Торцевые уплотнения центробежных насосов: обзор современных материалов для гидроизоляции узлов. Торцовые уплотнения

Торцевое уплотнение - это устройство, которое образует вращающееся уплотнение между подвижной и неподвижной частями. Они были разработаны для устранения недостатков сальниковой набивки. Утечка может быть снижена до уровня соблюдения экологических стандартов государственных регулирующих органов и затраты на техническое обслуживание и ремонт также могут быть снижены.

Преимущества торцевого уплотнения по сравнению с обычной сальниковой набивкой:

1. Отсутствие или ограниченная утечка перекачиваемой жидкости.
2. Уменьшение трения и потери мощности насоса.
3. Элимирование вала или втулки износа.
4. Сокращение расходов на обслуживание.
5. Возможность использования при более высоких давлениях и более агрессивных средах.
6. Широкое разнообразие конструкций позволяет использовать торцевые уплотнения почти во всех насосах.

Рисунок 1. Одинарное торцевое уплотнение

Как работает торцевое уплотнение.

Первичное герметизирующее уплотнение достигается с помощью двух очень плоских полированных поверхностей, которые создают сложный путь, перпендикулярный пути утечки (препятствуют утечке). Трущийся контакт между этими двумя плоскими поверхностями сводит утечку к минимуму. Как и во всех уплотнениях, одна поверхность установлена неподвижно в корпусе, а другая зафиксирована и вращается вместе с валом. Одна из поверхностей, как правило, выполнена из износостойкого материала, таких как угольный графит. Другая, как правило, из относительно стойкого материала твердого материала как карбид кремния. Разнородные материалы, как правило, используют для стационарных прокладок и вращающихся кольцевых уплотнителей, чтобы предотвратить прилипание этих двух поверхностей. Мягкая сторона обычно имеет менее сопряжённые поверхности и обычно называется истирающаяся кромка.

Существуют четыре основных точки уплотнения в торце торцевого уплотнения (рисунок 2). Первичное уплотнение - это торцевая поверхность уплотнения, точка А. Путь утечки в точку В блокируется либо уплотнительными кольцами, V-образным кольцом, либо клином. Пути утечек в точки С и Д блокируются прокладками или уплотнительными кольцами.

Поверхности в типичных торцевых уплотнениях смазываются граничным слоем газа или жидкости. При разработке уплотнений с желаемыми параметрами протечек, ресурсом уплотнения, энергопотреблением, проектировщик должен учесть, как поверхности будут смазываться и принцип их смазывания.

Для выбора наилучшей конструкции уплотнения необходимо иметь как можно больше информации о рабочих условиях и перекачиваемой среде. Полная информация о продукте и окружающей среде позволяет выбрать наилучшее уплотнение для данного применения

Рисунок 2. Точки уплотнения торцевого уплотнения

Конструкции торцевых уплотнений

Одинарное внутреннее

Это наиболее распространенный тип торцевого уплотнения. Эти уплотнения легко изменены для обеспечения буферной системы промывки уплотнений и могут быть сбалансированы, чтобы выдерживать высокие давления среды. Рекомендуется применять для неагрессивных и агрессивных жидкостей с удовлетворительными смазывающими свойствами, когда стоимость не превышать стоимости двойного торцевого уплотнения.

Одинарное внешнее

Если очень агрессивная жидкость имеет хорошие смазывающие свойства, внешнее уплотнение является экономичной альтернативой дорогим металлам, необходимым для обеспечения коррозионной стойкости во внутренних уплотнениях. Недостатком является незащищённость от воздействия ударов и гидравлических давлений, поэтому уплотнения имеют низкие пределы давления (сбалансированные и несбалансированные).

Двойное (двойное под давлением)

Такая конструкция рекомендуется для жидкостей, которые не совместимы с одинарным уплотнением (т.е. жидкости, которые являются токсичными, опасными (по охране окружающей среды), содержащие абразив или едкие вещества, требующие дорогостоящих металлов). Преимущества двойных уплотнений в том, что они имеют в пять раз больший срок службы, чем одинарные при тяжёлые условиях работы. Кроме того, металл внутренней части уплотнения никогда не подвержен воздействию перекачиваемых жидкостей, вязкие, абразивные и термореактивные жидкости легко герметизируются без необходимости в больших затратах. Кроме того, последние испытания показали, что срок службы двойного торцевого уплотнения практически не меняется при изменении технологических параметров работы насоса. Это является существенным преимуществом в пользу двойного торцевого уплотнения.

