Двойное торцевое уплотнение насоса принцип работы: ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА НАСОСА: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Содержание

ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА НАСОСА: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Содержание:

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТОРЦЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

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.

Вам нужен центробежный насос с двойным торцевым уплотнением? Звоните нашим специалистам по телефону 8 800 777 0379 или отправляйте заявку на [email protected]

Торцевые уплотнения, причины выхода со строя в насосах

План:

Торцевое уплотнение – это узел, предназначенный для обеспечения герметичности насоса в местах, где вал проходит через крышку насоса. Герметичность в таких узлах добивается за счет плотного прижатия по торцевым плоскостям двух прецизионных (высокоточных) деталей – вращающейся и неподвижной. Для предотвращения утечек точность деталей должна быть очень высокой, такая точность достигается шлифовкой и притиркой контактируемых поверхностей.


Роль торцевого в конструкции разных насосах.

Если в насосах сухого исполнения торцевое уплотнение призвано не пропускать перекачиваемую жидкость из насосной в окружающею среду, то в погружных насосах торцевое уплотнение не пускает воду в электродвигатель и предотвращает короткое замыкание. Для повышения надежности против протечек нередко размещают два торцевых на одном валу. В таком случае дополнительно используют охлаждающую жидкость, нередко масло, которое в свою очередь является диэлектриком и при попадании в электродвигатель не приводит к короткому замыканию.

Типы и классификация торцевых уплотнений

Конструктивно торцевые уплотнения делятся на разборные и катриджевые, на сбалансированные и несбалансированные.

Материалы торцевых и их характеристики

Материалы пар трения зависят от характеристик перекачиваемой жидкости, температуры и давления. Всех их можно поделить на мягкие и твердые. В зависимости от поставленных задач могут использоваться в различных комбинациях такие материалы: карбид кремния, оксид алюминия, карбид вольфрама, графиты пропитанные металлами или синтетическими смолами. Как вторичное уплотнение могут использоваться резина (TPDM), витон (FKM), нитрил (NBR).

Причины выхода со строя, профилактика и меры по сохранению работоспособности торцевых и насосов в целом

Торцевое уплотнения является наиболее точным, прихотливым и быстро изнашиваемым узлом во всем насосе. По статистике сервисного центра 70% всех неисправностей связаны с торцевым уплотнением. Статистика выхода со строя торцевого выглядит так:


Износ(30%) – износ это естественный процесс, прямо зависящий от количества мотто часов, которые проработал насос. Но на интенсивность износа влияют еще несколько факторов, так например, высокие температуры или абразивные включения тоже уменьшают срок службы торцевого уплотнения. Для увеличения срока службы необходимо подбирать торцевые уплотнения с материалами, которые более приспособлены под ваши задачи. Таких факторов очень много и по каждому конкретному случаю рекомендуем обращаться к специалистам.

Неправильное применение (15%) - это случай когда неправильный подбор торцевого приводит к гиперинтенсивному износу(3-6 месяцев), или утрате своих свойств вторичных уплотнений. Так, например, для масел и эмульсий необходимо использовать витон (FKM) как материал вторичного уплотнения (простая резина EPDM не имеет химической стойкости к нефтепродуктам).

Сухой ход (15%) – перекачиваемая жидкость выполняет функцию охлаждения и частично смазывания пар трения и когда происходит завоздушивание, или насос вообще включили, не подав воду, происходит перегревание торцевого что может вывести со строя, как пары трения, так и резиновые уплотнения. Профилактикой таких неисправностей является систематический спуск воздуха с насосной части через специально предусмотренные спускники и правильно, профессионально настроенная автоматика. Как показывает практика большинство случаев поломок по сухому ходу связаны с халатностью или непрофессионализмом наладчиков или обслуживающего персонала.

Залипание уплотнения (15%) – сюда относятся как прилипания резиновых уплотнений к валу, так и слипания между собой шлифованных поверхностей пар трения после длительного простоя, что приводит к образованию шероховатостей и сколов в момент срыва вала с мертвой точки. Для предотвращения залипания при длительном простое или складском хранении необходимо периодично прокручивать вал (для складского хранения вручную, если насосы смонтированы – можно кратковременно включить). В современных системах управления предусмотрено кратковременное включение насосов при длительном простое – «защита от залипания»

Монтаж (10%) – неквалифицированный монтаж торцевого уплотнения, плохая балансировка рабочего колеса, не юстированные полумуфты, нарушения монтажа подшипников, отсутствия масла(для водоотведения).

Таблица подбора торцевых уплотнений:

Тип жидкости: Холодная вода Вода в системах охлаждения Растворы этилен гликолей или солевые растворы в системах охлаждения Горячая вода Сетевая вода с антикорозионными добавками NaOH (pH 9...10) Котловая питательная вода Масла или водно-масляные растворы
Области применения: Питьевая или техническая вода 5-12°C Кондиционирование 0-20°C Системы охлаждения или кондиционирования -40 - +15°C
Отопление <90°C
Центральное отопление <90°C Подпитка котлов >90°C;
<140°C
Горючие масла или промышленные отработанные масла
Предостережение! - - Риск утечки из-за наличия присадок - - - Риск разрушения резины
Типы необходимых уплотнений: Любые типы, Резина-EPDM Любые типы, Резина-EPDM Типы с уменьшенной площадью трения, тверд./тверд., EPDM Любые типы, Резина-EPDM Любые типы, Резина-EPDM Твердые/мягкие, EPDM FKM (Viton)
Коды применяемых уплотнений: BAQE, BUUE, BUBE, AUUE, HQQE BAQE, BUUE, BUBE, AUUE, HQQE RUUE, RQQE, CQQE or GUUE, HQQE BAQE, BUUE, BUBE, AUUE, HQQE BAQE, BUUE, BUBE, AUUE, HQQE BAQE, HQBE Любые с кодом XXXV, например BQQV, BUBV, HQQV

 

Так как торцевое уплотнение важный, но быстро изнашиваемый узел насоса во избежание простоев и связанных с этим убытков рекомендуется держать на складе запас этих деталей.

С уважением
Городов Евгений

Торцевые уплотнения для насосов — их предназначение

Торцевое уплотнение вала насоса – это узловой элемент, устанавливаемый с целью герметизации тех компонентов, через которые проходит вал. Состоит он из 2-х частей – статичной (неподвижной) и вращающейся, которые между собой сильно сжаты. Это возможно лишь благодаря высокоточному подбору деталей и их калибровке.


В помпах, работающих на сухую, уплотнительная муфта не дает воде вытечь из насоса, а в погружных аппаратах – изолирует мотор от растворов, тем самым исключая возможность выхода электросхемы из строя.

Устройство торцового уплотнения

Основными его частями выступают:

  • крепежный элемент для агрегации муфты на рабочий вал;
  • сам уплотнитель;
  • 2 детали в виде кольца – стационарное и подвижное;
  • штифт между вращающимся кольцом и валом;
  • штифт, удерживающий стационарное кольцо от вращения;
  • колесный вал;
  • пружины, соединяющие кольца друг с другом;
  • стенки корпуса насоса.

Принцип работы

  1. не вращающееся кольцо устанавливается на корпусе;
  2. движущееся кольцо располагается на вале и с точностью повторяет его ход;
  3. вращения кольца вокруг оси вала регулируются прижимными пружинами или мембранами;
  4. 2-мя отшлифованными кольчатыми поверхностями создается преграда для утечки жидкости в насосе;
  5. усиливается это явление установкой дополнительных уплотнений и фиксирующих их винтов.

Классификация уплотнителей торцового типа

В зависимости от особенностей конструктива они бывают:

  • одинарные;
  • двойные;
  • комбинированные.

По месту локализации в самом насосе:

  • с наружным исполнением;
  • расположенные в середине помпы.

По качеству и надежности применяемых материалов;

  • стандартные;
  • специальные, на производство которых идут более износостойкие сплавы.

Величина нагрузки на гидравлику определяет наличие:

  • уплотнителей гидравлически нагруженных;
  • разгруженного типа.

Особенности одинарного торцового уплотнения

Используется в насосах и помпах, которые перегоняют жидкие среды, утечка которых несет потенциальную опасность для окружающей среды. К их группе относятся кислоты любого происхождения, агрессивные растворители, горячие жидкости и легковоспламеняемые вещества.

Установка таких муфт должна производиться с высокой точностью и предварительной подготовкой вала и корпуса насоса.

Различают:

  • внутреннее – встречается чаще всего. По своей стоимости уступает сдвоенным типам и идеально подходит для умеренно смазывающихся растворов;
  • внешнее одинарное – устанавливается на поверхности, поэтому подвергается механическим воздействиям и давлению водной среды.

Разновидности двойного уплотнения

В этой группе можно выделить:

  • уплотнение двойное под давлением – рационально применять для химически агрессивных сред. Их срок службы в разы превышает одинарные и не зависит от рабочих параметров насоса;
  • муфта с двойным давлением инертных газов – чаще всего это нитроген или воздушная смесь, которые не позволяют токсическим реагентам попасть в атмосферу и привести к ее загрязнению;
  • вариант тандема – в нем воздушное давление отсутствует. Вместо него в пространство между кольцами закачивается затворный буферный раствор меньшего давления, чем в общем потоке. Даже если герметичность помпы будет нарушена, перегоняемая жидкость пойдет не в окружающую среду, а в затворную систему. Рекомендуется к использованию при перегонке углеводородов, канцерогенных смесей и взрывоопасных жидкостей.

Лишь только полный анализ эксплуатационных характеристик поможет остановиться на правильном варианте уплотнительной муфты. Однако нужно помнить, что одинарные уплотнители всегда уступают двойным в надежности и создают риск негативных выбросов в рабочую среду и биосферу.

Оценка статьи:

Загрузка...

Поделиться с друзьями:

Система подачи затворной жидкости в двойное торцовое уплотнение мультифазного насоса - Бурение и Нефть

FLUID SUPPLY SYSTEM SEALING TO THE MECHANICAL DOUBLE SEAL MULTIPHASE PUMP

D. GOLDOBIN, S. VISHNYAKOV, Ju. KOROTAEV, N. MYALITZIN, «VNIIBT-Burovoy instrument» LLC

Описаны недостатки существующих систем подачи затворной жидкости в двойное торцовое уплотнение насосов. Разработана новая система подачи затворной жидкости в двойное торцовое уплотнение мультифазного насоса для перекачки горючих и едких жидкостей. Система включает маслостанцию и контроллер. Ее особенностью является то, что обеспечивается взаимосвязь давления перекачиваемой среды с давлением затворной жидкости и обеспечивается постоянное давление затворной жидкости на 0,1…0,3 Мпа выше давления на входе в мультифазную установку. Контроллер в режиме реального времени осуществляет контроль над давлением на входе в установку и давлением в затворной камере, подавая сигналы в частотный привод для увеличения или снижения частоты работы электродвигателя насоса маслостанции.

The described disadvantages of existing systems supply of the sealing liquid in a double mechanical seal pumps. Developed a new supply system of the sealing liquid in a double mechanical seal multiphase pump for pumping flammable and corrosive liquids. The system includes a oil station and a controller. Its peculiarity is that provided by the relationship of the pressure of the pumped medium with the pressure of the sealing fluid and is the constant pressure of the sealing liquid at 0.1 to 0.3 MPa above the pressure in the multiphase setting. The controller in real time carries out the control pressure at the entrance to the installation and the pressure in the sealing chamber, feeding signals into a frequency drive to increase or decrease the frequency of the electric motor of oil pump station.

В настоящее время для перекачки газожидкостных смесей все большее распространение получают мультифа­зные винтовые насосы с многозаходными рабочими органами. Данный тип насосов позволяет перекачивать смеси с содержанием газа до 90 %, а при комплектации дополнительным оборудованием насос может работать в режиме компрессора. Дополнительным преимуществом таких насосов является возможность перекачивать жидкости, не требующие тщательной очистки от посторонних примесей, воспламеняющиеся и горючие, вредные и едкие. При этом для исключения отрицательного воздействия на окружающую среду к насосам предъявляются специальные требования. Уплотнения насосов должны полностью исключать попадание перекачиваемого раствора в окружающую среду. Такая возможность должна сохраняться даже в случае поломки уплотнения или временного нарушения его герметичности.
С этой целью такие мультифазные насосы оборудуются специальными двойными торцовыми уплотнениями, которые содержат две пары трения, образующие между собой затворную камеру. Затворная камера разделяет перекачиваемую среду от атмосферы. Внутрь затворной камеры подается под давлением затворная жидкость, препятствующая выходу перекачиваемой среды в камеру и атмосферу. Отсутствие затворной жидкости в двойном торцовом уплотнении приводит к его разрушению и аварийной остановке мультифазного насоса.

