Еще раз о торцевых уплотнениях

Торцевые уплотнения, применяемые в насосном оборудовании, выполняют функцию герметизирующих компонентов. Они работают за счёт трения двух сопряженных поверхностей разных деталей. Одна монтируется на вал насоса, другая фиксируется в корпусе устройства. Первая становится подвижной, вторая — неподвижной. Получается пара трения, которая способна работать с минимальными потерями смазочных материалов, которыми в данном случае является уплотняемая среда, даже в условиях перепадов давления.

Несмотря на простоту конструкции, данное уплотнение является одним из самых уязвимых компонентов насосного оборудования.

Конструкция торцевого уплотнения

Наиболее распространенный тип торцевых уплотнений состоит из 9 основных элементов:

  • неподвижный элемент пары трения;
  • подвижный элемент пары трения;
  • монтажный болт для крепления устройства на валу;
  • эластомерный уплотняющий элемент;
  • штифт, используемый для передачи момента на подвижный элемент пары трения;
  • задняя часть насосной камеры;
  • штифт, исключающий возможность проворота подвижного элемента пары трения;
  • вал помпы основного;
  • прижимной блок, увеличивающий силу трения между кольцами.

Видеодемонстрация принципа действия уплотнений торцевого типа

Описание принципа действия

Уплотняющее торцевое устройство оборудовано двумя кольцами:

  • подвижное устанавливается на рабочем валу;
  • неподвижное находится внутри корпуса.

Одно из этих колец обладает возможностью аксиального перемещения. Её обеспечивает пружина, сильфон или какой-либо другой поджимающий элемент. Он, в комбинации с подвижным кольцом и нажимной втулкой, превращается поджимной узел. Его основная задача — обеспечить плотность контакта пары трения даже при отсутствии силы давления, которую оказывает среда.

Вторичные уплотнительные элементы должны обязательно присутствовать в конструкции устройства. Они располагаются между корпусом и блоком статора, а также между вращающимся блоком и ротором.

Также применяются фиксаторы. Они предотвращают возможность проворота неподвижной части, а также подводят подвижную часть в необходимое положение.

Классификация торцевых уплотнений, применяемых в насосах

В продаже можно найти множество разных уплотнительных компонентов. Для упрощения выбора существует несколько способов их классификации.

1. По конструкции:

— одинарные;

— двойные;

— комбинированные.

2. По месту расположения в насосе:

— наружные;

— внутренние.

Схематичное представление конструкции механического торцевого уплотнения

4. По конструктивным особенностям:

— выполненные по европейским стандартам EN 12756 (DIN 24960), классические;

— специализированные (европейского стандарта или нет);

— патронные или картриджные (европейского стандарта или нет).

5. По степени гидронагрузки:

— гидроразгруженные;

— гидронагруженные.

6. По материалам изготовления:

— из обычных материалов, для работы в стандартных условиях;

— из специальных компонентов, для эксплуатации в особых условиях.

Классификация уплотнений по уровню нагруженности

Нагруженность уплотнения определяется условиями использования. Этот показатель зависит от таких характеристик оборудования, как частота вращения вала и нагнетаемое давление. Для оценки нагрузки компонента в различных его частях, применяются специальные методики.

Для расчёта же обобщенных характеристик нагруженности используется классическая формула. Она предлагает измерять целевой показатель как произведение изменений силы давления в устройстве (P) и скорости скольжения подвижного кольца относительно неподвижного (V).

Разные виды насосных торцевых уплотнений

Результат вычислений PxV, а также значения факторов P и V в отдельности позволяют разделить все существующие уплотняющие устройства на 4 крупных категории по расчётной нагруженности:

1. Высшая (PxV > 50,0 МПа на м/с, P > 5,0 МПа, V > 20 м/с).

2. Высокая (PxV < 50,0 МПа на м/с, P < 5,0 МПа, V < 20 м/с).

3. Средняя (PxV < 5,0 МПа на м/с, P < 1,0 МПа, V < 10 м/с).

4. Низшая (PxV < 1,0 МПа на м/с, P < 0,1 МПа, V < 10 м/с).

Допустимые методики устранения искривлений вала

Искривление вала возникает при эксплуатации насосного оборудования в режиме повышенных нагрузок. При наличии подобного дефекта, его необходимо устранить как можно быстрее. Для этого используют различные методы исправления искривлений:

  • снятие напряжений детали;
  • наклеп;
  • термическое воздействие;
  • термомеханическое воздействие.