Окончательное решение при выборе между двойным или одинарным уплотнениями определяется стоимостью уплотнения, стоимостью эксплуатации, а также нормами промышленных выбросов в окружающую среду при протечки торцевого уплотнения.

Двойной газовый барьер (под двойным давлением)

Очень похож на картридж двойное уплотнение, уплотнение инертным газон, например азот, используется в качестве смазочного материала поверхности и охлаждающей жидкости вместо системы охлаждающей жидкости или промывки струёй жидкости, как у обычных или картридж двойных уплотнений. Эта концепция была разработана так как многие барьерные жидкости обычно используются в двойных торцевых уплотнениях и уже не могут использоваться согласно новым нормам состава выбросов. В качестве газового барьера в уплотнениях используют азот или воздух в качестве безвредного и недорогого, который помогает предотвратить выброс продуктов в атмосферу и полностью соответствует нормам выбросов. Уплотнения с двойным газовым барьером необходимо использовать при перекачивании токсичных или опасных жидкостей, которые регламентированы или в ситуациях, когда требуется повышенная надёжность.

Тандем (двойное без давления)

В соответствии с нормами здравоохранения, безопасности и охраны окружающей среды, тандем уплотнения используются для перекачивания таких продуктов как винилхлорид, окись углерода, лёгкие углеводороды, а также широкий спектр других летучих, токсичных, канцерогенных или опасных жидкостей.

Тандем уплотнения предотвращают обледенение легких углеводородов и других жидкостей, температура которых может опускаться ниже атмосферной точки замерзания воды в воздухе (32F или 0С). (Типичные жидкости обладающее буферными свойствами являются этиленгликоль, метанол и пропанол). Тандем уплотнения также увеличивает надёжность. Если обычное уплотнение выходит из строя, внешнее уплотнение может взять на себя функцию технического обслуживания.

Выбор торцевого уплотнения

Правильный выбор торцевого уплотнения может быть сделан только, когда имеется полная информация об условиях эксплуатации.

1. Жидкость
2. Давление
3. Температура
4. Характеристики жидкости
5. Надёжность и нормы выброса

1. Жидкость

В первую очередь должна быть определена рабочая жидкость. Металлические детали должны быть коррозионно-устойчивы, как правило, это стали, бронзы, нержавеющие стали или Hastelloy. Сопрягаемые поверхности также должны противостоять коррозии и износу. Например углерод, керамика, карбид кремния или карбид вольфрама. Стационарные элементы уплотнения Buna, EPR, Viton and Teflon являются наиболее часто используемыми.

2. Давление

Собственно тип уплотнения, сбалансированное или несбалансированное, основывается на давлении уплотнения и габаритах уплотнения.

3. Температура.

В частности, определяет использование деталей уплотнения.

Материалы должны быть выбраны в соответствии с температурой жидкости.

4. Характеристики жидкости

Абразивные жидкости вызывают чрезмерный износ и сокращают срок службы уплотнения. Двойные уплотнения или система промывочной жидкости от

внешнего источника позволяют использовать торцевые уплотнения на этих

трудных жидкостях. При перекачивании лёгких углеводородов сбалансированные уплотнения часто используются с целью увеличения срока службы уплотнения, хотя давление и низкое.

5. Надёжность и нормы выброса

Выбранный тип уплотнения и его конструкция должны отвечать желаемой надёжности и стандартам выброса. Двойное уплотнение и уплотнение с двойным газовым барьером являются предпочтительными.

Камеры уплотнения большого диаметра

Разработанная в середине 80х, увеличенная камера уплотнения с увеличенным радиальным зазором между механическим уплотнением и стенкой камеры уплотнения обеспечивают лучшую циркуляцию жидкости. Улучшенная смазка и отвод тепла от уплотнения (охлаждение) продлевает срок службы уплотнения и снижает эксплуатационные затраты.

