двойное уплотнение торцевое.

Двойное торцевое уплотнение насоса

Двойное торцевое уплотнение по схеме «спина к спине»

Этот вариант компоновки применяется при перекачивании взрывоопасных или ядовитых жидкостей, утечки паров которых не допустимы. Для работы этого узла требуется подвод затворной жидкости, давление которой должно быть больше давление перекачиваемой насосом среды.

Уплотнения этого типа могут работать до температуры +140…+200 0 С.

Двойное торцевое уплотнение по схеме «тендем».

Используется, когда подвод затворной жидкости к узлу уплотнения извне невозможен. Для работы такого узла необходимо изготовление автономного бачка с жидкостью для охлаждения. Уплотнения этого типа могут работать с температурами до +140 0 С.

Наиболее простая конструкция изображена на рисунке далее.

Схема торцевого уплотнения

Уплотняемый узел, в данном случае, расположен между плоскостями корпуса уплотнения поз.1 и контркольца поз.5. Под действием осевых сил поток (изображен стрелками) стремится пройти в радиальном направлении через зазор между корпусом поз.1 и контркольцом поз.5 и раскрыть уплотнение. Чтобы этого не произошло на валу установлено упорное кольцо поз.2 закрепленное штифтом поз.3. Упорное кольцо прижимает корпус поз.1 к контркольцу поз.5 пружиной поз.4. Таким образом обеспечивается герметичность вращающихся элементом. Герметичность корпуса поз.1 по валу, а так же герметичность контркольца поз.5 по втулке обеспечивают прокладки поз.6, 7.

В общем случае торцевое уплотнение состоит из неподвижного и вращающегося уплотнительных элементов. В отличие от сальникового уплотнения в этом случае геометрические параметры уплотнительной поверхности можно выполнить более точно и с меньшими затратами, не изнашивается поверхность вала или его вкладыша. Для компенсации нарушения параллельности поверхностей уплотнительных колец, вызванного термическим удлинением деталей и узлов уплотнения, а также износом этих поверхностей, необходимо иметь по меньшей мере одну упругую деталь, такую как мембрана, сильфон, эластичная резиновая фасонная деталь или, в данном случае, пружина поз.4.

Замена и стоимость

Замена уплотнения должна выполняться квалифицированным специалистом. Если по ряду причин вызвать специалиста нет возможности, то замену уплотнения выполняют самостоятельно.

Этапы замены уплотнения:

• 1 Отключить питание насоса
• 2 Слить рабочую среду. Убедиться, что в системе нет давления.
• 3 Снять защитный кожух
• 4 Демонтировать поврежденный узел
• 5 Руководствуясь инструкции по монтажу установить новое уплотнение.
• 6 Собрать насосный агрегат в обратном порядке согласно руководству по эксплуатации.

Стоимость

Стоимость торцевого уплотнения в среднем составляет около 400 руб. для обычного бытового насоса. Для замены торцевого уплотнения в профессиональном оборудовании придется отдать около 2000 руб.

Видео по теме

До широкого распространения торцев большой популярностью пользовались сальниковые уплотнения. Сальник в насосе это конструктивно шнур, пропитанный графитом или фторопластом, который укладывается в канавку вокруг вала и зажимается каким-либо способом.

Несмотря на невысокую стоимость, которой характеризуется набивной сальник, торцевое уплотнение для насоса, обеспечивающее лучшую герметичность и имеющее повышенную надежность и долговечность, всё больше применяется в центробежных агрегатах.

Вместе со статьей «Торцевое уплотнение вала насоса: принцип работы, параметры, монтаж, замена.» смотрят:

Крыльчатка водяного насоса: назначение, виды, причины поломок, нюансы ремонта

В чем заключается принцип работы торцевых уплотнений?

Если сравнивать торцевые уплотнения с сальниковыми набивками, то можно отметить, что торцевые уплотнения сто́ят дороже, чем сальниковые набивки, они требуют более профессионального подхода при выборе, установке и эксплуатации. Несмотря на всё это, торцевые уплотнения на сегодняшний день являются основным вариантом для обеспечения герметизации вращающегося вала, поскольку у них есть важное преимущество – они лишены недостатков сальниковых набивок.