Особенностью работы маслостанции, в отличие от существующих аналогов, является то, что необходимый перепад давления между давлением на входе в насос и в затворной камере регулируется за счет изменения подачи насоса, который приводится в действие асинхронным электродвигателем.

В затворной камере давление затворной жидкости должно всегда поддерживаться выше давления перекачиваемой среды во входном трубопроводе насоса. Для этого затворная камера двойного торцевого уплотнения снабжена штуцерами для подвода и отвода затворной жидкости. Подача жидкости в затворную камеру осуществляется при помощи специальной системы, размещенной внутри маслостанции, обеспечива­ющей постоянную циркуляцию затворной жидкости в камере уплотнения с давлением выше давления перекачиваемой среды.
Из технической и патентной литературы известно большое количество различных систем подачи затворной жидкости в двойное торцовое уплотнение [1, 2, 3, 4]. Эти системы позволяют обеспечить циркуляцию и поддержание определенного давления затворной жидкости в затворной камере двойного торцового уплотнения, охлаждение затворной жидкости и длительную работу уплотнения.
Недостатком известных систем при использовании их в винтовых мультифазных насосах является то, что они или поддерживают постоянное высокое давление затворной жидкости, на которое рассчитано уплотнение, или обеспечивают только циркуляцию жидкости или ее наличие в затворной камере.
Поддержание в затворной камере постоянно высокого давления при низком давлении во входном трубо­проводе насоса способствует повышенным затратам электроэнергии и чрезмерному расходу дорогой затворной жидкости, так как при повышенном давлении затворной жидкости может произойти раскрытие стыка пар трения и переток затворной жидкости во входной трубопровод. На некоторых объектах отмечались случаи, когда расход затворной жидкости составлял более 200 л/сутки.
Существуют системы подачи затворной жидкости в двойное торцовое уплотнение, перепад давления в которых регулируется вручную оператором за счет открытия или прикрытия клапана дросселя. Такой способ менее всего подходит для применения в мультифазных насосах, так как давление перекачиваемой среды на входе в мультифазный насос постоянно колеблется в достаточно широких пределах, от 0,1 до 2,5 МПа. В  этом случае оператор должен ежеминутно контролировать давление на входе в насос и регулировать давление в затворной камере.

Мультифазные винтовые насосы с многозаходными рабочими органами позволяеют перекачивать смеси с содержанием газа до 90 %, а при комплектации дополнительным оборудованием насос может работать в режиме компрессора.

Автоматическое поддержание определенного давления затворной жидкости в настоящее время применяется крайне редко ввиду дороговизны и сложности системы. Такие системы представляют собой маслостанцию с насосом постоянной производительности. Регулировка давления здесь осуществляется за счет регулируемого дросселя с гидравлическим или электроприводом. Постоянное дросселирование требует наличия хорошей системы отвода тепла, чистоты затворной жидкости, сложных гидроаппаратов и усложненных алгоритмов управления. При этом регулировка давления происходит чаще всего дискретно, а иногда наблюдаются скачки давления, что также может способствовать повышенному расходу затворной жидкости из-за раскрытия пар трения уплотнения.
Чтобы снизить до минимума расход затворной жидкости, а также энергозатраты, необходимо, чтобы давление в затворной камере было на 0,1…0,3 МПа выше, чем давление перекачиваемой среды на входе в мультифазную насосную установку [2]. Если давление перекачиваемой среды на входе в мультифазный насос увеличивается и становится больше давления затворной жидкости, то часть перекачиваемой среды попадает в двойное торцовое уплотнение, смешивается с затворной жидкостью и попадает в маслостанцию или атмосферу. Наличие перекачиваемой среды в маслостанции способствует засорению фильтров, жиклеров и поломке оборудования. Кроме того, есть опасность выброса перекачиваемой среды в атмосферу.
На основе анализа технической литературы, опыта изготовления и эксплуатации мультифазных насосов в  ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент» разработана система подачи затворной жидкости к двойному торцовому уплотнению мультифазного насоса, которая включает маслостанцию и контроллер [5]. Особенно­стью системы является то, что в ней обеспечивается взаимосвязь давления перекачиваемой среды с давлением затворной жидкости и обеспечивается постоянное давление затворной жидкости на 0,1…0,3 МПа выше давления на входе в мультифазную установку.

Маслостанция выполнена в искробезопасном исполнении (Еxi по ГОСТ Р 51330.0), поэтому может устанавливаться в непосредственной близости от мультифазного насоса. При необходимости она может быть изготовлена в исполнении «взрывонепроницаемая оболочка» (Еxd по ГОСТ Р 51330.0) и может применяться там, где к оборудованию предъявляются особые требования к взрывозащищенности. В бак маслостан­ции вмонтирован взрывобезопасный нагревательный элемент, который позволяет при необходимости нагреть масло до рабочей температуры в холодное время и  обеспечить тем самым безопасный запуск системы.
Особенностью работы маслостанции, в отличие от существующих аналогов, является то, что необходимый перепад давления между давлением на входе в насос и в затворной камере регулируется за счет изменения подачи насоса, который приводится в действие асинхронным электродвигателем. Асинхронный двигатель управляется при помощи частотного регулируемого привода и контроллера. Контроллер в режиме реального времени осуществляет контроль над давлением на входе в установку и давлением в затворной камере, подавая сигналы в частотный привод для увеличения или снижения частоты работы электродвигателя насоса.
Такой принцип работы существенно повышает точность и плавность регулирования необходимого перепада давления, позволяет применять затворные жидкости различной вязкости, снижает нагрев жидко­сти от дросселирования. В случае поломки торцевого уплотнения, о чем будет свидетельствовать чрезмерно повышенное или пониженное давление в затворной камере, а также уровень жидкости в баке, контроллер подаст команду на отключение насоса и закрытие задвижек насоса. Авария с выбросом перекачиваемой среды в атмосферу будет исключена.
Схема гидравлическая принципиальная системы подачи затворной жидкости в двойное торцевое уплотнение мультифазного насоса представлена на рисунке. В качестве затворной жидкости используется техническое масло.
Клапан обратный КО, клапан предохранительный КП, гидрозамок ЗМ, дроссель ДР размещаются в одном корпусе гидроблока. Это позволяет снизить габариты гидростанции, упростить монтаж, исключить трубопроводы (путем замены их на каналы в блоке), снизить потери давления и повысить надежность и быстродействие системы.
Если давление перекачиваемой среды на входе в мультифазный насос увеличивается, при этом разница давлений затворной жидкости и перекачиваемой среды становится меньше 0,1…0,3 МПа, контроллер дает команду на увеличение числа оборотов привода насоса для подачи затворной жидкости; соответственно повышаются производительность насоса и давление затворной жидкости.
Если давление перекачиваемой среды уменьшается, при этом разница давлений затворной жидко­сти и перекачиваемой среды становится больше 0,1…0,3 МПа, контроллер передает команду на уменьшение числа оборотов насоса для подачи затворной жидкости соответственно; снижаются производительность насоса и давление затворной жидкости.
Циркуляция рабочей жидкости в системе (рис., табл.) происходит по следующему пути: бак Б – фильтр Ф1 – насос Н – клапан обратный КО – полость ДТУ – гидрозамок ЗМ – дроссель ДР – фильтр Ф2 – бак Б.
Циркуляция рабочей жидкости при превышении давления в системе происходит по следующему пути: бак Б – фильтр Ф1 – насос Н – клапан предохранительный КП – фильтр Ф2 – бак Б.
Давление в системе регулируется в зависимости от давления во всасывающей магистрали насосной установки (где установлено ДТУ).
Давление в системе может регулироваться, как в ручном, так и в автоматическом режимах.
При ручном режиме регулирования давление настраивается дросселем ДР. При этом необходимое давление системы настраивается больше максимально возможного давления во всасывающей магистрали насосной установки на величину рекомендуемого превышения 0,1…0,3 Мпа. При ручном режиме регулирования частота вращения электродвигателя насоса системы не изменяется.
Если давление во всасывающей магистрали насосной установки подвержено значительным изменениям, рекомендуется применять автоматический режим регулирования давления системы от автоматической станции управления.

При автоматическом режиме регулирования необходимое давление в системе поддерживается изменением подачи насоса системы за счет изменения частоты вращения приводного электродвигателя. При этом дросселем ДР настраивается только первоначальное давление, значение которого находится обычно в середине диапазона регулирования.
При автоматическом режиме регулирования происходит постоянное сравнение давления системы с давлением во всасывающей магистрали насосной установки. Это позволяет автоматически изменять давление системы при изменении давления во всасывающей магистрали с целью поддержания избыточного давления 0,1…0,3 МПа.
Применение автоматического режима регулирования при нестабильном давлении во всасывающей магистрали насосной установки позволяет снизить приводную мощность системы и повысить долговечность двойного торцового уплотнения.
В настоящее время ООО «ВНИИБТ-Буровой ин­струмент» проводит научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по внедрению нового поколения мультифазных насосных установок с двойным торцовым уплотнением с новой системой подачи затворной жидкости в двойное торцевое уплотнение.
Разработанная система подходит также для любых насосов, где есть двойное торцевое уплотнение, и может поставляться как самостоятельное изделие (в комплекте: гидростанция, трубопроводы, контроллер).

1. Голубев А.И. Торцовые уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1974. 214 с.
2. Голубев А.И. Уплотнения и уплотнительная техника. М.: Машиностроение, 1994. 484 с.
3. Патент РФ № 2555781 на изобретение МПК F04D704 2/16. Насосный агрегат с устройством контроля герметичности двойного торцового уплотнения с перепускной трубкой / Д.В. Марков, Г.В. Соболев. Опубл. 10.07.2015.
4. Патент РФ № 2137970 на изобретение МПК F16J15/34. Двойное торцовое уплотнение вращающихся валов / В.П. Черных. Опубл. 20.09.1999.

1. A.I. Golubev. Mechanical seals for rotating shafts. M.: Mashinostroenie, 1974. P. 214.
2. A.I. Golubev. Seals and sealing technique. Moscow: Mashinostroenie, 1994. P. 484.
3. RF patent №. 2555781 for invention MPK F04D704 2/16. Pump unit with control device integrity double mechanical seals with bypass tube / D.V. Markov, G.V. Sobolev. Publ. 10.07.2015.
4. RF patent No. 2137970 for invention MPK F16J15/34. Double mechanical seal rotating shafts / V.P. Chernykh. Publ. 20.09.1999.
5. Application for invention №. 2016111564 dd. 28.03.2016 Feeder of the sealing liquid to the double mechanical seal multiphase pump installation / D.A. Goldobin, Yu.A. Korotaev, S.G. Vishnyakov, N.Yu. Myalitzin.

Комментарии посетителей сайта

Авторизация

Голдобин Д.А.

ведущий инженер-исследователь

ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»

Вишняков С.Г.

руководитель группы

ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»

Коротаев Ю.А.

д.т.н., академик РАЕН, главный научный сотрудник

ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент»

Мялицин Н.Ю.

главный конструктор

ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»

Ключевые слова: мультифазный насос, двойное торцовое уплотнение, затворная жидкость, перекачиваемая среда, давление, датчик, контроллер, маслостанция

Keywords: multiphase pump, double mechanical seal, packing liquid, fluids, pressure, sensor, controller, oil station

Просмотров статьи: 6612

Насосы с торцевым уплотнением в Челябинске

Для большей части насосов главным элементом, обеспечивающим его качество, надёжность и длительность эксплуатации, является хорошее и надежное уплотнение вала. Современные насосы комплектуются большим количеством различных уплотнений, наиболее распространенные из них являются — сальниковые, манжетные, торцевые.

Российское производство. Надежность. Сервис.

Насосы с торцевым уплотнением

Звоните: +7 (351) 225-10-55

Насосы ГК «Корвет» изготавливаются с одинарными торцевым уплотнением с защитной ступенью и двойными торцевыми уплотнениями, производства НПЦ «АНОД», а также с блоками манжетных уплотнений, выполненными из высококачественной маслобензостойкой резины.

