Торцевое уплотнение для насоса – это герметизирующие устройства, относящиеся к контактному типу уплотнений с парой трения поверхностей двух деталей. Одна деталь крепится на валу и является подвижной, другая неподвижная располагается в корпусе насоса. Трущаяся пара устройства работает в условиях перепадов давления с минимальным расходом смазывающего вещества. Смазкой в данных устройствах, зачастую, выступает уплотняемая среда.
В компании NasosClub вы можете купить торцевое уплотнение Grundfos.
Виды уплотнителей
В настоящее время есть много типов уплотнительных устройств. И порою выбрать лучшее не просто.
Сальниковая набивка
Этим устройством как уплотнителем пользуются с давних времен. Сальниковая набивка выглядит так:
- шнур, который пропитывается специальными веществами, зависящими от области применения уплотнения;
- шнур укладывают в паз корпуса центробежной помпы вокруг вала;
- шнур прижимают к корпусу при помощи болтов специальной крышкой.
Этот вид уплотнителя обладает следующими преимуществами:
- коэффициент трения низкий;
- свойство самовсасывания;
- уровень теплопроводности достаточно высок;
- продолжительный срок службы.
Сальниковая набивка существует таких видов:
- набивка с синтетической основой, обладающая прочностью и сопротивлением агрессивным средам;
- графитовое уплотнение со свойствами пластичности и упругости;
- фторопластовое уплотнение обладает хорошей адгезией к холодным жидкостям.
Манжетные
Уплотнения этого вида изготовляются из различных типов резины:
- нитриловую резину применяют в центробежных устройствах для перекачивания нефтепродуктов;
- фторкаучуковую резину используют в аппаратах, которые перекачивают агрессивные кислотные среды;
- уплотнения из этиленпропиленового каучука используют для работы с водой и другими неагрессивными жидкостями.
Конструкция манжетных видов такова:
- на вал центробежного аппарата надевается эластичная и мягкая манжета;
- манжета к корпусу прижимается при помощи давления рабочей среды в корпусе и, с другой стороны, — пружинистым кольцом.
Для лучшего уплотнения соединения элементов помпы могут использоваться несколько манжет подряд.
Использование манжет для уплотнения в центробежных аппаратах имеет такие преимущества:
- уплотнение небольшого размера;
- просто и удобно в использовании;
- отличается высоким уровнем герметичности и надежности.
Торцевой тип
Эти уплотнения считают современным изобретением в герметизации. Их называют еще механическими.
Разновидности торцевых уплотнений
Промывка
Чтобы улучшить смазывание и убрать абразивные примеси, применяется промывка, подведенная к сальниковой коробке. Обычно это перекачиваемая жидкость, направляемая прямо из корпуса насоса.
Но, перекачиваемая жидкость может быть слишком абразивна или химически не соответственно, поэтому используется внешний источник промывки – это вода, проводимая прямо к сальниковой коробке.
Внешняя промывка идет нога в ногу с устройством, называемым проставочным кольцом – это металлическое или пластиковое кольцо с дырками и пазами.
Оно устанавливается в сальниковой коробке на уплотнители.
Его задача направлять промышленную жидкость в сальниковые коробки. Поэтому он устанавливается на одной линии с линией входа жидкости.
Одинарное торцевое уплотнение вала
Рабочая температура таких торцевых уплотнителей не более 140°С, герметичность средняя. В устройстве всего один захватывающий вал комплекс, поэтому повышенной точности требует и монтаж (недопустимы перекосы, биение вала), но и подбор рабочих жидкостей. Одинарные уплотнители используют для оборудования, перекачивающего физически совместимые с материалом уплотнителя продукты:
- светлые производные нефтепереработки;
- кремы, косметика, фармацевтические жидкости;
- битум, мазут.
Главное требование — отсутствие риска кристаллизации среды после остановки вала. Отсутствие смазки даже на короткий промежуток выведет кольцо уплотнения из строя, что приведет к разгерметизации всего узла.
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.