Увеличенная камера уплотнения

Улучшает циркуляцию жидкости без использования внешней промывки. Даёт такие преимущества как снижение эксплуатационных расходов, отсутствие необходимости использования системы обвязки, снижение расходов на электроэнергию (связанные с системой промывки уплотнения) и увеличивает надёжность уплотнения. Конические отверстия камеры уплотнения обычно совместимы с химическими насоса ANSI. В насосах по API используются обычные увеличенные камеры уплотнения. В насосах для перекачки бумажной массы используются как обычные увеличенные камеры уплотнения, так и камеры уплотнения с большими коническими отверстиями. Только камеры уплотнения с коническими отверстиями с модификаторами потока обеспечивают надёжность при эксплуатации как с так и без твёрдых частиц, воздуха и пара.

Обычная камера уплотнения с коническими отверстиями

Работа торцевого уплотнения нарушается, когда в жидкости присутствуют твёрдые частицы или пары. Обычная камера уплотнения с коническими отверстиями применяют для увеличения срока службы уплотнения при перекачивании жидкостей, содержащих твёрдые частицы или пары. Уплотнения в такой рабочей среде выходят из строя преждевременно из-за содержания твёрдых частиц или паров. Как результат сильная эрозия уплотнения и деталей насоса, повреждение поверхностей уплотнения и работа по сухому ходу.

Модифицированная камера уплотнения с осевыми ребрами:

Хороша при перекачке жидкостей содержащих воздух, и маленькие твёрдые частицы.

Этот тип камеры уплотнения обеспечивает больший срок службы уплотнения при содержании в жидкости воздуха или паров. Осевые ребра предотвращают захват паров за счёт улучшения циркуляции потока в камере уплотнения. Вероятность работы по сухому ходу исключена. Кроме того, твёрдые частицы содержанием менее 1% также не являются проблемой.

На пути твёрдых частиц / жидкостей возникает новый режим течения. В следствие перекачивания жидкостей со значительным содержанием твёрдых частиц (более 1%) возможна залипание пружины уплотнения или сильфона, попадание твёрдых частиц на поверхности уплотнения и окончательная поломка уплотнения.

Контроль состояния среды

Контроль состояния среды необходим для надежной работы торцевое уплотнение производители уплотнений предлагают различные меры для борьбы со следующими проблемами:

1. Коррозия
2. Температурный контроль

Рисунок 3 и 4

Коррозия

Коррозии можно избежать путём выбора коррозионно-стойких материалов торцевого уплотнения. Когда это трудно, то возможно исполнение наружной закачки в пласт жидкости или газа из нержавеющих материалов. Одинарные и двойные уплотнения могут быть использованы, когда заказчик ошибается по поводу свойств перекачиваемой среды.

Температурный контроль

При вращении уплотнения поверхности трения находятся в контакте. Таким образов выделяется тепло, и если это тепло не отводится, то температура в камере уплотнения может увеличиться и стать причиной выхода из строя уплотнения. Простая обводная трубка отводит тепло производимое в результате контакта поверхностей трения. (рисунок 3). Для более высоких температур, обводную трубку должна проходить через охладитель (рисунок 4). Подвод внешней жидкости также может использоваться.

Грязные или несовместимые среды

Торцевые уплотнения обычно плохо работают с жидкостями, содержащими твёрдые включения или кристаллизующимися при контакте с атмосферой. В данном случае пропускание обводной трубки через фильтр, циклонный сепаратор или фильтр обеспечивает очистку жидкости для смазки поверхностей трения.

Фильтры эффективны для частиц размером на 40 меш более отверстия фильтра.

Цилконные сепараторы эффективны для твёрдых частиц диаметром 10 микрон или более, если они имеют удельный вес 2,7 и насос обеспечивает перепад давления 30-40 атмосфер. Фильтры задерживают частицы от 2х микрон и более.

Если доступна внешняя промывка чистой жидкостью, то это наиболее безотказная система. Манжетное уплотнение или дроссель имеют возможность регулирования потока вводимой жидкости до 1/8 GPM. Охлаждающий тип уплотнения используется при работе с жидкостями, имеющими тенденцию к кристаллизации при контакте с воздухом. Вода или пар, пропускаемый таким образом решить эту проблему. Другие системы поставляются в соответствии с требованиями обслуживания.