Почти все указанные выше подходы к исправлению деформации вала требуют его нагрева. Исключением является лишь наклеп. Выбор конкретного метода зависит от материала, размеров детали и значения её прогиба.

Уплотнения, применяемые в центробежных насосах

Стабильная и беспроблемная эксплуатация центробежного насосного оборудования невозможна без подходящего уплотнения. Каждому агрегату, в зависимости от размеров, характеристик, свойств рабочих сред требуются компоненты разной конструкции.

Процесс ремонта уплотняющего устройства

Ориентируясь на эти параметры можно подобрать подходящий уплотнительный компонент. В продаже можно найти манжетные, лабиринтные (или щелевые), сальниковые и торцовые уплотнители. Устройства последних двух видов могут быть одинарными или двойными.

Одинарные уплотнения

Одинарные уплотнители применяются в оборудовании, перекачивающем составы, утечка которых в значительных количествах крайне нежелательная. Это могут быть агрессивные, горячие или легкозакипающие жидкости и т. д.

При работе с одинарными уплотнениями требуется высочайшая точность установки, а также близкое к идеальному качество поверхности рабочего вала. Допуск на осевые люфты и биения при обработке трущихся поверхностей минимален. Также необходима тонкая и точная шлифовка.

Если установка одинарного устройства проведена правильно, значительных утечек жидкости получится легко избежать.

Двойные торцевые уплотнения

В компонентах этого типа применяется больше поверхностей трения. Они оснащаются системой, которая отвечает за подвод затворной жидкости и предотвращает какие-либо утечки во внешнюю среду. В качестве подобной жидкости чаще всего применяется вода или глицерин. Также это могут быть любые другие составы, не вступающие в химическое взаимодействие с рабочей средой.

Используется два распространенных варианта установки уплотнений двойного типа:

  • тандем;
  • спина к спине.

Последний вариант используется гораздо чаще. При такой установке давление перекачиваемой жидкости оказывается на 1-2 бара ниже, чем давление затворной. Эту разницу обеспечивает гидроусилитель, насос дозировки или специализированная ёмкость. Основное преимущество метода «спина к спине» заключается в заполнении зазоров, находящихся между трущимися поверхностями, затворной жидкостью. Она препятствует взаимодействию содержащихся в перекачиваемой среде абразивных частиц с компонентами уплотнения, что значительно продлевает срок их полезной эксплуатации.

Двойное уплотнение марки Grundfos в разрезе

Если используется «тандем», то сила давления перекачиваемой жидкости оказывается выше, чем у затворной. Если герметичность устройства будет нарушена, перекачиваемая среда проникнет в затворную жидкость. Это крайне полезно, если попадание в напорную линию непредусмотренных веществ и составов недопустимо. Также тандем позволяет отказаться от строгого контроля за давлением затворной жидкости, что оказывается решающим фактором во многих случаях использования насосов.

Материалы, используемые для изготовления торцевых уплотнений

При выборе уплотнений необходимо уточнить материалы, использованные при изготовлении вторичных уплотнений и пар трения. Они определяют свойства, применимость и долговечность компонентов. При этом производители отдают предпочтение разным материалам.

Вторичные уплотнения производятся из материалов с разными характеристиками температурной устойчивости. Приведем основные варианты в порядке уменьшения допустимого температурного диапазона:

— фторопласт;

— фторкаучук;

— этилен-пропиленовый каучук;

— нитрил-бутадиеновый каучук.

Пары трения изготавливаются из следующих материалов:

— графит;

— карбид вольфрама или кремния;

— керамика;

— нержавеющая сталь;

— другие металлы.

Как выбрать торцевое уплотнение для насоса конкретного производителя

Крупные производители обеспечивают магазины и дилеров запчастями для своих насосов, а также продают их самостоятельно. Каждому компоненту присваивается маркировка. При этом она может оказаться разной для идентичных деталей, выпущенных на разных заводах. Это касается и торцевых уплотнений. Именно поэтому лучше покупать оригинальные запчасти у проверенных поставщиков. Вы получите гарантии качества, а также уплотнения, изготовленные из современных материалов, что обеспечит длительный срок их эксплуатации.