Если выражаться простыми словами, то можно сказать, что торцевое уплотнение состоит из двух базовых элементов, один из которых неподвижен, а другой вращается вместе с валом, при этом плотно прилегая к неподвижному элементу, за счет специальных пружин. Эти элементы называются парой трения. Подвижная и неподвижная части соприкасаются по плоским торцам, которые имеют очень точную обработку, что обеспечивает идеальное скольжение при оптимально возможном техническом зазоре, что в свою очередь и гарантирует наиболее минимальную утечку рабочей жидкости.

Данное описание является очень упрощенным, а в действительности существует большое множество торцевых уплотнений, тип которых выбирается, в зависимости от конструкции насоса или другого оборудования, которое предполагает применение торцевых уплотнений, а также от параметров рабочей массы.

Для перекачки каких жидкостей используются одинарные торцевые уплотнения вала

Одинарные торцевые уплотнения являются наиболее простыми. Именно их принцип работы и был коротко описан выше. Одинарные торцевые уплотнения применяются при перекачке жидкостей, которые не являются взрывоопасными, токсичными или химически агрессивными. Также не рекомендуется использовать их при перекачке жидкостей, подверженных кристаллизации при временной остановке насоса.

Принцип действия двойных торцевых уплотнений

Двойные торцевые уплотнения применяются при перекачке опасных или дорогих жидкостей, когда недопустима даже минимальная утечка, чего не может обеспечить одинарное торцевое уплотнение. Основным преимуществом двойного уплотнения перед одинарным является наличие запирающей или затворной жидкости. В данном случае трущиеся поверхности двойного уплотнения полностью изолированы от перекачиваемой массы, а затворная жидкость обеспечивает не только гладкое скольжение, но и служит для снятия излишнего тепла с пары трения.

Запирающую жидкость выбирают, исходя из того, какой она должна быть химически инертной по отношению к перекачиваемой рабочей среде. В качестве запорной жидкости может быть использована вода, минеральное или синтетическое масло, и ряд других жидкостей. Одним из параметров запорной жидкости является безвредность, в случае её утечки в окружающую среду.

Надежность и сроки эксплуатации торцевых уплотнений

Как одинарные, так и двойные торцевые уплотнения используются для эксплуатации в самых различных условиях, и устанавливаются в оборудовании, которое перекачивает очень разнообразную рабочую массу. В такой ситуации невозможно использовать одни и те же уплотнения для обеспечения надежности и отсутствия утечки. Перекачиваемая рабочая среда может быть жидкостной или газовой. В каждом отдельном случае к торцевым уплотнениям предъявляются определенные требования. Реализовать все требования в какой-либо одной конструкции невозможно, и по этой причине выпускается большое множество различных торцевых уплотнений.

Надежность самого торцевого уплотнения обеспечена качественными материалами, из которых это уплотнение изготовлено. Далее надежность зависит от правильного выбора и рекомендуемыми правилами эксплуатации. Специалисты в этом разберутся достаточно легко, а если у Вас нет навыков, то для правильного выбора обращайтесь к консультантам нашей компании.

Торцевое уплотнение. Принцип работы. Стандарты и ГОСТ

Торцевое уплотнение [торцовое уплотнение, механическое уплотнение] представляет собой прецизионный уплотнительный узел, предназначенный для герметизации полости оборудования (например, насос, мешалка, реактор, гомогенизатор, ротационное соединение и т.п.), которая находится под давлением или разряжением рабочей среды, и вращающимся валом, проходящим через эту полость. Существует общая мировая тенденция замены сальниковой набивки (сальника) на торцевое уплотнение, которое обеспечивает меньшие утечки рабочей среды при фактическом отсутствие необходимого обслуживания и износа поверхности вала или защитной втулки.

