Что такое уплотнение торцевое уплотнение
Торцевое уплотнение вала насоса
Торцевое уплотнение вала насоса предназначено для разделения пространств с различными давлениями, рабочими средами и температурами. Уплотнения для насосов предотвращают, например, проникновение посторонних частиц в рабочую среду или утечку смазки из корпуса.
В последние годы в связи с ростом давления, температуры и скорости скольжения чрезмерно повысились требования надежности прежде всего к данному типу уплотнений. Это вызвано также применением новых химических соединений, облучением, которое влияет на свойства многих материалов, изменяющих срок их службы.
Содержание статьи
Торцевые уплотнения монтируются на все современные типы насосов: центробежные, фекальные, поверхностные, погружные, насосные станции и т.д.
Герметизируемые жидкости и газы могут быть самыми разнообразными, например: жидкий кислород, высоконагретый водород, пивное сусло, растворы красителей, различные кислоты, щелочи, асфальт, какао-паста и другое. Чтобы уплотнение насоса отвечало всем необходимым требованиям необходимо использовать коррозионно-стойкие, прочные и теплостойкие материалы.
Однако при этом следует обратить внимание на то, что достижение предельных параметров возможно часто только в случае применения специальных конструкций и вспомогательных приспособлений.
При определении геометрических размеров и конструкции уплотнения необходимо учитывать шесть взаимосвязанных между собой факторов.
Торцевые уплотнения для насосов должны отвечать следующим требованиям:
максимально возможной герметичности
наивысшей долговечности, т.е. минимальному износу
наивысшей надежности, т.е. отсутствию необходимости в техническом обслуживании и ремонте.
наименьшим потерям на трение и тепловыделение
минимальным размерам
наивысшей экономичности и минимальной стоимости.
К сожалению не все эти требования возможно реализовать в одной конкретной конструкции, поэтому каждое уплотнение является результатом компромиссного решения, которое должно учитывать эксплуатационные факторы и соотношения между ними.
Принцип работы.
Принцип работы торцевого уплотнения можно рассмотреть на примере общей схемы изображенной на рисунке.
Здесь резиновый сильфон выполняет не только функцию радиального уплотнительного элемента, но и пружины. Уплотнение может быть смонтировано и сконструировано таким образом, что нагрузка на уплотнительные поверхности может передаваться, например, только через пружины или манжеты. Однако недостатком такого уплотнения является то, что оно может работать только в очень узком диапазоне давлений, поскольку при повышенном внутреннем давлении уплотнительные поверхности расходятся.
Параметры уплотнений
При рассмотрении конструкции торцевого уплотнения центробежного насоса было установлено, что эффективность его работы зависит геометрических размеров и схемы компоновки. Кроме того, существенное влияние на утечку, потери на трение, надежность и долговечность, оказывают следующие факторы:
1) нагрузка
2) скорость скольжения
3) шероховатость и параллельность контактных поверхностей торцевого уплотнения вала насоса
4) температура уплотняемой жидкости и контактных поверхностей, а так же её изменение со временем
5) форма зазора, зависящая от механической и температурной деформации в процессе работы;
6) сочетание материалов пары трения торцевого уплотнения вала насоса
7) уплотняемая среда, её смазывающие свойства, теплопроводность, степень загрязнения и химический состав.
8) режим трения, вибрация, гидравлические удары, перерывы в движении, пуск под нагрузкой, периодическая работа без смазки, нагрев или охлаждение, течение жидкости по направлению действия центробежной силы, радиальное биение, а также прочие конструктивные и эксплуатационные факторы, причем решающее значение имеет возможность отвода тепла.
Типы торцевых уплотнений
Торцевое уплотнение вала насоса обеспечивает упругогерметичное соединение между вращающейся и неподвижной торцевыми поверхностями.
Исходя из конструктивных особенностей подвижная в осевом направлении часть уплотнения, находящаяся внутри уплотняемой полости, может вращаться (рисунок а) или быть неподвижной (рисунок б).
При внутреннем расположении неподвижного в осевом направлении контркольца, которое в свою очередь может вращаться или быть неподвижным, уплотняемая часть запирается в направлении падения давления.
При наружном расположении контркольца уплотняемая полость запирается невращающейся (рисунок в) или вращающейся (рисунок г) подвижной в осевом направлении частью торцевого уплотнения для насосов.
Несмотря на то, что уплотнения с невращающейся подвижной в осевом направлении частью вследствие меньшей силы инерции и малых потерь на трение выгодны при высокой частоте вращения или большой вязкости среды, в торцевом уплотнении с вращающейся частью условия отвода тепла более благоприятные.