Сальниковое уплотнение вала, вместе с простотой, имеет ряд существенных недостатков: это и необходимость частой замены сальниковой набивки, подтяжки сальникового узла, это высокая степень трения и сокращение срока службы набивки в условиях агрессивных сред.

Сальниковые и манжетные уплотнения близки по своим техническим параметрам, однако последние изготовлены из специального эластичного состава, который может дополнительно армироваться, создавая нужную жесткость. Их производство стало возможным благодаря изобретению вулканизированного каучука, чья упругость и эластичность – основные преимущества перед сальниковыми уплотнениями, поскольку манжетные не требуют регулярного подтягивания. Уменьшить их герметизирующие свойства и ускорить износ вала способна большая скорость вращения вала и высокое давление внутри насоса.  

В определенных случаях манжетное уплотнение вала более оправданно, чем торцевое, например, при перекачке загрязненных вод, с содержанием волокнистых включений, очень вязких сред.

Торцевое уплотнение является устройством, образующим вращающееся уплотнение между неподвижной и подвижной частями. К особенности его конструкции относится достижение герметичности, образуемое из-за плотного прилегания пары элементов, подвижного и неподвижного, по плоскости торца. Основная уплотнительная деталь, состоящая из пары трения, производится из высокопрочных материалов с особой обработкой поверхности, обеспечивающей максимальную герметичность. Подобные уплотнения применяются для эффективной герметизации вала насоса, который достаточно быстро вращается. Все другие типы и виды уплотнений не могут конкурировать с ним, поскольку не гарантируют достаточный уровень надежности.

Принцип действия торцевого уплотнения

сводится к следующему: герметизирующее уплотнение достигается с помощью двух поверхностей, плоских и полированных, одна из которых установлена неподвижно в корпусе, а другая зафиксирована и вращается вместе с валом и создающих сложный путь, перпендикулярный и препятствующий тем самым утечке.

Высокие показатели работы уплотнения  с определенной средой, которую нужно перекачать, достигаются в связи с правильно подобранной комбинацией использованных материалов. При этом пара трения вынуждена обладать рядом особенных свойств, позволяющим им находится в тесном контакте и быстро двигаться относительно друг друга. Идеально гладкая поверхность и высокая износоустойчивость помогают им обеспечить необходимые свойства.

В торцевых уплотнениях, используемых в насосах ГК «Корвет» материалы пары трения – карбид кремния.

SiC - SiC - карбид кремния, используемый в качестве материала обоих колец, имеет хорошие показатели по трению за счет применения твердых смазок. SiC-SiC обладает наилучшими характеристиками по противостоянию коррозии, и хорошими  по твердости и теплопроводности.

Применяют различные типы торцевых уплотнений. В зависимости от условий эксплуатации бывают:

Насосы с одинарным торцевым уплотнением

Применяется в оборудовании, работающем в жидкостях химически нейтрального типа, нетоксичных; при рабочем давлении до 20МПа, температура рабочей среды до 200°С., при перекачке нефти и нефтепродуктов.

Одинарное торцевое уплотнение с защитной ступенью применяется для перекачки светлых и темных нефтепродуктов следующих насосных установок ГК «Корвет»: УОДН 130-100-75, УОДН 160-100-75, УОДН 200-150-125, УОДН 201-125-80, УОДН 240-175-150, УОДН 290-150-125, УОДН 300-200-150 и УОДН 440-400-350, а также в винтовых насосах.

Особенностями одинарного торцевого уплотнения с защитной ступенью является применение пары трения из карбиды кремния, эластомеры изготовлены из фторкаучуковой резины, защитная ступень предотвращает выход перекачиваемой среды в атмосферу, и участвует в передаче сигнала на отключение насоса в случае разрушения основного уплотнения.

Насосы с двойным торцевым уплотнением

Применяется в оборудовании, занятом перекачкой нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов, жидкости, содержащий вредные химические вещества при рабочем давлении до 30 МПа и температуре среды до 400°С.  Наиболее эффективны при работе в средах с повышенным содержанием абразивных веществ, а также в высоковязких продуктах и в условиях полусухого трения.

Особенностями двойного торцевого уплотнения, применяемого на насосах ГК «Корвет» являются полное исключение попадание затворной жидкости в перекачиваемую среду.

Перепад давления уплотняемой среды, а также затворной жидкости – работа первой контурной пары трения. Вторая пара трения, атмосферная, работает  под перепадами давления атмосферы и затворной жидкости. Определение последней: жидкость, не имеющая агрессивных или токсических свойств, и полностью совмещаемая с уплотняемой средой. Возможно применение других охлаждающих жидкостей, например, технической воды, дизельного топлива и антифриза. Нет необходимости поддавливать затворную жидкость при помощи газа.

При тяжёлых условиях работы имеют в пять раз больше срок службы, чем торцевое одинарное уплотнение. Комплект так же, как и в торцевом одинарном, может дополняться устройствами охлаждения.

Двойное торцевое уплотнение применяется в следующих насосных установок ГК «Корвет»: УОДН 160-100-75, УОДН 200-150-125, УОДН 201-125-80, УОДН 240-175-150, УОДН 300-200-150 и УОДН 440-400-350.

Отличительными особенностями торцевых уплотнений в насосах ГК «Корвет» являются:

  • Стабильность работы при перепадах температуры и давления;
  • Повышенный ресурс – наработка уплотнений превышает 50 000 часов;
  • Быстрая замена отработавших ресурс деталей, а также самого уплотнения;
  • Соответствие требованиям стандарта API 682.

Чтобы заказать насосное оборудование, или получить консультацию по выбору насоса, обратитесь к  нашим специалистам, отправив заявку на [email protected], позвонив по телефону +7 (351) 225-10-55 (или закажите звонок).

Основные уплотнения вала насосов

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.

Важное дополнение от ремонтного отдела:

Торцевое уплотнение относится к расходным материалам. Продолжительность работы ТУ (Торцевое Уплотнение) зависит от многих факторов.

Нормально работавшее уплотнение может выйти из строя по различным причинам: попадание инородных предметов, сухой ход, перекачка густых, клейких жидкостей с плохим теплоотводом, жидкостей с примесями абразива, жидкостей с температурой и хим. составом не соответствующим параметрам торцевого уплотнения, кристаллизация жидкостей в насосной части, нормальный износ, запуск насоса после простоя со склеившимися частями ТУ.

После складского хранения нового насоса, длительного простоя, промывки, перед очередным запуском рекомендуется провернуть вал от руки за вентилятор электродвигателя. Если ТУ было склеено, оно придет в рабочее состояние без повреждений, в то время как пусковой момент электромотора в большинстве случаев выводит из строя части склеенного ТУ и оно больше не может выполнять своих функций герметизации.

Торцевые уплотнения, независимо от модели и марки производителя, проходят тщательный многократный контроль в заводских условиях, что гарантирует 100% качество и отсутствие брака. В связи с чем данная продукция не подлежит замене по гарантии.

Принцип действия троцевого уплотнения насоса или компрессора

Торцевым уплотнением называют герметизирующее устройство насоса, компрессора, мешалки, центрифуги и др. между их корпусом и валом для разделения полостей высокого и низкого давлений, выполненное в виде пары трения торцовых поверхностей двух деталей, одна из которых закреплена на валу, а вторая — в корпусе.

Торцовое уплотнение является представителем устройств с парой трения, к которым принадлежат также и упорные подшипники скольжения, для функционирования которых необходим подвод смазки в пространство между трущимися поверхностями. Отличие торцовых уплотнений от упорных подшипников по характеру работы состоит в том, что трущаяся пара торцовых уплотнений должна работать в условиях не всегда постоянного перепада давления и минимального расхода смазывающей среды, а упорные подшипники должны работать в условиях расчетного оптимального перепада давления и с расходом смазывающей среды, обеспечивающих достаточный теплосъем от пары трения.

В качестве смазки в торцевых уплотнениях в подавляющем большинстве случаев используется уплотняемая среда.

Торцовые уплотнения относятся к контактным типам уплотнений. Характер трения может находиться в диапазоне от контактного трения, связанного с непосредственным взаимодействием поверхностей уплотняющей пары колец, до трения гидродинамического, связанного с течением уплотняемой среды в узкой щели между торцовыми поверхностями. Наименее напряженным для торцовых уплотнений является период работы, при котором контакт торцовых уплотняющих поверхностей пары колец осуществляется в условиях невращающегося вала, а также на начальном этапе вращения вала. В процессе выхода на режимную работу и при работе на штатном режиме процессы трения между уплотняющими поверхностями колец обусловлены значительными тепловыделениями и нагрузками от давления уплотняемой среды.

В общем случае торцовое уплотнение насоса, компресора, вращающегося вала содержит два кольца:

  • невращающееся кольцо, расположенное в корпусе;
  • вращающееся кольцо, расположенное на валу машины.

Одно из этих колец должно иметь возможность аксиального перемещения, для чего в конструкции узла торцового уплотнения обязательно присутствует упругий поджимной элемент (пружина, сильфон, мембрана), составляющий вместе с нажимной втулкой и вращающимся уплотнительным кольцом аксиально-подвижный блок (или поджимной узел). Этот упругий элемент обеспечивает контакт торцовых поверхностей в сопряжении вращающегося и невращающегося колец пары при отсутствии поджимающей силы от давления среды. Кроме того, обязательными элементами узла торцового уплотнения являются вспомогательные (или вторичные) уплотнения между вращающимся блоком и ротором, между статорным блоком и корпусом, а также устройства фиксации уплотняющих колец (установочные винты, приводные штифты), служащие для привода вращающегося кольца и фиксации от углового смещения (проворота) относительно корпуса невращающегося кольца.

Группы нагружен­ности торцовых уплотнений
Группа нагруженности Давление р, МПа Скорость v, м/сНагрузка МПа×м/с
Низшая ≤0,1 ≤10 ≤1,0
Средняя ≤1,0 ≤10 ≤5,0
Высокая ≤5,0 ≤20 ≤50,0
Высшая >5,0 >20 >50,0

Торцовые уплотнения работают в различных условиях по давлению и частоте вращения вала; степень их нагрузки может быть разной. Для оценки условий нагруженности торцовых уплотнений в уплотняющем стыке при работе существует ряд известных рекомендаций. Так, для обобщенной характеристики степени тяжести условий работы уплотнений, по аналогии с оценкой нагруженности подшипников, предложено использовать произведение двух параметров: перепада давления р на уплотнении и скорости v скольжения в паре трения. Значения параметров р, v и рv для различных торцовых уплотнений разделяют на четыре группы по степени их нагруженности

Торцевые уплотнения для насосов | Как работают механические уплотнения?

Картриджные уплотнения - это, безусловно, самое простое в установке уплотнение. Для этого необходимо надеть сальник на вал, затянуть болты сальника, затянуть установочные винты на валу насоса с помощью шестигранного ключа и снять установочные зажимы. Назначение установочных зажимов - убедиться, что поверхности уплотнения зафиксированы на валу, обеспечивая достаточное усилие для поддержания уплотнения, но не слишком большое усилие, которое могло бы вызвать преждевременный износ.Картриджное уплотнение невозможно пропустить. 50% отказов уплотнений вызваны тем, что картриджные уплотнения - это, безусловно, самое простое уплотнение для установки. Для этого необходимо надеть сальник на вал, затянуть болты сальника, затянуть установочные винты на валу насоса с помощью шестигранного ключа и снять установочные зажимы. Назначение установочных зажимов - убедиться, что поверхности уплотнения зафиксированы на валу, обеспечивая достаточное усилие для поддержания уплотнения, но не слишком большое усилие, которое могло бы вызвать преждевременный износ.Картриджное уплотнение невозможно пропустить. 50% отказов уплотнений вызваны неправильной установкой. Картриджные уплотнения практически исключают неправильную установку (картриджные уплотнения могут упасть во время установки, что приведет к поломке).

Картридж сальника должен соответствовать сальниковой коробке есть форма Форма данных по применению уплотнения, чтобы помочь убедиться, что механическое картриджное уплотнение подходит для насоса. Вы также можете заказать наши картриджные уплотнения онлайн.

Установка других типов уплотнений, таких как однопружинные, многопружинные и металлические сильфоны, требует тщательного расчета, чтобы гарантировать правильное положение уплотнения на валу.Чрезмерное сжатие уплотнения приведет к его преждевременному износу, в то время как сжатие может привести к утечке или вовсе не герметизировать. При правильной установке и правильном применении уплотнения часто служат до 20 лет. Срок службы механического уплотнения сильно зависит от области применения. Для получения помощи обратитесь к торговому представителю компании American Seal & Packing за инструкциями по установке.