Максимальная гибкость уплотнения - Динамическое уплотнение.

Для устранения проблем, связанных с торцевым уплотнением и сокращения расходов на ремонт и обслуживание.

Динамические уплотнения предназначены для работы с жестким средами, там где обычные торцевые уплотнения или сальниковые набивки требуют постоянного дорогостоящего обслуживания. Главным преимуществом является то, что посредством запатентованной конструкции не требуется внешнее водяное уплотнение, тем самым устраняя утечки, загрязнение перекачиваемой среды, разбавление продукта и проблем, связанных с регламентными работами по контролю за уплотнениями

Торцевое уплотнение представляет собой узел, используемый для герметизации в тех частях насоса, где через крышку проходит вал. Достаточная плотность формируется сильным прижатием по поверхностям двух элементов - крутящегося и неподвижного. Детали должны иметь высокую точность, она достигается при помощи притирки и шлифовки.

Торцевые уплотнения для насосов сухого типа предотвращают попадание жидкости в окружающее пространство, а в погружных не пропускают в двигатель воду, позволяя избежать возникновения короткого замыкания. Для увеличения точности на одном валу располагается два уплотнения с использованием диэлектрика (масла либо охлаждающей массы).

Герметичный узел может быть сбалансированным, иметь картриджную или разборную конструкцию. ее тип и температура оказывают влияние на используемые твердые или мягкие материалы. Обширное распространение приобрел графит с пропиткой, карбид. В качестве вторичного уплотнения возможно применение резины.

Как продлить срок службы

Стоит отметить, что такие элементы подвержены быстрому износу и отличаются чувствительностью к окружающей среде, но несмотря на это, являются самыми точными. Большая часть сложностей в работе насосов связана с поломкой названного устройства. Срок эксплуатации уменьшается из-за многих причин, к примеру, из-за воздействия абразивных частиц или повышенных температур. Также на него оказывает влияние неправильное использование. Чтобы торцевое уплотнение служило дольше, важно подобрать состав, соответствующий поставленным задачам.

Эмульсии и масла не подходят для резины, так как она не отличается устойчивостью к продуктам нефтепереработки. В данном случае используется витон для уплотнения. Сухой ход, способствующий перегреву, может привести к поломке устройства. Требуется систематический спуск воздуха через установленные выходы насоса.

Особое значение имеет грамотная настройка автоматики. Также существует вероятность залипания, при котором склеиваются плоскости после простоя либо резина припаивается к валу. Для предотвращения слипания необходимо иногда прокручивать вал.

Двойное уплотнение

Тип, материал и конструкция уплотнения зависят от условий, в которых происходят работы и особенностей перекачиваемых жидкостей. Одинарное уплотнение используется для жидкостей, не являющихся взрыво- и пожароопасными, а также для взрывоопасных веществ категорий Т1, Т2 и Т3.

Двойное уплотнение используется для жидкостей, для которых не подойдет одинарное. Это опасные для окружающей среды составы, токсичные, едкие или абразивные вещества. Стоит отметить, что при сложных условиях работы такая конструкция служит в пять раз дольше по сравнению с другими. Помимо этого, ее внутренняя металлическая часть отличается стойкостью к влиянию окружающей среды, а термореактивные, вязкие массы быстро герметизируются без дополнительных затрат.

В соответствии с ГОСТ Р 52743-2007, двойное торцевое уплотнение используется для взрывоопасных жидкостей категории Т4. Нормы выбросов при повреждении, период использования и стоимость двойного уплотнения позволяют совершить окончательный выбор.

Среди общих требований к торцевым уплотнениям стоит отметить совместимость с посадочными и габаритными размерами насосов. Общее строение должно предусматривать прежний режим работы при малом давлении массы в бачке в сравнении с уплотняемой средой. Применение двойного уплотнения исключает вероятность протечки. Материал для корпусных элементов должен полностью соответствовать технологическим характеристикам переносимых жидкостей.