Кроме того выбор типа торцевого уплотнения зависит от перепада температур в радиальном направлении от диаметра, или наоборот, от направления действия центробежной силы, создающей давление, прочности материалов трущейся пары, конструктивных факторов, возможности быстрой замены или легкости контроля. Другими словами все представленные на рисунках варианты торцевого уплотнения вала насоса находят своё применение.
В общем случае уплотнители в зависимости от конструкции бывают:
пружинного типа. Конструкция поджимается за счет одной или двух пружин
сильфонного типа. Уплотнитель и неподвижный элемент прижимает друг к другу специальная гофрированная пружина, которую называют сильфоном.
Кроме того конструктивно и в зависимости от установки кроме одинарных существуют и двойные торцевые уплотнения.
Одинарное.
Самая распространенная схема. Такая установка используется, если не требуется полной герметичности и рабочая температура в пределе +95…+140°С.
Утечки мизерные, но все же существуют. Для воды и неагрессивных жидкостей это не критично, но если требуется перекачка химически активных или даже ядовитых жидкостей, то и небольшие утечки, могут привести к скаплению в помещении опасных паров этих жидкостей.
Для того, чтобы этого избежать, используют двойное уплотнение торцевое.
Двойное торцевое уплотнение насоса
Двойное торцевое уплотнение по схеме «спина к спине»
Этот вариант компоновки применяется при перекачивании взрывоопасных или ядовитых жидкостей, утечки паров которых не допустимы. Для работы этого узла требуется подвод затворной жидкости, давление которой должно быть больше давление перекачиваемой насосом среды.
Уплотнения этого типа могут работать до температуры +140…+200°С.
Двойное торцевое уплотнение по схеме «тендем».
Используется, когда подвод затворной жидкости к узлу уплотнения извне невозможен. Для работы такого узла необходимо изготовление автономного бачка с жидкостью для охлаждения. Уплотнения этого типа могут работать с температурами до +140°С.
Наиболее простая конструкция изображена на рисунке далее.
Схема торцевого уплотнения
Уплотняемый узел, в данном случае, расположен между плоскостями корпуса уплотнения поз.1 и контркольца поз.5. Под действием осевых сил поток (изображен стрелками) стремится пройти в радиальном направлении через зазор между корпусом поз.1 и контркольцом поз.5 и раскрыть уплотнение. Чтобы этого не произошло на валу установлено упорное кольцо поз.2 закрепленное штифтом поз.3. Упорное кольцо прижимает корпус поз.1 к контркольцу поз.5 пружиной поз.4. Таким образом обеспечивается герметичность вращающихся элементом. Герметичность корпуса поз.1 по валу, а так же герметичность контркольца поз.5 по втулке обеспечивают прокладки поз.6, 7.
В общем случае торцевое уплотнение состоит из неподвижного и вращающегося уплотнительных элементов. В отличие от сальникового уплотнения в этом случае геометрические параметры уплотнительной поверхности можно выполнить более точно и с меньшими затратами, не изнашивается поверхность вала или его вкладыша. Для компенсации нарушения параллельности поверхностей уплотнительных колец, вызванного термическим удлинением деталей и узлов уплотнения, а также износом этих поверхностей, необходимо иметь по меньшей мере одну упругую деталь, такую как мембрана, сильфон, эластичная резиновая фасонная деталь или, в данном случае, пружина поз.4.
Замена и стоимость
Замена уплотнения должна выполняться квалифицированным специалистом. Если по ряду причин вызвать специалиста нет возможности, то замену уплотнения выполняют самостоятельно.
Этапы замены уплотнения:
1 Отключить питание насоса
2 Слить рабочую среду. Убедиться, что в системе нет давления.
3 Снять защитный кожух
4 Демонтировать поврежденный узел
5 Руководствуясь инструкции по монтажу установить новое уплотнение.
6 Собрать насосный агрегат в обратном порядке согласно руководству по эксплуатации.
Стоимость
Стоимость торцевого уплотнения в среднем составляет около 400 руб. для обычного бытового насоса. Для замены торцевого уплотнения в профессиональном оборудовании придется отдать около 2000 руб.
Видео по теме
До широкого распространения торцев большой популярностью пользовались сальниковые уплотнения. Сальник в насосе это конструктивно шнур, пропитанный графитом или фторопластом, который укладывается в канавку вокруг вала и зажимается каким-либо способом.