Назад к основам: механические уплотнения

Впервые в серии о том, как работают механические уплотнения

Торцевые уплотнения затрагивают практически все аспекты индустриального общества.Везде, где вращающийся вал перемещает жидкость, механические уплотнения играют ключевую роль в герметизации технологических жидкостей, предотвращении попадания загрязняющих веществ или и том и другом.

Несколько основных компонентов и принципов конструкции механического уплотнения способствуют созданию рабочего уплотнения на стыке вращающегося вала и корпуса стационарного насоса / смесителя / уплотнительной камеры. Торцевые уплотнения обычно представляют собой торцевые уплотнения или уплотнения с вращающейся поверхностью, но в некоторых конструкциях они могут быть кольцевыми или даже гибридными уплотнениями манжетного типа. В любом случае следующие компоненты являются общими для всех торцевых уплотнений:

  • Вращающийся первичный уплотнительный элемент: закреплен на валу / приводится в движение валом и уплотняет неподвижный первичный уплотнительный элемент
  • Стационарный первичный уплотнительный элемент: , прикрепленный к неподвижному корпусу насоса, смесителя или другого оборудования, через который проходит вращающийся вал, и уплотняет вращающийся первичный уплотнительный элемент
  • Сила закрывания: смещает первичные уплотнительные элементы в контакте, чтобы начать герметизацию
  • Статические и / или динамические вторичные уплотнения: уплотнение между компонентами механического уплотнения и валом оборудования и корпусом

Вращающиеся и неподвижные первичные уплотнительные элементы

В более распространенных конструкциях торцевых или вращающихся торцевых торцевых уплотнений в качестве основных уплотнительных элементов используются сопрягаемые поверхности.Кольца из керамики, карбида, углерода или композитов из этих материалов плоско притираются в пределах менее 1 микрона на осевой торцевой поверхности. Эти притертые поверхности проходят друг против друга, одна вращается вместе с валом, а другая неподвижна с корпусом оборудования.

Герметичная жидкость мигрирует между плоскими поверхностями и образует стабильную пленку жидкости на этой границе раздела. Во время вращения вала лицевые материалы нагреваются, изнашиваются и быстро разрушаются без пленки смазочной жидкости между ними.Герметичная жидкость создает эту тонкую смазочную пленку.

В механическом уплотнении с манжетным уплотнением тонкая пленка герметичной жидкости также смазывает поверхность уплотнения. Уплотняющая поверхность представляет собой не два плоских кольца, а полимерный материал, отклоняющийся от твердого материала. Этот материал может представлять собой закаленную поверхность или втулку из металла, керамики или карбида с покрытием или гальваническим покрытием. Один из этих элементов вращается вместе с валом, а другой неподвижен с корпусом оборудования.

Рисунок 1.Основные элементы торцевого торцевого уплотнения (графика любезно предоставлена ​​FSA)

Закрывающая сила

Утечка является функцией математического куба толщины пленки, поэтому для минимизации утечки зазор на границе раздела герметизации должен быть минимальным. Закрывающие силы используются для оптимизации этого конструктивного параметра во всем рабочем диапазоне механического уплотнения.

Начальное усилие закрытия гарантирует, что уплотнение будет правильно работать с момента запуска.В конструкциях торцевых или вращающихся торцевых торцевых уплотнений начальное замыкающее усилие обеспечивается пружинным компонентом, который может быть одной цилиндрической пружиной, множеством винтовых пружин, элементом отклоненного сильфона (эластомером или металлом) или формованными или плоскими пружинами. Начальные смещающие силы также могут создаваться магнитами, сжатыми эластомерами или любыми другими средствами приложения замыкающего усилия между уплотнительными элементами. В механическом уплотнении манжетного типа начальное закрывающее усилие обычно создается изогнутым полимером манжетного уплотнения или пружиной с подвязкой для менее упругих материалов.

Статические / динамические вторичные уплотнения

Уплотнительные элементы должны быть закреплены на вращающемся валу и неподвижном корпусе уплотняемого оборудования. Уплотнительные кольца, прокладки и другие эластомерные уплотнения предотвращают утечку на этих поверхностях раздела.

Статическое вторичное уплотнение предотвращает утечку между компонентами, которые не перемещаются относительно друг друга. Одним из примеров является граница раздела между втулкой и валом, где оба вращаются, но не перемещаются относительно друг друга.С другой стороны, динамическое вторичное уплотнение предотвращает утечку между компонентами, которые перемещаются относительно друг друга. Примером может служить подпружиненная поверхность уплотнения, в которой поверхность может свободно перемещаться в зависимости от отклонения пружины, а вторичное уплотнение предотвращает утечку между поверхностью уплотнения и компонентом, на котором оно упруго закреплено.

Для манжетного торцевого уплотнения могут потребоваться только статические вторичные уплотнения, поскольку отклонение манжетного уплотнения соответствует рабочему движению оборудования.Для всех эффективных торцевых или вращающихся торцевых торцевых уплотнений требуется как минимум одно динамическое вторичное уплотнение. Это связано с тем, что сопрягаемые поверхности уплотняющего интерфейса выполнены из жестких материалов, которые не могут выдерживать смещения вала / корпуса оборудования, теплового расширения и осевого люфта вала. Динамическое вторичное уплотнение будет компенсировать относительное движение по крайней мере между одной из поверхностей уплотнения и компонентом, на котором оно установлено.

Факторы, увеличивающие срок службы уплотнения, включают конструкцию уплотнения и выбор материала, контроль процесса и окружающей среды, а также оптимизацию оборудования.

Торцевые уплотнения используются со многими технологическими жидкостями. Каждая жидкость обладает разными смазывающими качествами, но всегда необходима тонкая смазочная пленка на стыке уплотнения. Слишком толстая пленка увеличивает утечку и может оставлять частицы между поверхностями, что увеличивает износ от истирания. Слишком тонкая пленка будет выделять тепло и вызывать разрушение материалов. Сохранение контакта уплотнения прохладным и чистым продлит срок службы уплотнения.

Фигура 2.Типовое механическое уплотнение с манжетным уплотнением

Дизайн и выбор материалов

Конструкция уплотнения может влиять на толщину пленки за счет уравновешивания замыкающих сил на уплотняющей поверхности раздела таким образом, чтобы уплотняющая поверхность не подвергалась перегрузке при увеличении технологического давления. Слишком большое закрывающее усилие приведет к слишком тонкой пленке жидкости на стыке уплотнения, выделяющей вредное тепло.

Еще один способ повлиять на толщину пленки - это создать элементы поверхности на стыке уплотнения, которые способствуют гидродинамической подъемной силе между вращающимися и неподвижными уплотняющими элементами.Это может помочь создать целенаправленное разделение на границе раздела уплотнений, что приведет к более толстой пленке жидкости, которая обеспечивает охлаждение и снижает износ поверхности.

Выбор материала первичного уплотнения также может повлиять на срок службы уплотнения. Химическая или технологическая совместимость - это лишь одно из соображений. Более твердые материалы более устойчивы к абразивным процессам, но если оба уплотнительных элемента являются твердыми материалами, характеристики износа могут быть менее желательными при неабразивном применении.

Использование одного уплотнительного элемента из более мягкого материала и / или элемента, содержащего смазочные компоненты, такие как графит, снижает трение при пуске и случайном контакте.Использование композитных твердых поверхностей также уменьшит трение за счет создания микроскопических резервуаров системной жидкости на границе раздела.

Теплопроводность материалов будет рассеивать тепло от поверхности уплотнения, продлевая срок службы уплотнения. Прочность материала также может играть решающую роль в сроке службы механического уплотнения. Собственная текстура поверхности материала также может играть роль в обеспечении желаемой толщины пленки.

Обратите внимание, что многие отказы уплотнений возникают из-за неисправных вторичных уплотнений, которые превысили пределы химической совместимости, давления или температуры.Металлические части должны быть совместимы, чтобы избежать коррозии, а пружины и другое оборудование должны оставаться в эксплуатации.

Контроль процессов и окружающей среды

Контроль за технологическим процессом и окружающей средой в уплотнении в значительной степени способствует созданию холодной и чистой смазочной пленки на границе раздела уплотнений. Если технологическая текучая среда представляет собой суспензионную смесь, технологическое давление приведет к попаданию текучей среды, содержащей твердые частицы, в поверхность уплотнения, что приведет к абразивному износу и ускоренному износу.

Средства контроля окружающей среды, такие как ограничительная втулка и чистая промывка, могут изолировать механическое уплотнение от агрессивных воздействий, так что уплотнение в основном герметизирует более чистую, более холодную промывочную жидкость.В других случаях продукт насоса может кристаллизоваться, истирая поверхность уплотнения и вызывая преждевременный износ. Кристаллизацию продукта можно предотвратить, используя контроль температуры, гашение атмосферной стороны уплотняющей поверхности или использование двойного уплотнения с буферной или барьерной жидкостью.

Помимо истирания, существует множество других технологических соображений, которые могут препятствовать образованию холодной чистой смазочной пленки на стыке уплотнения. Если, например, герметизирующая жидкость имеет низкую точку парообразования, может произойти вспышка.Мигание происходит, когда герметичная жидкость переходит из жидкости в газ на границе раздела уплотнения, быстро расширяясь и заставляя уплотняющие элементы расходиться до тех пор, пока давление и температура не будут сброшены, только для того, чтобы уплотняющие элементы снова сжались в контакте. Механическое повреждение уплотнительных контактных поверхностей быстро приводит к выходу уплотнения из строя. Смазочная пленка отсутствует. Операторы должны внедрить средства контроля процесса и обеспечить правильный выбор механического уплотнения для предотвращения таких сбоев. Есть много других условий процесса, которые требуют особого внимания, например, жидкости, которые затвердевают, являются токсичными, должны оставаться анаэробными, являются частью продуктов питания или воды или представляют другое специфическое ограничение.

Часто не обращают внимания на контроль окружающей среды уплотнения, что приводит к удивительно короткому сроку службы уплотнения. Многие отказы уплотнений этого типа случаются в системах с холодной водой. Холодная вода является эффективной герметизирующей жидкостью для создания стабильной смазочной пленки на поверхности раздела уплотнения, но несоблюдение надлежащих мер контроля окружающей среды может привести к повреждению уплотнения.

Многие устройства с холодной водой выходят из строя преждевременно, потому что они вертикальные, с уплотнением, установленным в высокой точке системы, где задерживается воздух.Без надлежащего удаления воздуха из области камеры уплотнения механическое уплотнение изолирует воздух, а не охлаждающую воду. Это состояние сухого хода, при котором выделяется тепло и быстро разрушаются материалы на границе раздела уплотнений.

Обычным средством контроля окружающей среды, используемым в вертикальных приложениях, является линия рециркуляции от камеры уплотнения до всасывания насоса, но в некоторых случаях уплотнения работают всухую слишком долго, прежде чем жидкость заменит воздух в камере уплотнения.

Оптимизация оборудования

Плохое состояние оборудования - вызванное неисправными подшипниками, кавитацией, чрезмерными нагрузками на рабочее колесо и смещением валов - приводит к чрезмерному перемещению, вибрации и механическому удару механического уплотнения.Эти условия вызывают большие напряжения, больше тепла и больше возможностей для проникновения абразивных материалов на поверхность уплотнения.

Торцевые уплотнения предназначены для работы в широком диапазоне движений и условий, но они являются лишь одним компонентом механизма в более крупной системе. Понимание основ торцевых уплотнений и того, как они могут быть адаптированы для различных требований применения, имеет решающее значение для выбора лучшего уплотнения для работы и обеспечения оптимальной надежности системы.

В следующем месяце: Назад к основам: Компрессионная упаковка (Другие статьи этой серии можно найти здесь.)

Мы приглашаем ваши предложения по темам статей, а также вопросы по вопросам уплотнения, чтобы мы могли лучше реагировать на потребности отрасли. Пожалуйста, направляйте свои предложения и вопросы по адресу [email protected]

См. Другие статьи по Sealing Sense здесь.

Как работает механическое уплотнение?