Газовый барьер

Имеет сходство с картриджем двойного уплотнения, при этом в роли охлаждения и смазочного материала применяется инертный газ, а также вместо промывки водяной струей или охлаждающих жидкостей. Разрабатывалась такая система ввиду того, что некоторые барьерные составы, используемые ранее, не могут применяться из-за несоответствия обновленным нормам выбросов.

Уплотнения в роли газового барьера используют безвредный воздух или азот, позволяющий предотвратить попадание веществ в окружающую среду и соответствовать установленным нормам выбросов. В ситуациях, требующих увеличенной надежности, или при транспортировке опасных или токсичных составов должны применяться конструкции с газовым двойным барьером.

Кстати, средняя цена (торцевое уплотнение с газовым барьером) - примерно 2 тысячи рублей.

Тандем

Нормы охраны окружающей среды и здравоохранения регламентируют использование тандема для перекачки таких веществ, как углеводороды, винилхлориды и обширного перечня других канцерогенных или летучих составов.

Такое устройство позволяет предотвратить обледенение углеводородов легкого типа и жидкостей, которые характеризуются снижением температуры ниже точки замерзания воды. Пропанол и метанол являются типичными примерами составов, имеющих буферные характеристики. Также тандем увеличивает степень надежности. При поломке обычной конструкции внешняя составляющая перенимает на себя задачи технического обслуживания.

Без сталкивателя

Для поддержки контакта плоскостей уплотнения нежелательно передвижение конструкции по втулке или валу. Среди главных достоинств стоит выделить работоспособность при широком температурном диапазоне и отсутствие необходимости в применении дополнительного уплотнения.

Негативным моментом является модернизация поперечных сечений при использовании в тяжелых условиях эксплуатации.

Сталкиватель

Для обеспечения контактов поверхностей узлов требуется подключить вторичное торцевое уплотнение, перемещаемое вдоль оси втулки или вала. Благодаря такому свойству компенсируются повреждения на передней плоскости устройства. К его достоинствам относится достаточно невысокая стоимость и обширный диапазон толкателей, представленный в магазинах в различных конфигурациях и размерах. Но нужно отметить, что он может привести к коррозионному повреждению втулки и перемещению вторичного уплотнения.

Сбалансированные устройства

В балансировку уплотнения входит простая трансформация конструкции, уменьшающая гидравлическую силу, которая закрывает торцевое уплотнение вала. Сбалансированные узлы отличаются выделением меньшего количества тепла, малой нагрузкой уплотнительных плоскостей и увеличенной степенью давления. Благодаря этому они становятся оптимальным вариантом для переноса составов с высоким давлением паров и смазывающей недостаточной способностью.

Несбалансированные элементы

Они имеют большую стабильность при изменении кавитации и соосности, при малом количестве утечек и невысокой стоимости. Достаточно низкая ступень давления является недостатком таких конструкций. При превышении установленной границы давления равнодействующего усиления, воздействующего на уплотнительные части, выдавливается находящаяся между поверхностями пленка, и работа приобретает сухой ход.

Стандартные

В качестве примера можно привести Grundfos - торцевые уплотнения, требующие монтажа и выравнивания на втулке или валу. Несмотря на простой метод установки устройства, в настоящее время находится в приоритете уменьшение затрат на техническое обслуживание, что приводит к большему распространению картридж-конструкций.

Внутреннее одинарное

Торцевое уплотнение Wilo данного типа является наиболее популярным. Есть возможность легкого изменения для формирования буферной системы промывания, сбалансирования для перенесения повышенного давления окружающей среды. Рекомендуется к использованию для агрессивных и неагрессивных жидкостей со смазывающими достаточными характеристиками.

Картридж

К данной категории относятся торцевые уплотнения для насосов, устанавливаемые на втулку, в том числе на втулку вала и крышку сальника, имеющую плотное прилегание к валу. Заключается их главное преимущество в том, что нет необходимости использования для их монтажа присоединительных элементов. За счет таких конструкций снижается вероятность появления ошибок во время монтажа и уменьшаются

Внешнее одинарное

Такое торцевое уплотнение становится бюджетной альтернативной заменой дорогостоящим металлам, которые нужны для придания стойкости к коррозии внутренним уплотнениям, при условии наличия высоких смазывающих характеристик у агрессивной жидкости. Правда, стоит отметить среди недостатков подверженность гидравлическому давлению и влиянию ударов, из-за чего уплотнения данного типа обладают малыми пределами давления.