Конструктивное исполнение

Торцевое уплотнение конструктивно содержит два кольца пары трения, выполненные в виде поверхностей вращения, расположенных соосно и перпендикулярно оси вращающегося вала. Одно из колец пары трения — «контркольцо» неподвижно и закреплено либо в корпусе, либо во фланце оборудования. Ответное кольцо — подвижное в осевом направлении, обычно динамически или статически закреплено на валу и вращается вместе с ним. Кольца пары трения изготавливаются из специальных, как правило, твердых износостойких материалов, обладающих высокой теплопроводностью и низким коэффициентом трения. Если в качестве рабочей среды уплотнений используется жидкость, то такие уплотнения обычно называют «жидкостными». Если в качестве рабочей среды для таких устройств используется газ, то такие прецизионные изделия обычно называют «сухими» или «газовыми». Последние модификации способны работать в условиях «сухого» трения, где в качестве смазки используется газообразная рабочая среда. Торцевые уплотнения классифицируются на типы с внутренним расположением, когда рабочая среда взаимодействует с наружной поверхностью уплотнения и с наружным расположением, когда эта среда находится между внутренней поверхностью уплотнения и вращающимся валом.

Принцип работы

Герметичность в паре трения обеспечивается за счёт создания контактного давления. Начальное контактное давление определяется рабочим усилием упругого элемента — пружины или набора пружин сжатия. При отсутствии вращения вала рабочие поверхности колец пары трения прижаты друг к другу усилием упругого элемента. Для обеспечения герметичности между контркольцом и корпусом (фланцем) оборудования, а также подвижным в осевой направлении кольцом и валом используются вторичные уплотнения: резиновые кольца круглого сечения, сильфоны, манжеты и т.п. детали, изготавливаемые из эластомеров. При вращении вала тепловая энергия трения частично отводится в рабочую среду, другая её часть расходуется на повышение температуры колец пары трения, поэтому обеспечение необходимого и надежного отвода тепла от которой, в значительной мере, влияет на надежность работы всего уплотнительного узла. В процессе работы оборудования кольца пары трения могут быть дополнительно прижаты друг к другу гидравлическим усилием, создаваемым положительным перепадом давления рабочей среды на этом прецизионном устройстве.

Требования к изготовлению

К деталям прецизионных уплотнительных изделий предъявляются повышенные требования к их точности изготовления на соответствия рабочим чертежам с целью обеспечения необходимых размеров, выполнения допусков формы и расположения поверхностей, их шероховатости, а также общих технических требований чертежей. Шероховатость рабочих поверхностей колец обычно не хуже Ra = 0.16 мкм (тонкая притирка) и зависит от свойств материала и технологии изготовления, отклонение от плоскостности не хуже 0.0012 мм, а допуск на торцевое биение относительно оси вращения вала не более 0.05 мм. Остальные требования в изготовлении соответствуют 6. 8 степени точности. Рабочие поверхности колец пары трения торцевого уплотнения механически обработаны таким образом, что в процессе функционирования средний зазор между этими деталями обычно не превышает 0.001 мм [не постоянная величина], однако для некоторых специальных конструкций [и режимов эксплуатации] этот параметр может достигать 0.0025. 0.0055 мм. К сопряженным с уплотнением поверхностям оборудования также предъявляются соответствующие требования, которые обычно регламентированы в стандартах и чертежах, например, шероховатость рабочих поверхностей вала и посадочного гнезда не хуже Ra = 2.5 мкм, отклонение от соосности (радиальное биение) посадочного диаметра под неподвижное кольцо отностительно оси вала не более 0.05 мм, торцевое биение поверхности этого посадочного гнезда не более 0.04 мм и осевой люфт вала не более 0.15 мм.

Компонентное и картриджное исполнение

Герметичный уплотнительный узел по конструкции может быть компонентного или картриджного исполнения. Компонентное уплотнение содержит обычно две собранные части — вращающуюся и неподвижную, которые устанавливаются в оборудование каждая по отдельности в определенном порядке в соответствии с инструкцией по монтажу. Картриджное уплотнение представляет собой модульное автономное устройство — один полностью законченный сборочный узел, предварительно собранный и готовый к установке в уплотнительную камеру оборудования. Конструктивно торцевое уплотнение может быть гидравлически нагруженным или гидравлически разгруженным. Гидравлически нагруженные уплотнительные узлы предназначены для работы при перепадах давлениях ниже 10 Бар, в то время как гидравлически разгруженные конструкции способны работать при давлении рабочей среды до 25 Бар и выше.

Выбор материалов

Давление или разряжение рабочей среды, её тип, физические и химические свойства, рабочая температура в уплотнительной камере, скорость вращения вала, а также особые условия эксплуатации оказывают влияние на работоспособность оборудования, поэтому рациональный выбор необходимых материалов для деталей торцевого уплотнения осуществляется на основе инженерных расчетов, эксплуатационных испытаний и мирового опыта. Широкое распространение в качестве материалов для колец пары трения получили карбиды кремния и их композиции, металлокерамика на основе карбидов вольфрама и титана, специальные углеграфиты с пропиткой смолами или металлами. Вместе с тем, такие материалы как графит и керамика на основе оксида алюминия, а также мягкая аустенитная нержавеющая сталь, имеют ограниченную область применения ввиду неудовлетворительных показателей по фактору PV, износостойкости, трещиностойкости, работы в условиях полусухого и сухого трения и т.п., поэтому неизбежно уступают место новым перспективным материалам с повышенной износостойкостью, теплопроводностью и низким коэффициентом трения, обеспечивающим более высокие показатели надежности. В качестве материалов вторичного уплотнения применяются различные резины на основе синтетических каучуков: NBR (нитрильно-бутадиенный каучук), EPDM (этилен-пропилен-диеновый каучук) и VITON (фторкаучук и его комбинации). Для особых условий и повышенных требований в эксплуатации используются специальные эластомеры, обладающие исключительными характеристиками. Такие эластичные материалы могут обеспечить в эксплуатации повышение срока службы элементов уплотнения до 10 раз по сравнению с обычной резиной.

Стандарты и ГОСТ

Европейский стандарт EN 12756 (DIN 24960) определяет установочные размеры одинарных и двойных торцевых уплотнений для внутреннего расположения, размеры уплотнительной камеры оборудования, фиксацию контрколец от их возможного проворота, технические требования посадочных и сопряженных с уплотнением поверхностей уплотнительной камеры оборудования, а также обозначения материалов для деталей этих прецизионных устройств. Этот документ содержит информацию о стандартных по установочным размерам уплотнений для диаметров валов от 10 мм до 100 включительно.
Международный стандарт ISO 3069 [Насосы центробежные с односторонним всасыванием] устанавливает размеры посадочных гнезд под герметизирующие уплотнения: размеры полостей торцевых уплотнений ступенчатых валов, гладких валов и сальниковой набивки. Стандарт применяется для уплотнений средней и высокой нагруженности с предельным избыточным давлением в камере уплотнения 40 Бар, за исключением процессов, подразумевающих перекачивание жидкостей с высоким содержанием твердых включений, или работу с растворами. В документе приводятся установочные размеры одинарных торцевых уплотнений [в том числе, имеющих гидравлическую разгрузку] для диапазона диаметров валов от 18 мм до 100 мм. Этот стандарт предъявляет более жесткие требования к рабочим поверхностям вала и уплотнительной камеры насоса.

Срок службы и надежность

Многочисленные мировые исследования и эксплуатационные испытания ведущих фирм в области разработки конструкций и изготовления торцевых уплотнений выявили невозможность прогнозирования показателей надёжности и конкретного срока службы этих прецизионных устройств, т.к. все эти показатели являются статистическими параметрами. Поэтому надёжность торцевых уплотнений является функцией многих переменных: конструктивные особенности, применяемые материалы, правильность монтажа, и в значительной степени — условия эксплуатации (режимы работы уплотнительного узла), техническое состояние этого оборудования, а также другие многочисленные неучтённые факторы, учесть которые полностью на практике не всегда представляется возможным. В связи с этим для каждого конкретного случая надёжность уплотнительного узла будет всегда разная. В нашей работе мы встречались и встречаемся с тем, что одни и те же уплотнения из одной и той же партии с одинаковыми материалами и качеством изготовления работают в одном и том же оборудовании до выхода из строя разное время, что полностью подтверждается многочисленным мировым опытом исследований в области уплотнительной техники. Необходимо особо отметить, что при недостаточном отводе тепла от колец пары трения — перегреве уплотнения, срок его службы будет существенно снижаться, что приведет к ускоренному износу или повреждению этих деталей, а также быстрому старению или деструкции вторичных уплотнительных элементов. В любом случае такие условия эксплуатации являются недопустимыми. Одним из необходимых факторов для обеспечения надежности и продолжительного срока службы уплотнения является рациональный выбор его конструктивного решения, сочетания материалов для колец пары трения, а также для вторичных уплотнительных деталей — всё это связано с выполнением комплекса опытно-конструкторских, проектно-расчетных работ, а также эксплуатационными испытаниями опытных образцов. Другим важным фактором является изготовление деталей и сборка узлов уплотнения в полном соответствии с требованиями их чертежей, проведение входного контроля на качество изготовления. Уплотнительный узел достаточно быстро выйдет из строя в том случае, когда для него не обеспечиваются необходимые и обязательные условия эксплуатации. Поэтому торцевое уплотнение не является универсальным и не может работать при любых условиях. Снижение вероятности отказа и определение наиболее вероятных причин выхода из строя уплотнения основывается на диагностике и мониторинге рабочих параметров. Монтаж и эксплуатация оборудования с установленным в него уплотнением должны выполняться только обученным и аттестованным персоналом с соблюдением всех положений соответствующих инструкций. Специальные требования к хранению торцовых уплотнений в целом соответствуют срокам и условиям хранения вторичных уплотнительных элементов — резиновых колец и манжет, эти параметры указываются в техническом задании на этапе конструирования специальной опытной продукции, а также в паспорте и(или) инструкции по её установке и эксплуатации.

Герметичность. Допустимая утечка

Двойное торцевое уплотнение

Схемы расположения «тандем» и «спина к спине» являются наиболее распространенными и простыми по конструкции. Основное уплотнение разделяет рабочую среду и затворную жидкость, а вспомогательное уплотнение разделяет затворную жидкость и атмосферу. Для схемы «спина к спине» давление затворной жидкости всегда должно превышать давление рабочей среды на 0,05. 0,2 МПа. Для схемы «тандем» давление затворной жидкости ниже давления рабочей среды. Температура и расход затворной смазочно-охлаждающей жидкости через уплотнительную камеру должны обеспечивать необходимый теплоотвод от колец пар трения обоих уплотнений для надежной работы всего уплотнительного узла.

Комбинированное уплотнение

В ряде случаев находят применение специальные комбинированные уплотнения , содержащие как основное торцевое, так и вспомогательное — радиальное или щелевое уплотнение. В качестве вспомогательного радиального уплотнения может применяться резиновая манжета. Затворная смазочно-охлаждающая жидкость циркулирует через уплотнительную камеру, обеспечивая необходимый и достаточный отвод тепла от колец пары трения, препятствуя утечке рабочей среды в атмосферу.

Специальный уплотнительный комплекс

При предъявлении более жестких требований к герметичности, надежности и продолжительному сроку службы для оборудования, связанного перекачиванием или перемешиванием сыпучих, особо вязких рабочих сред, склонных к полимеризации, кристаллизации или склеиванию [сахарные сиропы, мальтодекстрин , шоколадная масса , шоколадная и ореховая паста , патоки, сгущенное молоко, пенобетонные и бетонные смеси, гудроны, клея, лаки и т.п.] применяются специальные уплотнительные комплексы , содержащие несколько различных уплотнений — контактные торцевые или радиальные уплотнения, и динамическое щелевое уплотнение.

Выбор типа торцевого уплотнения

Обоснованный выбор типа торцевого уплотнения, а также материалов для его деталей основывается на инженерных расчетах и анализе опыта эксплуатации. Не существует единственного универсального решения, поэтому для обеспечения надежной и продолжительной работы уплотнительного узла применяются разные типы уплотнений в зависимости от параметров рабочей среды и особенностей эксплуатации. Если торцевое уплотнение часто выходит из строя, проработав меньше 1-3 месяцев с разрывом резинового сильфона или износом колец пары трения, целесообразно провести анализ [экспертизу] и выяснить возможные причины, после чего применить, более эффективное техническое решение, либо обеспечить необходимые условия для надежной работы уплотнительного узла.

Литература

Имеется множество технических справочников, книг и публикацией, посвящённых уплотнительной технике, и, в частности, торцевым уплотнениям. Такая техническая литература представлена хорошими отечественными инженерными справочниками, но особенно широко область уплотнительной техники раскрывается в зарубежных публикациях.