Механическое уплотнение состоит из четырех компонентов: плоской неподвижной поверхности уплотнения, плоской вращающейся поверхности уплотнения, пружинного механизма и вторичного эластичного уплотнения.Две уплотнительные поверхности прижимаются пружинным механизмом. Поверхности уплотнения обычно изготавливаются из углерода, керамики или металла. Механические уплотнения также будут включать вторичное уплотнение из эластомера для уплотнения вала и неподвижной поверхности. Это основные компоненты механического уплотнения, но вам потребуется лучшее понимание различных элементов, чтобы выбрать то, что подходит для ваших нужд. Торцевые уплотнения предотвращают утечку в оборудовании с движущимися частями, например смесителями и насосами. Он предназначен для удержания жидкости или газа в приложениях, где вращающийся вал проходит через неподвижный корпус - или, реже, когда вал неподвижен, а корпус вращается вокруг него.Любая движущаяся часть создает вибрацию, поэтому механическое уплотнение должно быть точно подогнано и спроектировано так, чтобы выдерживать нормальные уровни вибрации и обычное движение оборудования. Установка механического уплотнения оптимальной конструкции, размера и материала может увеличить срок службы и производительность оборудования. Если у вас есть какие-либо вопросы о нашем ассортименте торцевых уплотнений, не стесняйтесь обращаться к нам.

Общие сведения о пружинных механизмах механического уплотнения

В механических уплотнениях используются пружинные механизмы различных типов для создания давления, удерживающего неподвижную и вращающуюся поверхности уплотнения вместе.Их можно разделить на четыре основных типа: одинарная пружина, множественная пружина, волновая пружина и металлический сильфон.

Пружинный механизм должен обеспечивать соответствующее давление, слишком маленькое давление приведет к утечке. Слишком большое давление может вызвать чрезмерный износ и привести к полному выходу из строя уплотнения. Тип и длина пружины предназначены для обеспечения правильного давления. Хотя степень давления имеет решающее значение, это не единственный фактор. Для механических уплотнений также используется жидкая пленка - смазка между неподвижной и вращающейся поверхностями уплотнения.

Без смазки между двумя поверхностями уплотнения оборудование быстро перегреется, что приведет к повреждению уплотнения и, возможно, вала. Грани вращаются на пленке жидкости, это расстояние почти бесконечно мало, около одного микрометра. (Один микрометр равен 0,001 миллиметра.) Правильная смазка для конкретного применения является важной частью механического уплотнения и увеличивает его эффективность и срок службы. Это очень важно для понимания того, как работает механическое уплотнение.

Общие сведения о компонентах торцевых поверхностей механического уплотнения

Торцевые уплотнения изготавливаются с различными материалами торцевых поверхностей в зависимости от области применения.К ним относятся углерод, керамика, карбид кремния. Карбид вольфрама и нержавеющая сталь.

Наиболее распространенная комбинация поверхностей - углерод-керамика для применений, в которых обычно используются чистые среды. Если среда содержит различные частицы, тогда будут использоваться более твердые поверхности: углерод против карбида кремния или, возможно, карбид кремния против карбида кремния. Для приложений, где носитель может быть липким, например фруктовый сок, тогда можно использовать поверхности из карбида вольфрама. Для гигиенических уплотнений поверхности часто изготавливаются из углеродистой стали по сравнению с нержавеющей сталью.Однако бывают пищевые качества другого лицевого материала. Выбор наиболее подходящей комбинации поверхностей продлит срок службы механического уплотнения.

Торцевые уплотнения изготавливаются с различными материалами торцевых поверхностей в зависимости от области применения.

Хотя поверхности уплотнения, как правило, не подвергаются воздействию, эластомерные вторичные уплотнения должны быть из материала, на который не будет воздействовать среда, перекачиваемая среда или любые очищающие растворы, которые могут быть использованы.Уплотнительные кольца вторичных уплотнений или резиновые сапоги должны быть изготовлены из материала, устойчивого к любым перекачиваемым материалам. Материалы, используемые для вторичных уплотнений, включают нитрил, Epdm, Fpm, Ptfe и другие. Резиновые части механического уплотнения не должны подвергаться воздействию среды. Правильный выбор эластомера поможет продлить срок службы механического уплотнения. Выбор правильных поверхностей, правильной длины пружины и правильного эластомерного вторичного уплотнения предотвратит преждевременный выход из строя уплотнения.

Торцевые уплотнения находят применение во многих областях, от сельского хозяйства до фармацевтики и производства.Торцевые уплотнения также бывают самых разных размеров. Но чтобы знать, какое из них удовлетворит ваши потребности, вы должны понимать, как работает механическое уплотнение. Когда вы ознакомитесь с основами, вы сможете лучше объяснить свои потребности. Персонал Abbey Seals может помочь вам выбрать оптимальное уплотнение для вашего применения, и мы будем рады ответить на любые ваши вопросы о уплотнениях и о том, как они работают.

Robco Inc. - Что такое механические уплотнения?

Механические уплотнения насоса - Как работает механическое уплотнение - Компоненты механических уплотнений насоса - Типы механических уплотнений -

Насосы торцевые уплотнения

Торцевые уплотнения - это устройства, которые удерживают или герметизируют перекачиваемую жидкость в корпусе насоса, что позволяет избежать утечек и дорогостоящих потерь перекачиваемого продукта.Примерно с 1950-х годов механические уплотнения почти полностью устранили неэффективные и дорогостоящие сальники. Устанавливаются в месте входа или выхода вала насоса из корпуса. Существуют механические уплотнения различных стилей, конфигураций и размеров. Однако все они используют базовый принцип сочетания неподвижных и вращающихся граней.

Принцип работы торцевого уплотнения насоса

Механическое уплотнение работает за счет использования двух очень плоских притертых поверхностей, что затрудняет возникновение утечки.Одна грань не вращается вместе с валом (неподвижная), а вторая вращается вместе с валом (вращающаяся).
Когда поверхности трутся друг о друга, миграция жидкой пленки между двумя поверхностями применяется для охлаждения и смазки. В идеале перекачиваемая жидкость будет просачиваться между поверхностями, входя в нее в виде жидкости и оставаясь до тех пор, пока она не испарится, когда достигнет атмосферы.

Здесь необходимо отметить, что все механические уплотнения пропускают очень небольшое количество пара и, следовательно, даже при наилучшей конструкции механического уплотнения теряется небольшая часть перекачиваемой жидкости.

Детали торцевых уплотнений насоса

Все механические уплотнения обычно состоят из трех основных комплектов компонентов:

1) Набор поверхностей первичного уплотнения: одна вращается, а другая остается неподвижной.
2) Набор вторичных уплотнений, известных как набивки вала и вставки, такие как уплотнительные кольца, клинья из PTFE или Grafoil или V-образные кольца.
3) Различное оборудование, такое как кольца сальника, манжеты, компрессионные кольца, штифты, пружины, стопорные кольца и сильфон.

В общем, существуют различные типы торцевых уплотнений.С точки зрения конструкции и устройства механические уплотнения обычно делятся на следующие категории:

- Классификация торцевых уплотнений по конструкции

- Классификация торцевых уплотнений по расположению

Типы торцевых уплотнений

Внутренние уплотнения: Внутреннее уплотнение сконструировано таким образом, что вращающаяся часть механического уплотнения находится внутри камеры уплотнения насоса. При использовании внутренних уплотнений жидкость и давление действуют на внешний диаметр (О.D.) печати. Обычно внутренние уплотнения используются для более высоких давлений по сравнению с внешними уплотнениями.

Наружные уплотнения: Наружное уплотнение сконструировано таким образом, что вращающаяся часть механического уплотнения расположена вне камеры уплотнения насоса. Довольно часто внешние уплотнения применяются для химической службы неметаллических деталей: перекачиваемая жидкость не контактирует с металлическими частями уплотнения, и в результате часто отпадает необходимость в дорогих и / или экзотических материалах.

Толкательные уплотнения: Толкающее уплотнение - это конструкция, которая толкает динамическое вторичное уплотнение, которое представляет собой уплотнительное кольцо, клин или другое оборудование, по валу в качестве средства компенсации износа поверхности и / или перемещения вала. .

Уплотнения без толкателя: Этот тип уплотнения сконструирован таким образом, что динамическое вторичное уплотнение не используется. Обычно уплотнения без толкателя представляют собой металлические сильфоны или эластомерные сильфонные уплотнения.

Сбалансированные уплотнения: У сбалансированных уплотнений гидравлическое давление, которое закрывает поверхности уплотнения, значительно снижается.Преимущество сбалансированных уплотнений заключается в том, что они выделяют меньше тепла из-за пониженного давления, прижимающего поверхности друг к другу. Следовательно, они могут выдерживать гораздо более высокое давление по сравнению с несбалансированными уплотнениями.
рис 1 - Сбалансированное уплотнение


Несбалансированные уплотнения : В несбалансированных уплотнениях полное гидравлическое давление камеры уплотнения закрывает поверхности механического уплотнения без какого-либо снижения. Несбалансированные уплотнения предназначены для использования только при низком давлении.

рис 2 - Несбалансированное уплотнение

Двойные уплотнения: В этой конфигурации два (2) механических уплотнения используются лицом к лицу, спина к спине или тандемно (обращены в одном направлении), что позволяет вводить буферную жидкость или газ между двумя наборами уплотнительные поверхности. Двойные уплотнения в основном используются для герметизации продуктов, которые являются летучими органическими соединениями, грязными, несмазывающими или очень вязкими. Также они используются для продуктов, которые затвердевают или иным образом меняют состояние.

Различные типы механических уплотнений для центробежных насосов

Торцевые уплотнения - важные компоненты в центробежных насосных системах. Эти устройства сохраняют целостность насосных систем, предотвращая утечки жидкости и предотвращая попадание загрязняющих веществ. Системы торцевых уплотнений используются в уплотнениях различной конструкции для обнаружения утечек, контроля среды уплотнения и смазки вторичных уплотнений.

В зависимости от типа насоса и параметров процесса на выбор предлагаются различные типы торцевых уплотнений.Каждый вариант уплотнения имеет свой уникальный дизайн и характеристики, которые делают его подходящим для конкретного применения. MES имеет многолетний опыт работы с промышленными механическими уплотнениями и опорными системами, что делает нас авторитетом в этой области.

В этой статье освещаются преимущества и недостатки различных типов механических уплотнений, используемых в центробежных насосах.

Различные типы механических уплотнений для центробежных насосов

Типы торцевых уплотнений различаются по конструкции, расположению и способу распределения гидравлических сил, действующих на их поверхностях.К наиболее распространенным типам уплотнений относятся следующие:

Сбалансированные и несбалансированные уплотнения

Сбалансированное механическое уплотнение относится к системе, в которой силы, действующие на поверхности уплотнения, уравновешены. В результате более низкой нагрузки на поверхность уплотнения обеспечивается более равномерная смазка поверхностей уплотнения и увеличивается срок службы уплотнения. Узнайте о наших системах смазки торцевых уплотнений сегодня.

Сбалансированные торцевые уплотнения особенно подходят для более высоких рабочих давлений, обычно выше 200 фунтов на кв. Дюйм.Они также являются хорошим выбором при работе с жидкостями с низкой смазывающей способностью и повышенной летучестью.

Несбалансированное механическое уплотнение обычно используется в качестве более экономичного варианта по сравнению с более сложным балансирным уплотнением. Несбалансированные уплотнения также могут демонстрировать меньшую утечку продукта из-за более жесткого контроля лицевой пленки, но в результате могут иметь гораздо меньшее среднее время наработки на отказ. Несбалансированные уплотнения не рекомендуются для работы с высоким давлением или большинством углеводородов.

Толкатели и непроталкивающие уплотнения

Толкающие уплотнения используют одну или несколько пружин для поддержания сил закрытия уплотнения.Пружины могут находиться во вращающемся или неподвижном элементе механического уплотнения. Уплотнения толкающего типа могут обеспечивать уплотнение при очень высоких давлениях, но имеют недостаток из-за эластомера под поверхностью первичного уплотнения, который может подвергаться износу, когда поверхность перемещается вдоль вала / втулки во время работы.

Без толкателя В уплотнениях используются металлические или эластомерные сильфоны для поддержания сил закрытия уплотнения. Эти уплотнения идеально подходят для грязных и высокотемпературных применений.Сильфонные уплотнения ограничены приложениями со средним / низким давлением.

Имеются конструкции с толкателем и без толкателя в сбалансированной и несбалансированной конфигурациях.