Уплотнения валов насосов

1. Сальниковая набивка (I поколение уплотнений)

Это одно из самых простых и недорогих уплотнений вала, которым пользовались не одно столетие и пользуются до сих пор.
Конструктивно представляет собой шнур 1, который укладывается в канавку корпуса насоса 3 вокруг вала и поджимается каким-либо способом (уплотняется крышкой сальника 2, которая затягивается винтами к корпусу насоса).
Название «сальниковая набивка» сохранилось со времен, когда в качестве уплотнительного шнура служила веревка пропитанная жиром.
В настоящее время, для уплотнения этого типа используются специальные шнуры, изготовленные из различных материалов и пропитанных специальными пропитками, в зависимости от перекачиваемой жидкости и рабочей температуре.

Данные уплотнения могут работать, если набивка постоянно находится в смоченном состоянии, для чего ее затягивают до такого состояния, чтобы при работе насоса через нее капала жидкость. Если затянуть набивку слишком сильно, то это может привести к перегреву сальникового узла и разрушению набивки. В связи с чем, такое уплотнение не может гарантировать полной герметичности.

Применяется одинарная сальниковая набивка и двойная.
Одинарная работает с жидкостями до +95°С, двойная до +140°С и более.
Особенностью эксплуатации двойного сальнака служит необходимость подвода затворной жидкости в камеру между уплотнениями. При этом давление затворной жидкости должно быть на 0,5 атм выше, чем давление в насосной части. На рисунке показано устройство двойного сальникового уплотнения.

Виды набивок:

- графитовые, на основе армированной фольги сечение от 3мм до 50мм
Такие сальниковые набивки обладают высокой упругостью, хорошей пластичностью при обжатии, имеют низкий коэффициент трения, высокую теплопроводность, исключают коррозионный и механический износ рабочей поверхности.
Применяются для использования в водяных насосах.

- из синтетических волокон сечение от3мм до 50мм
Набивки из синтетических волокон обладают высокой механической прочностью и стойкостью к абразивным средам. Они рекомендуются к применению в нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной промышленности.

- фторопластовые (на основе экспандированного фторопласта) сечение от 3мм до 50мм
Фторопластовые набивки стойки к агрессивным средам, практически не имеют холодной текучести, при обжатии очень пластичны. Они рекомендуются к применению в фармацевтической, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической промышленности.

Исключение составляют фторсодержащие жидкости.

Фторопластовые графитонаполненые (на основе экспандированного графитонаполненного фторопласта) сечение от 3мм до 50мм
Графитонаполненые сальниковые набивки обладают хорошей химической стойкостью во всех средах, высокой теплопроводностью, низким коэффициентом трения, высокой упругостью и пластичностью, практически не имеют холодной текучести.
Прочность этих набивок достигнута путём вплетения в угловую оплётку армидного волокна (кевлара)- это даёт возможность использовать данные набивки для надёжной герметизации оборудования служащего для перекачки сред содержащих абразивные частицы, песок, а также среды способные к крестализации. Они рекомендуются к применению в фармацевтической, пищевой, химической промышленности и энергетике.

- комбинированные (графит-фторопласт) сечение от 3мм до 50мм
Комбинированые набивки обладают высокой пластичностью, упругостью, имеют низкий коэффициент трения, наиболее долговечны в эксплуатации благодаря угловой оплётке, которая обеспечивает упрочнение набивки, исключая выдавливание материала зазоры сальника.

2. Манжетные уплотнения (II поколение уплотнений)

Эти уплотнения являются альтернативой сальниковой набивки и появились после изобретения резины.