Как выбрать тип уплотнения вала насоса
С ориентиром на характеристики перекачиваемой среды и возможность обеспечить соответствующие условия эксплуатации используют три поколения уплотнений валов для насосов:
- Сальниковое уплотнение (I поколение) — элементарное, недорогое, но и недолговечное, представляющее собой закрученную вокруг стержня плетеную веревку (асбест, стекловолокно, углеродный шнур, армированная фольга, экспандированный фторопласт), с технической пропиткой (антифрикционное масло, PTFE). Последняя подбирается в зависимости от типа и температуры жидкости, с которой предстоит работать. Сальниковая набивка уплотнения укладывается в специальную емкость, закрывается крышкой и плотно привинчивается к самому валу. Отличается механизм небольшим коэффициентом трения, химической и радиационной инертностью, экобезопасностью. Недостаток — быстрый износ уплотнения и невозможность использования при взаимодействии с ресурсами с высоким процентом азотных, хлористых и хромсодержащих соединений.
- Манжетное уплотнение ((II поколение) — эластичное кольцо, надеваемое на ворот. За счет давления жидкостей и разжатия спиралей самой манжеты достигается необходимая изоляция отсеков. Для надежности манжеты могут устанавливаться комплексом последовательно. Изготовленный из резины (нитриловой, фторкаучуковой, этиленпропиленовой), манжет эффективен при работе с нейтральными или щелочными растворами. Главное достоинство такого варианта — элементарность эксплуатации и замены.
- Торцевое или механическое (III поколение) — уплотнение, способное длительное время работать без обслуживания и замены даже в условиях большого или не выровненного между камерами давления. Торцевые образцы уплотнений отличаются высокой химической устойчивостью, что позволяет их использовать при работе с самыми разными средами.
Отнести торцевые механические уплотнения к третьему, последнему на текущий момент поколению позволила максимальная долговечность защиты на фоне минимального объема утечки. В зависимости от условий допустимым считается показатель 0,01 до 30 мл/час. Если этот процент вырастает, можно говорить о неисправности механизма уплотнения или нарушении условий эксплуатации — появлении загрязнений или шероховатостей на поверхности трущихся деталей, неправильном подборе оборудования для конкретных температур, вязкости и давления. Причиной может стать и неправильная установка торцевого уплотнения.
Сальниковая набивка
Конструкция сальниковой набивки выглядит следующим образом:
- специальный шнур, пропитанный особенными веществами, которые зависят от сферы применения уплотнения;
- шнур укладывается в специальный паз корпуса центробежного насоса вокруг основного вала;
- шнур прижимается к корпусу специальной крышкой с помощью болтов.
При этом важно знать, что сальниковая набивка должна постоянно находиться в смоченном виде. Иначе говоря, крышка сальника прижимается до такого момента, чтобы при работе агрегата в набивку попадала жидкость.
В противном случае, при сильном уплотнении сальниковой набивки, она быстро может разрушиться и выйти из строя.
И хотя некоторые скептики считают, что сальниковая набивка – это не технологичное устройство, все же она обладает рядом следующих преимуществ:
- имеет низкий коэффициент трения;
- обладает свойством самосмазывания;
- имеет достаточно высокий уровень теплопроводности;
- не теряет своих технических качеств длительный период.
На сегодняшний день существуют следующие виды сальниковой набивки:
- материалы на синтетической основе, которые обладают свойствами прочности и хорошему сопротивлению агрессивным средам;
- графитовые уплотнения имеют прекрасные свойства упругости и пластичности;
- фторопластовые уплотнения имеют хорошую адгезию к холодным средам.
Материальное исполнение торцевых уплотнений
Хорошая работа уплотнения требует идеального прилегания поверхностей уплотнения даже при постоянном росте рабочей температуры. Кроме того, высокие скорости вращения и высокие давления, при которых должны работать уплотнения, требуют оптимальной смазки и охлаждения. Поэтому выбор подходящего материала уплотнительной поверхности является первым и самым важным шагом для длительной работы всего насосного агрегата. Рассмотрим основные материалы, используемые в торцевых уплотнениях.