Обычные механические уплотнения

Обычные уплотнения , как правило, дешевле и их часто устанавливают на оборудование общего назначения. Для обслуживания этих уплотнений требуется более высокая квалификация оператора, поскольку они устанавливаются как отдельные компоненты.

Уплотнения картриджного типа

Механические уплотнения картриджного типа объединяют все элементы уплотнения в единый узел.Это значительно снижает вероятность ошибки при сборке и время, необходимое для замены уплотнения. Узнайте больше о разнице между механическими уплотнениями с картриджем и без картриджа сегодня.

Основные соображения при выборе различных типов механических уплотнений для насосов

При выборе типа системы уплотнения для центробежного насоса операторы должны выбирать в соответствии с их уникальным применением. Отказ от выбора правильного типа уплотнения может привести к потере целостности насоса, поломкам и дорогостоящему ремонту.Чтобы избежать этих нежелательных результатов, все операторы перед принятием решения должны учитывать следующие факторы.

Тип перекачиваемой жидкости

Перекачиваемая жидкость является самым важным фактором, который следует учитывать при выборе типа уплотнения.

Такие факторы, как чистота, смазывающая способность и летучесть, значительно влияют на конструкцию механического уплотнения и системы поддержки уплотнения.

Насос давления жидкости

Величина давления, оказываемого на поверхности торцевого уплотнения, оказывает значительное влияние на его характеристики.Если насос будет работать при низком давлении, подойдет несбалансированное механическое уплотнение. Однако в условиях, когда ожидается более высокое давление, сбалансированные уплотнения окажутся более надежным решением.

Температурные аспекты

Сбалансированные механические уплотнения работают лучше, чем их несбалансированные аналоги в условиях, когда рабочие температуры выше нормальных. Термочувствительные компоненты лучше сохраняются в сбалансированных торцевых уплотнениях по сравнению с другими типами уплотнений.

Проблемы безопасности оператора

Как и для всех типов машин, безопасность оператора является главным приоритетом. Использование двойных торцевых уплотнений в центробежных насосах обеспечивает дополнительную защиту, поскольку они имеют повышенную герметизирующую способность и, как правило, более надежны.

Позвольте Flexaseal продлить срок службы ваших механических уплотнений

Flexaseal Engineered Seals and Systems, LLC имеет проверенный опыт предоставления нашим клиентам самых лучших систем поддержки механических уплотнений.

Свяжитесь с нами сегодня онлайн, чтобы узнать ценовое предложение или узнать больше о том, как мы можем предоставить полный спектр продуктов и услуг, которые мы предлагаем.

Как механическое уплотнение предотвращает утечку в насосе

Торцевое уплотнение - один из важнейших компонентов насосной системы. Как следует из названия, уплотнение - это простой компонент, который образует барьер между двигателем и улиткой насоса, защищая двигатель от утечки.

Утечка - смерть для любых механических инструментов, и насосы не исключение.Утечка жидкости часто приводит к коррозии корпусов, втулок и подшипников. Коррозия, оставленная без присмотра в течение определенного периода времени, приведет к разрушению конструкционного материала насоса. Утечка жидкости, которая попадает на вал двигателя, может вызвать короткое замыкание двигателя.

Поломка компонентов торцевого торцевого уплотнения.

Естественно, эти проблемы будут препятствовать правильной работе насоса и в конечном итоге могут полностью остановить его работу. Компании часто тратят много денег, лишаются рабочей силы и рабочего времени на устранение утечек.Механическое уплотнение предназначено для предотвращения такой утечки. По данным журнала WaterWorld выход из строя вала механического уплотнения является основной причиной простоев насоса.

Погружные насосы для сточных вод, такие как насосы для сточных вод, особенно подвержены опасности утечки, поскольку их работа зависит от окружения водой, которая может содержать потенциально коррозионные или забивающие твердые частицы. Эта вода может накапливаться в корпусе двигателя, и очевидно, что погружной насос нельзя слить, не прерывая его работу.

Доступен широкий выбор типов уплотнений для любого количества применений. Тип уплотнения, наиболее часто используемый в насосах для сточных вод, - это торцевое торцевое уплотнение.

В торцевом уплотнении две кольцевые «поверхности» или уплотнительные головки прилегают друг к другу (но не прикреплены) в камере уплотнения, которая расположена между улиткой («мокрый конец» насоса) и двигателем. . Привод, например пружина, прижимает поверхности вплотную друг к другу.

Вращающийся двигатель вставлен через две поверхности с кольцами и прикреплен к крыльчатке.При вращении вала двигателя верхнее уплотнение (ближе к двигателю) вращается вместе с валом. Нижнее уплотнение ближе к улитке остается неподвижным.

Это действие создает уплотняющую поверхность, которая удерживает воду в улитке и предотвращает утечку. Минимальное количество воды может выйти из уплотняющей поверхности, но эта жидкость, по существу, действует как смазка для уплотнения и в конечном итоге испаряется при нагревании.

Вторичные уплотнения, также обычно имеющие форму кольца, охватывают поверхности первичного уплотнения, создавая дополнительный барьер.

Детали торцевого механического уплотнения

Все компоненты торцевого торцевого уплотнения работают согласованно для предотвращения утечки и одинаково важны для правильного функционирования. Основные компоненты:

1. Поверхности первичного уплотнения прилегают друг к другу. Поверхности первичного уплотнения обычно изготавливаются из прочных материалов, таких как карбид кремния, карбид керамики или вольфрам. Некоторые материалы лучше подходят для определенных приложений. Например, карбид кремния устойчив к кислым жидкостям, в меньшей степени к щелочным.Как правило, облицовочные материалы должны иметь высокую твердость и способность скользить друг по другу.

2. Поверхности или поверхности вторичного уплотнения. Вторичные поверхности окружают поверхности первичного уплотнения, но не вращаются. Вторичные поверхности удерживают первичные грани на месте и создают дополнительный барьер. Вторичные поверхности могут быть разных форм - например, уплотнительные кольца, эластомеры, диафрагмы, ответные кольца, прокладки и клинья. Вторичная поверхность также допускает отклонение и несоосность вала.

3. Привод или средство для сжатия поверхностей уплотнения вместе и удержания всего уплотнения в точном соответствии с валом. Часто (но не всегда) нагруженная пружина. Привод устанавливается над поверхностью уплотнения ближе к двигателю, а вал двигателя проходит через пружину.

4. Средство привода, в данном случае двигатель насоса.

В этом видео эксперт по насосным изделиям Мэтт разбирает компоненты механического уплотнения.

Советы по установке механического уплотнения

Торцевые уплотнения - точные, чувствительные и темпераментные инструменты.Даже незначительное неправильное обращение может свести на нет функциональность уплотнения. Поэтому компания Pump Products настоятельно рекомендует доверить монтаж и установку механических уплотнений квалифицированным специалистам.

Если вы хотите самостоятельно обращаться с механическим уплотнением, следует помнить о нескольких важных факторах.

Перед тем, как брать в руки механическое уплотнение, тщательно вымойте руки. Поскольку поверхности должны быть чрезвычайно плоскими, даже небольшие частицы масла с человеческих рук могут повредить целостность поверхности поверхностей и сделать уплотнение бесполезным.Обязательно протрите само уплотнение спиртовым раствором на случай, если другой человек коснется поверхностей уплотнения во время упаковки или транспортировки.

Ниже приведены основные инструкции по замене неисправного механического уплотнения. Каждое уплотнение должно сопровождаться собственными конкретными инструкциями, но этот обзор охватывает наиболее важные части процесса монтажа.

1. Разберите полость насоса, чтобы обнажить старое дефектное уплотнение.

2. Осторожно снимите старую уплотнительную головку, стараясь не поцарапать вал двигателя.Обратите внимание на то, как было установлено уплотнение; новое уплотнение будет установлено таким же образом.

3. Очистите вал и сопутствующие поверхности салфеткой из эмори.

4. Смажьте вал консистентной смазкой.

5. Продвиньте уплотнение по валу и плотно прижмите.

6. Очистите поверхности чистой бумагой, не содержащей растворителей и пыли. Перед повторной сборкой насоса добавьте несколько капель в уплотнение.

Классифицирующие механические уплотнения

Торцевые уплотнения классифицируются по типу конструкции, и тип конструкции выражается буквенным кодом.Код листинга пломбы будет обозначать конструкционный материал каждого компонента. Например, вот руководство по строительным нормам от U.S. Seal:

. Таблица кодов материалов механического уплотнения. Нажмите, чтобы увеличить. (Предоставлено: U.S. Seal Manufacturing)

Конструкционные материалы уплотнения, в свою очередь, сообщают, какое конкретное уплотнение подходит для вашего конкретного применения в перекачке. Вы можете обратиться к таблице рекомендаций по материалам, чтобы лучше всего выбрать подходящее механическое уплотнение.

Руководство по выбору размеров уплотнения (Предоставлено: U.S. Seal Manufacturing)

Приведенная выше таблица представляет собой руководство по выбору и подбору подходящего механического уплотнения для вашего насоса. Поскольку уплотнения представляют собой специально спроектированные инструменты, крайне важно убедиться, что размер уплотнения соответствует конкретной насосной системе и области применения. Производители часто дают конкретные рекомендации по типу материала, который будет использоваться для конкретного применения - таблица рекомендаций может оказаться полезной.

Теперь, когда вы знаете о важности механического уплотнения, не забудьте поддерживать его в хорошем состоянии, чтобы продлить срок службы насоса.

Уплотнение вала | КСБ

Уплотнение вала представляет собой уплотнительный элемент, который уплотняет вращающийся вал центробежного насоса в месте его прохождения через невращающийся корпус насоса, уменьшая утечку жидкости в атмосферу или поступление воздуха извне до определенного уровня, а также предотвращает износ уплотнения. лица как можно ниже.

Насосы специально разработаны и изготовлены для различных применений. В этом процессе учитываются такие аспекты, как устойчивость к перекачиваемым жидкостям, температура и давление насоса.Подходящий тип уплотнения для индивидуальных требований к перекачке выбирается из большого количества различных уплотнений вала.

В основе конструкции лежит один из двух следующих принципов: уплотнение посредством узкого радиального зазора (параллельно оси вала) или узкого осевого зазора (под прямым углом к ​​оси вала). Для обоих принципов уплотнения зазоры могут иметь контактную или бесконтактную конструкцию.
См. Рис.1 Уплотнение вала


Инжир.1 Уплотнение вала: классификация уплотнений

Если используются только бесконтактные уплотнения с регулируемым зазором, всегда можно предположить наличие значительного количества утечки жидкости. Таким образом, эта система уплотнения менее подходит для перекачиваемых сред, вредных для окружающей среды.

Уплотнения вала по своей природе чувствительны к утечкам, а для некоторых типов утечка действительно важна для обеспечения надлежащего функционирования уплотнения. Поэтому предположение о том, что уплотнительный вал обеспечивает «нулевую утечку», вводит в заблуждение. Однако, в зависимости от выбранного типа уплотнения, величина утечки
может значительно варьироваться.Насос со спиральным корпусом с окружной скоростью в области уплотнения 20 м / с и давлением до уплотнения 15 бар, в котором для уплотнения используется сальниковая набивка, имеет скорость утечки примерно 5-8 л / ч, в то время как скорость утечки механического уплотнения, используемого в тех же условиях, составляет всего прибл. 6 см3 / ч (0,006 л / ч).

Скорость утечки от 4 до 6000 л / ч для питающего насоса котла, уплотненного плавающим кольцевым уплотнением, особенно высока; в этом случае герметизируемый диаметр составляет 200 мм, давление - 40 бар, скорость вращения - 6000 об / мин (~ 63 м / с).

Из-за различий в конструкциях насосов отдельные типы уплотнений не обязательно подходят для каждого типа применения. Тип используемого уплотнения зависит от скорости скольжения, давления уплотнения и температуры жидкости.
См. Рис.2 Уплотнение вала

Рис.2 Уплотнение вала: конструкции, пределы применения

Уплотнение вала контактного типа

В случае динамических уплотнений вала контактного типа уплотняемые детали перемещаются относительно друг друга.По этой причине уплотнения вала с манжетным и линейным контактом (например, манжетные уплотнения) подходят только для использования с очень низкими перепадами давления, такими как возникающие при уплотнении от подшипникового масла, и обычно не регулируются.
См. Рис.3 Уплотнение вала

Рис.3 Уплотнение вала: Манжетное уплотнение

Контактные уплотнения вала можно разделить на статические и динамические. Типы динамических уплотнений включают сальники и механические уплотнения.
См. Рис. 1 Уплотнение вала

Сальниковая набивка

Предел применения сальниковой набивки в первую очередь определяется степенью рассеивания тепла, выделяемого из-за трения. В случае сальникового уплотнения, предназначенного для тяжелых условий эксплуатации, вода утечки фактически предварительно охлаждается с помощью защитной втулки вала с внутренним охлаждением и рубашки охлаждения.