По конструкции представляет эластичную манжету, надетую на вал насоса, уплотнитель которой герметизирует вал за счет установленного пружинного кольца и давления жидкости в корпусе насоса.
Обычно, при установке в насосах, температура перекачиваемой жидкости не превышает +70...90°С

Изготавливаются из резины различных марок:

Этилен-пропиленового каучука (EPDM) – для пищевой промышленности и щелочных жидкостей,
- нитриловой резины (NBR) – при перекачивании ГСМ,
- фторкаучуковой резины (Viton, FPM) при перекачивании кислотосодержащих жидкостей.

Манжеты могут изготавливаться в 4 исполнениях в соответствии с ГОСТ 8752-79.
Пример обозначения: 1.2-dxD, где 1.2 исполнение манжеты, d – диаметр вала, D – диаметр посадочного места в корпусе насоса.
Различаются:
- по типу манжеты (первая цифра): 1 – без пыльника, 2 с пыльником
- по исполнению манжеты (вторая цифра): 1 – с рабочей кромкой, полученной механической обработкой, 2 – с формованной рабочей кромкой.

Могут устанавливаться как по отдельности, так и последовательно по несколько штук.

3. Торцевые уплотнения (III поколение уплотнений)

Такие уплотнения называют еще механическими. Торцевые уплотнения представляют собой сборочную единицу, состоящую из 2 основных частей: неподвижного элемента (кольцо 6 и уплотнительный элемент 7), который крепится в корпусе насоса и уплотняет место установки, и подвижного, который крепится на валу и герметизирует вал (состоит из резинового сильфона 2, кольца 5 и пружины 4). Между этими элементами находятся 2 кольца из композитных материалов или керамики (поз. 5, 6), которые имеют в месте контакта прецизионные поверхности, по которым и идет уплотнение между подвижным и неподвижным деталями.
На чертеже, для наглядности, показано рабочее колесо насоса (поз. 1) и корпус насоса (поз. 2).

Торцевые уплотнения имеют большой срок службы и практически не дают утечек (утечки составляют менее 0,1 см3/ч).

Различают 3 вида установки торцевых уплотнений:

- одинарное торцевое уплотнение.

Это самая распространенная схема. Применяется, если не требуется полной герметичности и достаточно рабочей температуры до +95…+140°С.
Утечки, хоть и небольшие, но все же существуют в любом уплотнении. Для воды и неагрессивных жидкостей это не принципиально, но если требуется перекачка ядовитых или химически активных жидкостей, то даже утечки менее 0,1 см3/час, могут привети к скапливанию в помещении паров этих жидкостей.
Для того, чтобы этого избежать, используют двойное торцевое уплотнение.

- двойное торцевое уплотнение по схеме «спина к спине»

Такое уплотнение применяется при перекачивании взрывоопасных или ядовитых жидкостей, утечки паров которых не допустимы. Также эта схема применяется при перекачивании жидкостей, которые могут при высыхании «склеить» рабочую пару уплотнения (например, сахарные сиропы и т.п.). Для работы такого узла уплотнения требуется подвод затворной жидкости, давление которой должно быть больше чем в насосе не менее чем на 0,5 атм).
Уплотнения этого типа могут работать до температуры +140…+200°С.

- двойное торцевое уплотнение по схеме «тендем».

Применяется, когда подвод затворной жидкости к узлу уплотнения извне невозможен. Для работы возможно изготовление автономного бачка с жидкостью для охлаждения узла уплотнения.
Уплотнения этого типа могут работать до температуры +140°С.

Существует много типов торцевых уплотнений. Приводим фото одного из них (серии Т2100). Принцип работы остальных схожий. Отличаются, в основном, материалами сильфона, эластомеров, материалами колец и монтажными размерами.

Сильфон может быть выполнен из металла или из резины различных марок.
Кольца могут быть изготовлены из керамики, карбида кремния, графита.

Срок службы правильно подобранного торцевого уплотнения может быть 5 и более лет. Уплотнения не требуют обслуживания.

В современной нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, в технологических и производственных процессах, часто используются жидкости и газы, утечка которых, в результате сбоя в работе или при аварии может представлять серьезную опасность, как для окружающей среды, так и для жизни людей.
Именно по этим причинам, обсуждая вопросы, касающиеся торцевого уплотнения вала насоса, подразумевают разработку надежного уплотнительного комплекса.

Торцевые уплотнения насосов

Уплотнительный комплекс насосов представляет собой сложную систему, которая состоит из двух основных компонентов: системы обеспечения и уплотнительного узла модульного типа.
Если хоть одна из составляющей торцевого уплотнения вала сконструирована ненадежно, то не может быть и речи о герметичной и безопасной работе вращающегося вала.

В свою очередь, уплотнительный узел модульного типа состоит из основного и вспомогательного торцевых уплотнителей. Кстати, вспомогательных уплотнителей может быть сразу несколько.

Основное обеспечивает задачу по герметизации рабочей среды.
В случаях использования двойного варианта основным является внутреннее, которое контактирует с рабочей средой. Наиболее часто применяется два одинарных по схеме «тандем» - это экономически оправданно и рекомендовано требованиями API 682.
Вспомогательное, это уплотнение контактного или щелевого типа, которые подбираются, исходя из их назначения.

Система обеспечения служит для создания оптимальных условий работы системы и включает в себя:

• средства контроля;
• теплообменник;
• систему трубопроводов обвязки.

Средства автоматики и контроля контролируют в системе температуру, давление, уровень затворной жидкости.

Теплообменник выполняет функции охлаждения затворной или буферной жидкости, которая отводит фрикционное тепло от пар трения.

Система трубопроводов обвязки отвечает за циркуляцию охлаждающей воды и затворной жидкости.

Основой для разработки наиболее эффективного и безопасного торцевого уплотнения для насосов являются положения ГОСТа 26-06-2028-96 "Насосы общепромышленного назначения. Требования безопасности".
Действие данного стандарта распространяется на насосы центробежного типа, которые устанавливаются в пожароопасных и взрывоопасных зонах. Однако с момента разработки этого ГОСТа прошло уже много десятилетий, поэтому он требует доработки и некоторого расширения в целях гарантии охраны окружающей среды и здоровья человека.
Если говорить об уплотнениях для насосов, то появились такие термины, как «системы обеспечения уплотнительного узла» и «уплотнительный комплекс».

Этапы разработки торцевого уплотнения насосов

1. Изучение условий использования - это определяющий этап. Знание международных и российских стандартов, изучение конкретных условий эксплуатации, анализ применения предыдущих конструкций, изучение специфики конкретной отрасли промышленности - все это является основой для разработки.
2. Выбор типа изделия, где основными критериями являются параметры и свойства перекачиваемой жидкости: давление и температура в камере.
   Торцевое уплотнение можно разбить на три основных блока:

• с поджимным вращающимся узлом;
• с металлическим вращающимся сильфоном;
• с металлическим неподвижным сильфоном.
  Первый тип эксплуатируется в насосах, которые перекачивают жидкости температурой до 200 градусов. Данная конструкция наиболее распространена и чаще всего используется в мировой практике.
  Второй и третий тип используется в насосах, которые перекачивают жидкости температурой в пределах от 150 до 400 градусов.

1. Компоновка уплотнительного узла.
   Имеется три основных вида компоновки уплотнительного узла:

• Компоновка 1 - это уплотнение вместе со вспомогательным уплотнением. Представляет собой внутреннее одинарное уплотнение модульного типа с поджимным вращающимся узлом.
• Компоновка 2 - это двойное уплотнение без давления буферной жидкости. Представляет собой узел из двух одинарных узлов, в качестве которых могут использоваться внутренние последовательные уплотнения с двумя ответными кольцами пары трения и двумя поджимными вращающимися узлами.
• Компоновка 3 - это двойное торцовое уплотнение с гидравлической разгрузкой (двойной) под давлением затворной жидкости.
  Выбор той или иной компоновки может зависеть от различных факторов - давления перекачиваемой жидкости, ее температуры, от требований стандартов безопасности, наличия твердых включений в рабочей среде и так далее.

Марки торцевых уплотнений для насосов

Мы предлагаем Вам ознакомиться с различными марками изделий, их назначением и границами их возможного использования. Для перехода на страницу с подробным описанием каждой марки щелкните по ее названию в таблице ниже. Купить торцевое уплотнение любой марки вы можете в нашей компании "Герметик".