Несмотря на невысокую стоимость, которой характеризуется набивной сальник, торцевое уплотнение для насоса, обеспечивающее лучшую герметичность и имеющее повышенную надежность и долговечность, всё больше применяется в центробежных агрегатах.
Торцевые уплотнения для насосов: виды, материалы изготовления, правила применения
Различные отрасли промышленности, сельское и коммунальное хозяйство, частные домовладения не могут обойтись без разного рода оборудования, которое помогает во многих технологических процессах.
Не малую роль среди такого оборудования играют центробежные насосы, которые перекачивают различные жидкости. Чтобы насос работал эффективно и бесперебойно, следует обращать внимание на техническое состояние аппарата. Основная задача техобслуживания насосов – установка уплотнителей, которые упреждают протечку рабочей среды на участках соединения деталей механизма.
1 Виды уплотнителей
В настоящее время есть много типов уплотнительных устройств. И порою выбрать лучшее не просто.
к меню ↑
1.1 Сальниковая набивка
Этим устройством как уплотнителем пользуются с давних времен. Сальниковая набивка выглядит так:
Уплотнители в структуре циркуляционного насоса с сухим ротором
Сальниковая набивка должна быть всегда в смоченном состоянии. Крышку сальника нужно прижать так, чтобы в процессе работы аппарата жидкость попадала в набивку. При чрезмерном уплотнении набивка может быстро разрушиться.
Этот вид уплотнителя обладает следующими преимуществами:
Сальниковая набивка существует таких видов:
1.2 Манжетные
Уплотнения этого вида изготовляются из различных типов резины:
Конструкция манжетных видов такова:
Для лучшего уплотнения соединения элементов помпы могут использоваться несколько манжет подряд.
Использование манжет для уплотнения в центробежных аппаратах имеет такие преимущества:
1.3 Торцевой тип
Эти уплотнения считают современным изобретением в герметизации. Их называют еще механическими.
Разновидности торцевых уплотнений
2 Зачем нужны торцевые уплотнения?
Насосное оборудование, в котором установлено торцевое уплотнение не требует постоянного обслуживания и, не смотря на это, выдерживает повышенное давление рабочей среды. Механические уплотнения применяют для избегания протечек на валу аппарата, который перекачивает разные жидкости.
к меню ↑
2.1 Принцип устройства
К задней стенке корпуса помпы крепится неподвижное кольцо. Чтобы между корпусом и кольцом избежать утечек, используют эластомерный элемент. Этот элемент не изнашивается, потому как кольцо неподвижно. Вал водяного насоса проходит внутри кольца, не задевая его. Если бы вал с кольцом соприкасались, между ними не было бы жидкости, и само кольцо выступало бы в роли уплотнителя. Такой принцип устройства сальниковых и манжетных уплотнений. А торцевые уплотнения для насоса исключают трение между уплотнителем и валом.
Вал не соприкасается с кольцом,поэтому между ними была бы жидкость, однако есть второе кольцо – вращаемое, насаженное на вал плотно с неподвижным. Поверхности колец называются парой трения. Этот элемент единственный трущийся в конструкции. Зазор между подвижным и неподвижным кольцом менее микрона. В нем образуется тонкая пленка жидкости, которая смазывает поверхности пары трения и предохраняет их от перегрева.
Для упрощения устройства можно было бы подвижное кольцо закрепить на валу и уплотнить эластомером. Тогда была бы пара колец, одно прикрепленное к корпусу, а другое на валу. Но такая конструкция невозможна, потому что в процессе работы помпы вал смещается по оси. При таком смещении кольца бы то сближались, то удалялись. В увеличившийся зазор попадала бы жидкость. Поэтому возникает необходимость в элементе, обеспечивающем плотное непрерывное соприкосновение колец. Эту роль выполняет пружина или сильфон.
к меню ↑
2.2 Какие есть виды торцевых уплотнителей?
Классификация торцевых уплотнителей зависит от различных факторов.
В зависимости от устройства конструкции различаются виды:
Одинарное торцевое уплотнение насосов
В зависимости от способа крепления уплотнители делятся:
2.3 Что такое двойные торцевые уплотнения?
Для исключения протечек при использовании уплотнения торцевого насоса может использоваться не один уплотнитель, а два. Между уплотнениями присутствует камера с жидкостью. Эта жидкость смазывает, промывает и охлаждает уплотнение вала насоса, а также препятствует попаданию перекачиваемой жидкости наружу. Затворной жидкостью может быть глицерин, вода или другая жидкость. Располагаться сдвоенные уплотнения могут:
Двойное торцевое уплотнение варианта «спина к спине» более распространен. Давление жидкости в уплотнителе должно быть выше на 1-2 бара, чем давление перекачиваемой среды. Плюс этого варианта состоит в том, что в зазоре между кольцами находится затворная жидкость, поэтому грязь и твердые частицы из перекачиваемой среды в зазор не попадут. А это в свою очередь влияет на длительность службы насосов с двойным торцевым уплотнением.
Торцевое уплотнение на насосы, выполненное «тандемом», имеет меньшее давление затворной жидкости, по сравнению с перекачиваемой средой. При разгерметизации уплотнителя перекачиваемая среда может попасть в затворную.
к меню ↑
2.4 Какие преимущества торцевых уплотнений?
Устройство торцевого (механического) уплотнения
2.5 Какие используют Материалы для уплотнений торцевых?
При выборе торцевого уплотнения не в последнюю очередь обращают внимание и на материал, из которого изготовлена пара трения и вторичные уплотнения.Например, фирмы Flygt, компания НПП, занимаются производством насосного оборудования, муфт, уплотнителей. Они используют только высококачественные материалы. Так, пара трения изготавливается из:
Для вторичных уплотнений используют материалы различной температуростойкости:
2.6 Где расположены ТОРЦЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ НАСОСОВ? (ВИДЕО)
2.7 Выработка на уплотнении
Длительность работы торцевых уплотнителей зависит от условий эксплуатации насоса, а также от качества перекачиваемой среды, жесткости, от содержания в ней примесей. Вращение вала помпы без биения, равномерно, влияет также на износ уплотнителя. Если одно из перечисленных условий присутствует, то трущиеся поверхности подвергаются интенсивной выработке и уплотнитель теряет свои свойства.
Об износе уплотнителя свидетельствует протекание жидкости из корпуса помпы. Следует заменить его на новый, иначе перекачиваемая среда попадет в двигатель. Последствиями износа могут быть заклинивание подшипника и поломка двигателя.
к меню ↑
3 Искривления вала
При эксплуатации насосов, из-за воздействия высоких нагрузок может возникнуть кривизна вала аппарата. Искривленный вал устройства восстанавливают различными способами правки.
к меню ↑
3.1 Методы восстановления вала
Для правки вала существуют такие способы:
Двойное торцевое уплотнение насоса Grundfos (вид в разрезе)
Для термической правки вала необходимы две опоры. Выявляют изогнутый участок и выпуклой стороной поворачивают вверх, закрывают вал асбестом с вырезом, после чего нагревают до 500 – 550 градусов.
При нагреве вал прогибается в сторону первоначального изгиба, а остывая, выпрямляется. После окончания нагрева вал покрывают асбестом.
Охладившийся вал проверяется индикатором, если возникает необходимость, правку можно повторить. Продолжительность нагревания зависит от диаметра вала, твердости материала и стрелы прогиба. Излишний же нагрев приведет к нежелательному обратному прогибу. Окончив правку, делают отжиг участка, который подвергали нагреву. Отжиг производят при температуре 350 градусов.
В основе механической правки лежит механическое воздействие на вал. Для этого используют токарный станок, пресс или специальное приспособление. Вал зажимают в станке, повернув выпуклую сторону к суппорту, которым давят на нее в направлении противоположном прогибу. При использовании чеканки вал устанавливается в центрах вогнутой стороной вверх, а к прогибу подводится жесткая опора с деревянной или медной подкладкой. Чеканку производят по вогнутой стороне молотком 1 – 2 кг.После правки вал должен иметь биение не больше 0,03 мм.
При термомеханическом способе вал нагревают до 500 – 550 градусов и воздействуют механически с противоположной изгибу стороны. Применяют этот способ редко.
Выбор и принцип работы торцевого уплотнения вала насоса
Торцевое уплотнение — герметизирующее контактное устройство, разделяющее две среды или полости. В случае с насосом это корпус и заходящий в жидкостную камеру приводной вал. Система из подвижной и статичной трущейся части — экономичная и более надежная альтернатива бюджетному уплотнению с сальниковой набивкой. Применяется в приборах, где необходимо создать защиту от протечек и обеспечить полную герметичность — опасные среды, взрывоопасные или ядовитые носители. Такие торцевые уплотнения выпускает компания резинотехнических изделий «КВЕРС» для любых промышленных сфер.
Что такое торцевое уплотнение
Главный сегмент торцевого или механического уплотнения состоит из двух колец — подвижного и закрепленного. Первое устанавливается непосредственно к внешнему корпусу. Для обеспечения герметичности между оболочкой и торцевым кольцом помещают полоску пластичного эластомера. Вал насоса при работе этих частей торцевого уплотнения не касается, поэтому их изнашивание исключено. Чтобы жидкости не попадали в просвет между валом и внешним кольцом, на саму ось надето второе. Пары трения (касающаяся сторон друг друга пара заглушек) уплотнения не перегреваются от постоянного взаимодействия благодаря микронной жидкостной пленке, образующейся между этими частями. К самому валу условно мобильное кольцо прижато системой пружин и сильфоном.
Плотность материалов для узлов уплотнения и допустимая нагрузка на агрегат рассчитываются в соответствии с давлением, диаметром вала, типом и плотностью подаваемого состава. Только в этом случае фактически не закрепленное на валу второе кольцо не отходит от него и статичного контрагента. Размер зазоров менее 1 микрона гарантирует изолированность полостей.
Обзор принципа действия торцевого уплотнения
При включении перекачки за счет давления жидкости пары трения прижимаются максимально плотно. В то же время пружина (одна или набор из ряда периферийно-расставленных) или сильфон (гофрированная пластина) прижимает уплотнение и к опоре, и к радиусу подвижного вала. Для уверенного скольжения трущиеся части отполированы до идеальной чистоты, — при наращивании давления и скорости вращения вала это создает своеобразную жидкостную пленку. Она же обеспечивает и охлаждение всего узла. Эта система полностью исключает износ и без того плотных составляющих системы. В противовес сальниковым или манжетным альтернативам торцевое уплотнение практически не изнашивается и не требует обслуживания.
В зависимости от конструкции торцевые уплотнения подразделяют:
Последние заранее собраны в единый узел и помещены в оболочку или картридж. При замене конструкция такого торцевого уплотнения надевается целиком. В компонентных можно поменять конкретный элемент.
Используемые модели уплотнений отличаются размерами, принципом крепления и материалом основных узлов. Кольца изготавливают из керамики, карбида кремния, графита, — плотных износостойких материалов, хорошо поддающихся полировке и инертных к большинству агрессивных смесей. Сильфоны, создающие давление на недвижимую часть, — из металла или резины, эластомера (бюджетные). Их площадь создает дополнительную герметичность по сравнению с пружинными вариантами. В некоторых случаях этот элемент дополнительно передает крутящий момент вала.
Одинарное торцевое уплотнение вала
Рабочая температура таких торцевых уплотнителей не более 140°С, герметичность средняя. В устройстве всего один захватывающий вал комплекс, поэтому повышенной точности требует и монтаж (недопустимы перекосы, биение вала), но и подбор рабочих жидкостей. Одинарные уплотнители используют для оборудования, перекачивающего физически совместимые с материалом уплотнителя продукты:
Главное требование — отсутствие риска кристаллизации среды после остановки вала. Отсутствие смазки даже на короткий промежуток выведет кольцо уплотнения из строя, что приведет к разгерметизации всего узла.
Двойное торцевое уплотнение
Двойное уплотнение состоит из пары одинаковых элементов. Между ними создается жидкостная камера, обеспечивающая промывку и охлаждение вала. Она же создает дополнительное препятствие для стремящихся смешаться жидкостей. Затворным составом камеры торцевого уплотнения может являться:
Простейший и самый недорогой вариант — вода.
Двойные торцевые уплотнения получили внутреннее название в зависимости от положения прижимающихся сегментов относительно друг друга:
Срок службы двойных уплотнений при правильной эксплуатации и установке — 5-6 лет.
Как выбрать тип уплотнения вала насоса
С ориентиром на характеристики перекачиваемой среды и возможность обеспечить соответствующие условия эксплуатации используют три поколения уплотнений валов для насосов:
Отнести торцевые механические уплотнения к третьему, последнему на текущий момент поколению позволила максимальная долговечность защиты на фоне минимального объема утечки. В зависимости от условий допустимым считается показатель 0,01 до 30 мл/час. Если этот процент вырастает, можно говорить о неисправности механизма уплотнения или нарушении условий эксплуатации — появлении загрязнений или шероховатостей на поверхности трущихся деталей, неправильном подборе оборудования для конкретных температур, вязкости и давления. Причиной может стать и неправильная установка торцевого уплотнения.