Обычно используемые упаковочные материалы представляют собой плетеные шнуры, изготовленные из безасбестовой пряжи, такой как Ramie, Aramid, PTFE, графитовые волокна или хлопок, которые обрабатываются на специальных машинах для формирования бесконечных квадратных плетений.

Набивки можно регулировать, они подходят для более высоких давлений и окружных скоростей, чем манжетные уплотнения. Используются различные варианты уплотнения в зависимости от того, работает ли насос с высотой всасывания или с подъемом на всасывании, или от того, перекачивает ли он чистую или загрязненную жидкость.

В случае избыточного давления сальниковая набивка оснащена от трех до пяти уплотнительных колец. Эти уплотнительные кольца прижимаются друг к другу в осевом направлении через втулку сальника. В результате они расширяются в радиальном направлении, что означает увеличение давления на защитную втулку вала.Это влияет на ширину зазора и скорость утечки в этом месте.

Радиальный зазор между защитной втулкой вала и уплотнительными кольцами позволяет жидкости вытекать наружу. Эта утечка необходима для надежного отвода тепла, выделяемого трением из зазора. При затяжке болтов сальника важно найти удовлетворительный компромисс между приемлемой скоростью утечки и достаточным охлаждением сальника.
См. Рис.4 Уплотнение вала

Инжир.4 Уплотнение вала: сальниковая набивка с водяным охлаждением

Поскольку утечки сальникового уплотнения относительно высоки по сравнению с механическими уплотнениями, первые в основном используются только для экологически чистых жидкостей.

Сальниковая набивка может работать без охлаждения при температуре жидкости до 120 ° C.

При использовании горячей воды до 180 ° C сальниковая набивка должна быть снабжена охлаждающей рубашкой. При более высоких температурах охлаждение обеспечивается комбинацией защитной втулки вала с внутренним охлаждением и рубашки охлаждения.

Если насос используется в режиме всасывания, линия затворной жидкости и фонарное кольцо, установленные после первого уплотнительного кольца, предотвращают попадание воздуха через набивку. Если насос перекачивает чистую жидкость, эта затворная жидкость подается через напорное сопло насоса или через внутреннее отверстие.
См. Рис.5 Уплотнение вала

Рис.5 Уплотнение вала: сальниковая набивка, неохлаждаемая, с фонарным кольцом для работы в вакууме

Поскольку давление нагнетания насоса выше атмосферного, воздух не может проникнуть в насос.

Давление затворной жидкости обычно должно составлять прибл. На 10% или как минимум на 2 бара выше максимального давления, при котором требуется уплотнение.

Соединение для затворной жидкости также требуется в условиях напора на всасывании (положительное давление), если жидкость загрязнена. Если бы это было не так, загрязнения были бы вытеснены через набивку с протекающей жидкостью. Загрязнения оседают на контактной поверхности сальника и быстро разрушают защитную втулку вала из-за своего абразивного воздействия.

В этом случае внешняя подача затворной жидкости является единственным подходящим вариантом. Тогда фонарное кольцо будет установлено как самое внутреннее кольцо.
См. Рис.6 Уплотнение вала

Рис.6 Уплотнение вала: сальниковая набивка, неохлаждаемая, с фонарным кольцом для жидкостей, содержащих твердые частицы

Поскольку давление затворной жидкости выше, чем давление насоса, определенное количество затворной жидкости смешивается с перекачиваемой жидкостью внутри насоса, так что совместимость затворной жидкости и перекачиваемой жидкости должна быть обеспечена.

При обслуживании сальникового уплотнения необходимо оценить износ как троса набивки, так и защитной втулки вала. Если защитная втулка вала имеет твердую износостойкую поверхность, это обычно положительно сказывается на сроке службы сальника. Хромирование, азотирование поверхности или плазменное покрытие - отличные методы упрочнения защитных гильз вала на участках, подверженных истиранию сальникового кольца. Твердость поверхности должна быть выше 800-1000 HV (твердость по Виккерсу).

Этот метод особенно важен, когда нельзя гарантировать постоянную чистоту жидкости.Поскольку это твердое покрытие очень тонкое, защитные втулки вала, прошедшие такую ​​обработку, не могут быть подвергнуты повторной обработке во время обслуживания.

Торцевое уплотнение

В отличие от сальникового уплотнения механические уплотнения имеют зазор уплотнения, расположенный под прямым углом к ​​оси вала. Эти конструкции уплотнения вала также называются осевыми или гидродинамическими торцевыми уплотнениями. По сравнению с сальниковыми набивками они требуют меньше места и не требуют обслуживания.

Торцевые уплотнения хорошо подходят для уплотнения при низких и высоких давлениях и окружных скоростях.Таким образом, риск неправильной эксплуатации очень низок.

Однако значительные недостатки возникают из-за износа, вызванного абразивными жидкостями (см. Истирание). Как и в случае сальникового уплотнения, чистые барьерные или промывочные жидкости (например, очищенные с помощью циклонных сепараторов) помогают удерживать абразивные частицы на расстоянии от уязвимых поверхностей уплотнения.

Сжатые вместе гидравлическими и механическими силами, две поверхности уплотнения скользят относительно друг друга во время работы. Уплотняющий зазор находится между этими точно обработанными поверхностями уплотнения и заполнен смазочной пленкой, обычно жидкостью.На ширину зазора уплотнения (т. Е. Расстояние между обеими поверхностями уплотнения) влияют различные факторы, в том числе качество поверхности поверхностей уплотнения (т.е. насколько шероховатая или гладкая) и скорость скольжения.

Утечка из торцевых уплотнений очень мала; жидкость просачивается в атмосферу в виде пара или капель. Для расчета скорости утечки механического уплотнения обычно принимается ширина зазора менее 1 мкм. Благодаря этому чрезвычайно узкому зазору степень утечки механических уплотнений значительно ниже, чем у уплотнений вала с радиальными зазорами.

Еще одной важной отличительной чертой является то, что уплотнения могут быть разбалансированы и сбалансированы. В случае несбалансированных торцевых уплотнений поверхность уплотнения подвергается полному давлению, необходимому для уплотнения.

В случае типов уравновешенного уплотнения выступ на валу или втулке вала гарантирует, что только часть давления жидкости действует как осевая сила.

Коэффициент нагрузки (k) характеризует и определяет соотношение площади гидравлического дисбаланса (AH) и площади поверхности уплотнения (A).
См. Рис.7 Уплотнение вала

Рис.7 Уплотнение вала: коэффициент нагрузки k

Если значение k становится меньше, нагрузки на поверхность уплотнения снижаются. По этой причине в приложениях с высоким давлением и высокой скоростью используются только сбалансированные механические уплотнения.

Низкое значение k приводит как к улучшенной смазочной пленке, так и к более высокой скорости утечки. Однако слишком низкое значение k может в крайних случаях вызвать полное разделение поверхностей уплотнения, что приведет к потере эффекта уплотнения.

Наряду с гидравлическим усилием закрытия, силы пружины создают дополнительную осевую силу, действующую на зазор уплотнения. Пружины могут иметь открытую или закрытую конструкцию и контактировать с перекачиваемой жидкостью или нет; они могут передавать или не передавать крутящий момент.

Типы используемых пружин


  • Центральная пружина, коническая или цилиндрическая, установленная на валу как одиночная пружина
  • Многопружинная конструкция, состоящая из концентрически расположенных множественных пружин
  • Металлический сильфон
  • Волновые пружины

Возникающие потери на трение равны ниже, чем у сальников.В корпусе уплотнения вала из-за трения выделяется тепло; в зависимости от произведенного количества он может рассеиваться либо посредством конвекции из корпуса уплотнения в атмосферу, либо посредством принудительной циркуляции через установленный снаружи теплообменник.

Как и сальники, механические уплотнения доступны в различных конструкциях и конфигурациях для различных условий эксплуатации.

Часто используемые конструкции

  • Одиночное несбалансированное механическое уплотнение как типичный пример расположенной по центру конической одинарной пружины: Показанный здесь вариант предназначен для «тупиковой» установки, т.е.е. в зоне торцевого уплотнения отсутствует дополнительная циркуляция жидкости.
    См. Рис. 8 Уплотнение вала
  • Несбалансированные торцевые уплотнения используются для давлений до макс. 15 бар и скорость скольжения до макс. 15 м / с. Как правило, достаточная часть тепла трения, генерируемого в зазоре уплотнения, может передаваться обрабатываемой жидкости и рассеиваться от корпуса уплотнения вала в атмосферу посредством конвекции. Если перекачиваемая жидкость холодная, теплота трения поглощается самой жидкостью.Один из вариантов - резиновое сильфонное уплотнение (механическое уплотнение сильфонного типа).
    См. Рис.9 Уплотнение вала
  • Несбалансированное механическое уплотнение с неподвижным пружинным узлом: эта конструкция используется для более высоких скоростей скольжения и гарантирует, что пружины могут надежно выполнять свою задачу (поворотный пружинный узел может повлечь за собой риск поломки пружин из-за высокой центробежные силы).
    См. Рис. 10 Уплотнение вала

Регулируемые пружины - лишь один из примеров отличительных особенностей, представленных в широком диапазоне конструкций механических уплотнений, адаптированных для различных условий эксплуатации.

Рис.8 Уплотнение вала: торцевое уплотнение с одинарной пружиной и кольцевым уплотнением

Рис.9 Уплотнение вала: механическое уплотнение сильфонного типа

Рис.10 Уплотнение вала: Торцевое уплотнение с неподвижной пружиной в сборе

Механическое уплотнение

  • Устройство одинарного уплотнения
    См. Рис.8, 9 и 10 Уплотнение вала
  • Расположение нескольких уплотнений
    См. Рис.11 Уплотнение вала

Рис.11 Уплотнение вала: два торцевых уплотнения, расположенные спина к спине

В случае расположения «спина к спине» затворная жидкость подается в пространство между двумя механическими уплотнениями. Его давление должно составлять ок. На 10% и как минимум на 2–3 бара выше, чем давление жидкости, перекачиваемой насосом.
См. Рис. 11 Уплотнение вала

Эта затворная жидкость предотвращает утечку перекачиваемой жидкости в атмосферу. Прежде чем рассматривать эту компоновку, следует установить, будет ли насос с нулевой утечкой, такой как герметичный двигатель или насос с магнитным приводом, более подходящим для данного применения.

Поскольку затворная жидкость поглощает теплоту трения, генерируемую двумя механическими уплотнениями, она должна циркулировать, то есть удаляться из полости уплотнения, охлаждаться и возвращаться в уплотнения.

Давление затворной жидкости создается системой затворной жидкости (термосифонный сосуд) или усилителем давления. В случае тандемных уплотнений пространство между уплотнениями промывается охлаждающей жидкостью без давления (закалка). Если протекающая жидкость, перекачиваемая насосом, имеет тенденцию кристаллизоваться при контакте с воздухом, следует использовать уплотнение, состоящее из двух резиновых сильфонов. Важно, чтобы охлаждающая жидкость и обрабатываемая жидкость были совместимы.
См. Рис.12 Уплотнение вала


Инжир.12 Уплотнение вала: два торцевых уплотнения в тандемном исполнении

Вместо использования внешнего механического уплотнения также можно установить простой уплотнительный элемент, такой как манжетное уплотнение или набивочное кольцо. Он устанавливается как резервное уплотнение для основного уплотнения для предотвращения утечки (например, в случае опасных жидкостей) и для безопасного и надежного отвода тепла.

Тандемные уплотнения используются, когда высокое внутреннее давление насоса требует распределения на два механических уплотнения. Уровень давления затворной жидкости тогда находится между давлением герметизации и атмосферным давлением.Давление, создаваемое внутренним уплотнением, соответствует разнице между давлением уплотняемого материала и давлением затворной жидкости; давление, создаваемое наружным уплотнением, соответствует разнице между давлением затворной жидкости и атмосферным давлением. Затворная жидкость должна циркулировать, чтобы отводить тепло трения, создаваемое уплотнениями.
См. Рис.13 Уплотнение вала


Рис.13 Уплотнение вала: три механических уплотнения, работающих последовательно (распределение давления)

Эти типы механических уплотнений используются в реакторах с кипящей водой или водой под давлением на атомных электростанциях и устанавливаются в главные насосы охлаждающей жидкости для герметизации чрезвычайно высоких давлений.