Материальные исполнения уплотнительных колец
- Бутадиен нитрильный каучук;
- Фторкаучук;
- Этиленпропилен;
- Перфторэластомер;
- Силикон;
- Неопрен;
- Афлас;
- PTFE;
- FEP;
- Графойл;
Что такое торцевое уплотнение
Главный сегмент торцевого или механического уплотнения состоит из двух колец — подвижного и закрепленного. Первое устанавливается непосредственно к внешнему корпусу. Для обеспечения герметичности между оболочкой и торцевым кольцом помещают полоску пластичного эластомера. Вал насоса при работе этих частей торцевого уплотнения не касается, поэтому их изнашивание исключено. Чтобы жидкости не попадали в просвет между валом и внешним кольцом, на саму ось надето второе. Пары трения (касающаяся сторон друг друга пара заглушек) уплотнения не перегреваются от постоянного взаимодействия благодаря микронной жидкостной пленке, образующейся между этими частями. К самому валу условно мобильное кольцо прижато системой пружин и сильфоном.
Плотность материалов для узлов уплотнения и допустимая нагрузка на агрегат рассчитываются в соответствии с давлением, диаметром вала, типом и плотностью подаваемого состава. Только в этом случае фактически не закрепленное на валу второе кольцо не отходит от него и статичного контрагента. Размер зазоров менее 1 микрона гарантирует изолированность полостей.
Классификация уплотнения торцевого типа
Уплотнения для насосных агрегатов делятся между собой по нескольким факторам. Первый из них – конструкция, в зависимости от которой системы бывают сильфонными и пружинными. В устройстве первой один элемент поднимается к другому за счет воздействия на них гофрированной пластины. Она называется сильфонной.
Принцип работы второй заключается в сокращении пружин, выталкивающих подвижный элемент к неподвижному. Такая система более долговечна и неприхотлива в обслуживании.
По методу крепления устройства делятся на компонентные и картриджные. В компонентных уплотнительные элементы устанавливаются отдельно и в четкой последовательности. В устройстве компонентных кольца представляют собой цельные конструкции, устанавливаемые на вал и фиксируемые штифтами.
Манжетные
Отличительной особенностью уплотнений этого типа является то, что они могут быть изготовлены из резины различных видов, а именно:
- нитриловая резина, которая применяется в центробежных насосах для перекачки нефтепродуктов;
- фторкаучуковая резина, которая используется в агрегатах, перекачивающих агрессивные кислотные жидкости;
- этиленпропиленовый каучук, уплотнения из которого используются для перекачки воды и других неагрессивных жидкостей.
Стоит также отметить, что все виды манжетных уплотнений изготавливаются согласно ГОСТ 8752-79.
Что же касается конструкции уплотнений этого вида, то она может быть представлена следующим образом:
- мягкая и эластичная манжета, которая непосредственно надевается на основной вал центробежного насоса;
- прижим манжеты к корпусу осуществляется с помощью давления жидкости в корпусе с одной стороны, а с другой – специальным пружинистым кольцом.
Примите во внимание: для уплотнения соединения деталей насоса можно использовать несколько последовательных манжет подряд. Среди преимуществ использования манжетных уплотнений в центробежных насосах можно выделить следующие важные характеристики:
- небольшие размеры;
- простота исполнения;
- высокий уровень герметичности;
- надежность уплотнения при остановленном состоянии насосного агрегата.
Общие рекомендации по замене
Перед демонтажем оборудование отключают от электричества, закрывают отсечные задвижки с обеих сторон и охлаждают. Жидкость полностью сливают из корпуса, давление стравливают. Если перекачивались токсичные или опасные вещества, проводят дезактивацию. В процессе разборки насоса, установки и последующей сборки сверяются с прилагаемым руководством.
Необходимо правильно выставлять рабочую длину вращающейся части торцевого уплотнения вала насоса. При недостаточном схождении возникают утечки, при чрезмерном – пара трения сильно изнашивается из-за работы на сухом ходу.
Во время сборки насоса нельзя допускать попадания смазки или грязи на трущиеся поверхности. При затяжке винтов нужно соблюдать крутящие моменты, указанные в руководстве.
Решающую роль в длительной бесперебойной службе играют материалы скользящей пары трения. Выбор зависит от реальных условий эксплуатации – типа перекачиваемой жидкости, температуры и давления в зоне соприкосновения поверхностей, скорости вращения вала.
Иногда приходится учитывать содержание абразивных частиц и примесей в жидкости, а также размер доступного пространства для размещения уплотнения. Пригодность материала для перекачки конкретной жидкости можно узнать из руководства или путем консультаций с поставщиком оборудования.
Основные виды материалов для пары трения:
- Угольный графит
- Оксид алюминия
- Карбид вольфрама
- Карбид кремния
- Алмазные покрытия
Для вторичных уплотнений важен тип жидкости и рабочая температура. Предпочтительней использовать эластомеры (обиходное название – резина), которые сохраняют упругость в рабочем диапазоне температур.
Контроль за состоянием узла
Торцевое уплотнение насоса не требует технического обслуживания, кроме периодической визуальной проверки. Небольшие утечки, которые наблюдаются при запуске, исчезают после приработки поверхностей трения. Двойное уплотнение обеспечивает безопасность при перекачке взрывоопасных или ядовитых жидкостей.
В случае постоянного увеличения течи узел надо проверить. Изношенные вторичные уплотнения заменяют, при сильной вибрации вала выполняют центрирование. Если на трущихся поверхностях обнаружены повреждения, уплотнение подлежит замене целиком.
Самые распространенные причины повреждений:
- Неправильная установка – несоблюдение соосности вала, кривая посадка седла, ошибочная монтажная длина, монтаж ударным способом
- Отсутствие или недостаточное образование смазочной пленки
- Загрязнение или прилипание поверхностей трения
- Коррозия, воздействие повышенной температуры или сильной механической нагрузки
- Изменение условий эксплуатации
Ширина зазора между неподвижной и вращающейся поверхностью должна быть очень маленькой, поскольку объем утечек пропорционален кубу величины зазора. Например, для водяных насосов типичный зазор составляет всего 0.2 мкм, это в десятки раз тоньше человеческого волоса. Чистота и гладкость поверхностей скольжения, правильная центровка вала насоса обеспечивают плотное параллельное прижатие с минимальной утечкой.
Обзор принципа действия торцевого уплотнения
При включении перекачки за счет давления жидкости пары трения прижимаются максимально плотно. В то же время пружина (одна или набор из ряда периферийно-расставленных) или сильфон (гофрированная пластина) прижимает уплотнение и к опоре, и к радиусу подвижного вала. Для уверенного скольжения трущиеся части отполированы до идеальной чистоты, — при наращивании давления и скорости вращения вала это создает своеобразную жидкостную пленку. Она же обеспечивает и охлаждение всего узла. Эта система полностью исключает износ и без того плотных составляющих системы. В противовес сальниковым или манжетным альтернативам торцевое уплотнение практически не изнашивается и не требует обслуживания.
В зависимости от конструкции торцевые уплотнения подразделяют:
- с пружинным или сильфонным обеспечением давления;
- одинарные или двойные;
- компонентные или картриджные.
Последние заранее собраны в единый узел и помещены в оболочку или картридж. При замене конструкция такого торцевого уплотнения надевается целиком. В компонентных можно поменять конкретный элемент.
Используемые модели уплотнений отличаются размерами, принципом крепления и материалом основных узлов. Кольца изготавливают из керамики, карбида кремния, графита, — плотных износостойких материалов, хорошо поддающихся полировке и инертных к большинству агрессивных смесей. Сильфоны, создающие давление на недвижимую часть, — из металла или резины, эластомера (бюджетные). Их площадь создает дополнительную герметичность по сравнению с пружинными вариантами. В некоторых случаях этот элемент дополнительно передает крутящий момент вала.