Трехступенчатое уплотнение используется, например, для герметизации давления 160 бар в реакторе с водой под давлением.

Давление должно распределяться через вспомогательную систему, например трехступенчатая каскадная система дросселей, расположенных в байпасных линиях уплотнений. Через байпасную линию проходит определенное количество воды. Таким образом, давление снижается прим. 33% на каждом дросселе. Пониженное давление на выходе каждой ступени является рабочим давлением на входе следующей ступени. Такое дросселирование и рециркуляция затворной жидкости обеспечивает снижение давления и отвод тепла трения от ступеней уплотнения.

В питающих насосах котлов уплотнения должны выдерживать высокие скорости скольжения, передачу тепла от перекачиваемой жидкости и тепла, выделяемого трением.
См. Рис.14 Уплотнение вала

Рис.14 Уплотнение вала: Торцевое уплотнение для высоких скоростей скольжения (питающий насос котла) с камерой рубашки охлаждения

Температура зазора уплотнения обычно выше, чем температура жидкости в корпусе уплотнения.Температура последнего может поддерживаться значительно ниже 100 ° C за счет циркуляции жидкости через внешний охладитель с помощью подходящих насосных устройств внутри насоса. Насосными устройствами служат нагнетательные винты, отверстия в защитной втулке вала или небольшие откачивающие диски.
См. Рис.15 Уплотнение вала

Рис.15 Уплотнение вала: охлаждающий контур торцевого уплотнения, установленного в питательном насосе котла

Магнитные фильтры обеспечивают абсолютную чистоту циркулирующей воды.В высокоскоростных насосах вентиляционный бак необходим для надежного удаления воздуха из циркулирующей жидкости.

Может возникнуть нежелательный сухой ход механического уплотнения, если насос работает без наполнения жидкостью, а также в случае значительного проникновения газа, высокого содержания газа или испарения перекачиваемой жидкости. Из-за своей низкой плотности газ всегда стремится к меньшему диаметру, который в большинстве случаев является уплотнительным зазором уплотнений. Присутствие воздуха в этом пространстве приводит к работе всухую, а также препятствует отводу достаточного количества тепла из уплотнительного зазора, что приводит к тепловой перегрузке поверхностей уплотнения и выходу из строя механического уплотнения (трещинам от теплового напряжения) в течение очень короткого времени.

Внешние контуры охлаждения не используются, если тепловые потери, создаваемые уплотнением, могут быть отведены в атмосферу посредством свободной конвекции и теплового излучения.
См. Рис.16 Уплотнение вала


Рис.16 Уплотнение вала: торцевое уплотнение с воздушным охлаждением посредством охлаждающих ребер

Другие формы охлаждения включают крыльчатку вентилятора, установленную на валу насоса для усиления конвекции (принудительная конвекция).В обоих случаях корпус уплотнения снабжен ребрами под прямым углом к ​​оси вала (без крыльчатки вентилятора), см. Рис. 16 Уплотнение вала, и параллельно оси вала (с крыльчаткой вентилятора).
См. Рис.17 Уплотнение вала
Рис.17 Уплотнение вала: Торцевое уплотнение с воздушным охлаждением с помощью крыльчатки вентилятора

В случае неохлаждаемых торцевых уплотнений, работающих при высоких температурах, температура в зазоре уплотнения обычно выше, чем температуры в зазоре уплотнения, описанных выше.Это означает, что граница между жидкой и паровой фазами в уплотнительном зазоре неизбежно смещается к входному отверстию уплотнительного зазора, увеличивая риск недостаточной смазки.

Бесконтактное уплотнение с радиальным зазором

В эту категорию входят все дросселирующие зазоры с лабиринтами или без них, насосными кольцами / винтами и уплотнениями с плавающими кольцами.

Ширина зазора уплотнения между неподвижным и вращающимся компонентами должна быть как можно меньше, чтобы минимизировать утечку.Однако важно убедиться, что детали не трутся друг о друга. Утечка на вращающемся валу немного ниже, чем во время простоя.

Жидкость, протекающая через зазор, позволяет снизить давление по сравнению с атмосферным давлением. В дроссельных зазорах и плавающих кольцевых уплотнениях это достигается в зазоре из-за трения жидкости и потерь потока, когда жидкость входит в зазор или выходит из него.

Уплотнение с плавающим кольцом

  • Основным преимуществом уплотнения с плавающим кольцом является то, что компоненты не соприкасаются.Однако время и затраты, необходимые для обеспечения барьерного конденсата, его обработки и соответствующего контрольного оборудования, значительны.
  • Благодаря своей бесконтактной природе эти уплотнения могут использоваться при высоких окружных скоростях и средних давлениях (от 30 до 50 бар).
    См. Рис.18 Уплотнение вала

Рис.18 Уплотнение вала: Плавающее кольцевое уплотнение, регулировка Δt

  • Что касается их надежности, они почти не зависят от химического состава питательной воды.
  • Плавающее кольцевое уплотнение состоит из нескольких последовательно установленных коротких дроссельных колец, которые могут перемещаться в радиальном направлении и автоматически центрироваться за счет распределения давления на кольце. Холодный барьерный конденсат, впрыскиваемый в уплотнение, гарантирует, что горячая вода из насоса не уйдет в атмосферу (регулируемая система). Пока насос работает или находится под давлением, должна быть обеспечена подача затворной воды.
  • Плавающее кольцевое уплотнение иногда используется в питательных насосах котлов.Количество барьерного конденсата можно регулировать с помощью перепада давления и температуры барьерного конденсата.
    См. Рис.19 Уплотнение вала

Рис.19 Уплотнение вала: системы управления подачей барьерного конденсата в случае плавающих кольцевых уплотнений

  • Для управления перепадом температуры
    (регулировка Δt) определяется разница между температурой конденсата барьера на выходе и температурой нагнетаемого конденсата.В случае питательных насосов котла количество питательной воды, выходящей изнутри насоса, очень мало, в то время как проникновение холодной воды в насос можно исключить.
  • Для регулирования перепада давления (регулировка Δp) определяется разница между давлением впрыска и давлением на входе. В насос поступает очень небольшое количество барьерного конденсата. Это предъявляет высокие требования к чистоте и отсутствию газов в барьерном конденсате, необходимом для предотвращения загрязнения основного контура.

Вместо плавающего кольцевого уплотнения можно также использовать лабиринтное уплотнение.

Лабиринтное уплотнение

  • Лабиринтное уплотнение представляет собой прочную дроссельную втулку с круглым профилем канавки. Поскольку радиальное перемещение невозможно с этим типом уплотнения, диаметральный зазор должен быть на
    шире, чем тот, который используется с типами плавающих колец. Как следствие, уровень утечки
    выше, что, в свою очередь, требует более высокого расхода затворной воды.

Центробежное уплотнение

  • Этот тип уплотнения вала сам создает давление, чтобы противодействовать перепаду давления, необходимому для уплотнения; он часто подкрепляется неподвижным уплотнением.Выполненное как подпружиненное механическое уплотнение
    , оно открывается под действием центробежных сил на очень низких скоростях и, таким образом, защищено от износа. См. Рис.20 Уплотнение вала

Рис.20 Уплотнение вала: Центробежное уплотнение (1) с опорным торцевым уплотнением в качестве уплотнения вала в неподвижном состоянии (2)

  • Фактическое центробежное уплотнение (установленное как вспомогательное рабочее колесо с жидкостным кольцом на внешнем диаметре) работает бесконтактно и без износа.

Насосное кольцо / винт

  • Насосные кольца / винты оптимальной конструкции (шаг резьбы неподвижной части направлен против шага вращающейся части) также могут создавать противодавление, способное уравновесить внутреннее давление насоса во время работы насоса. .Достигаемый таким образом баланс давления зависит от скорости вращения, длины резьбы, ширины зазора и среднего диаметра зазора.
  • Возможен напор от 10 до 30 м.
  • Однако, как только вал останавливается, насосное кольцо / винт имеет только дросселирующий эффект, сравнимый с лабиринтным зазором.
  • Если насосное кольцо / винт должно служить уплотнением насоса, оно должно быть подкреплено уплотнением неподвижного контактного типа.
    См. Рис.21 Уплотнение вала

Инжир.21 Уплотнение вала: Центробежное уплотнение с использованием втулки подкачивающего винта с опорным сальником в качестве уплотнения вала при остановке.

Гидростатическое уплотнение

  • Благодаря своей конструкции надлежащее функционирование гидростатического уплотнения как бесконтактного уплотнения обеспечивается только при давлении от 20 бар. Привод насоса нельзя запускать, пока не будет достигнут этот уровень давления.
  • Поскольку уплотнение очень чувствительно к твердым частицам, затворная вода, питающая уплотнение, должна быть очень чистой.
  • Уплотняющий зазор саморегулируется.В зависимости от геометрии зазора и давления, которое необходимо уплотнить, зазор уплотнения будет регулироваться примерно на 10 мкм.
  • Жесткость зазора очень высока при полном рабочем давлении (160 бар). Чтобы сместить зазор из сбалансированного положения на 1 мкм, необходимо приложить внешнюю силу прибл. 4000 Н было бы необходимо
    .
  • Зазор, с которым работает уплотнение, может быть очень узким, но он конечен и, как таковой, имеет значительную скорость утечки (p = 160 = 160 бар, n = 1.500 = 1500 об / мин; диаметр уплотнения при 260 мм, Q = 800 = 800 л / ч).Поэтому необходимо подкрепить гидростатическое уплотнение уплотнением низкого давления, которое обеспечивает герметичность по отношению к атмосфере.
    См. Рис.22 Уплотнение вала

Рис.22 Уплотнение вала: главный насос охлаждающей жидкости с различными уплотнениями вала

  • Из-за ограничения работы гидростатических уплотнений при низких давлениях на многих атомных электростанциях они были заменены гидродинамическими торцевыми уплотнениями.
  • Используются только в главных насосах теплоносителя реакторов с водой под давлением.

Статическое контактное уплотнение

Статическое контактное уплотнение включает уплотнительные кольца. Это формованные уплотнения, которые определяются как «кольца с круглым поперечным сечением, изготовленные из эластичных материалов; они уплотняют за счет эффекта небольшой жесткости во время установки, усиленной рабочим давлением» в соответствии с DIN 3750. Их симметричное поперечное сечение исключает неправильную установку .

Поскольку соединительные элементы можно легко рассчитать и спроектировать, их использование широко распространено.

Уплотнительные кольца используются на всех описанных здесь уплотнениях вала.Однако их можно использовать только в качестве статических уплотнительных элементов или для уплотнения участков, где иногда требуется небольшое осевое перемещение.

Изготавливаются с различной степенью твердости, указанной как твердость по Шору (A или D). Шкала твердости колеблется от 0 до 100, где 0 - самая низкая, а 100 - самая высокая единица твердости.

Большинство уплотнительных колец, используемых на механических уплотнениях, представляют собой эластомерные кольца с твердостью по Шору А от 70 до 90. Эти уплотнительные кольца используются для уплотнения между втулками вала и валом, а также между первичным кольцом или сопряженным кольцом. и соответствующие компоненты, с которыми они связаны.Они гарантируют, что подпружиненный компонент уплотнения может выполнять небольшие осевые перемещения вала.

Их значение часто недооценивают: в конечном итоге качество каждого уплотнения вала зависит от его уплотнительного кольца. Уплотнительные кольца должны соответствовать перекачиваемой жидкости, охватывать определенный температурный диапазон и обеспечивать хорошее сопротивление старению. Кроме того, важно использовать высококачественную смазку для уплотнительных колец, отвечающую рабочим требованиям. Помимо обеспечения долговременной смазки, консистентная смазка должна быть совместима с перекачиваемой жидкостью и не должна разрушать уплотнительное кольцо.

Эластомеры, набухающие менее чем на 10% в рабочей жидкости и не вступающие в химическую реакцию с перекачиваемой жидкостью, подходят для использования в качестве вторичного уплотнения механического уплотнения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *