Торцевое уплотнение что это такое
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.
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.
Виды уплотнений вала насоса (сальниковая набивка, одинарное торцевое уплотнение и разновидности двойных торцевых уплотнений)
Давайте сначала разберемся, что такое торцевое уплотнение вала и как оно работает? Также остановимся на конструктивных особенностях торцевых уплотнений.
Особенности уплотнения вала гидравлического насоса:
Сальниковая набивка. Когда её выбор оптимален?
Принцип действия торцевого уплотнения
Торцевые уплотнения лишены большинства недостатков сальниковой набивки, но они значительно дороже и требуют более квалифицированного подхода при подборе, установке, эксплуатации и замене. Торцевое уплотнение состоит из двух базовых частей. Одна часть уплотнения неподвижна, а другая часть закреплена на валу насоса и вращается вместе с ним, плотно прилегая к неподвижной части с помощью специальных пружин, т.е. одна поверхность уплотнения скользит по другой. Стоит отметить, что данное описание торцевых уплотнений очень упрощено. В действительности существует большое разнообразие типов торцевых уплотнений, которые могут быть рекомендованы к использованию в зависимости от конструкции самого насоса и технических параметров перекачиваемой жидкости.
Основа конструкции торцевого уплотнения – это соприкасающиеся поверхности подвижной и неподвижной части. Они должны быть абсолютно плоскими и изготавливаются из очень твердых материалов. Например, карбида кремния или карбида вольфрама. Стоит отметить, что большую роль в «долгой жизни» торцевого уплотнения вала играет правильная центровка между валом насоса и электродвигателем (или мотор-редуктором). Если центровка будет не точной, то даже очень качественное уплотнение быстро выйдет из строя. Это особенно критично, если вал насоса вращается с высокой скоростью. Между вращающейся и неподвижной поверхностью торцевого уплотнения находится так называемая «жидкая пленка», если бы части уплотнений соприкасались между собой «на сухую», то они бы очень быстро сгорели в результате сильного трения. Жидкую пленку обеспечивает сам продукт. Теперь мы подходим к основной части статьи – это выбор типа торцевого уплотнения вала в зависимости от перекачиваемой жидкости.
Одинарное торцевое уплотнение вала
Выше был рассмотрен самый простой тип торцевого уплотнения вала (одинарное торцевое уплотнение). При перекачке каких жидкостей он применим и когда его выбор оптимален? В первую очередь, это те жидкости, которые не подвержены кристаллизации. Например, при перекачке жидкости с содержанием сахара. При остановке насоса образуется «стекловидная поверхность», которая препятствует поступлению перекачиваемой жидкости между вращающейся и неподвижной поверхностью уплотнения. В результате «жидкая пленка» не образуется, уплотнение работает «на сухую» и быстро выходит из строя. Одинарное торцевое уплотнение отлично подойдет для насосов, которые перекачивают светлые нефтепродукты (если это разрешено регламентом завода), различные некристаллизующиеся пищевые жидкости, крема, косметику и т.д. Также одинарное торцевое уплотнение можно применять при перекачке битума, мазута, нефти и широкого спектра других жидкостей. Важно, чтобы выполнялось 2 основных условия – это физическая совместимость торцевого уплотнения с перекачиваемой жидкостью (химический состав, температура перекачки и т.д.) и чтобы жидкость не была подвержена кристаллизации. Стоит отметить, что во многих случаях возможность эксплуатации одинарного торцевого уплотнения можно установить только опытным путем. Например, мы заметили такую особенность, при перекачке одного типа зубной пасты на одном и том же заводе одинарное торцевое уплотнение отлично работает без замены более 3 лет, а на другом типе зубной пасты оно не выдерживало и трех месяцев, хотя на первый взгляд консистенция и состав зубных паст были очень похожи. В этом случае было принято решение на одном типе зубной пасты оставить одинарные торцевые уплотнения, а на другом типе поменять их на двойные.
Двойное торцевое уплотнение
Двойное торцевое уплотнение «спина к спине»
Если это уплотнение имеет двойную сбалансированную конструкцию, жидкость между внутренними и наружными поверхностями уплотнения может иметь более высокое (запирающее) или более низкое (буферное) давление, чем давление в камере насоса. Это означает, что в случае потери запирающей/буферной жидкости оба уплотнения останутся закрытыми и будут надежно работать.
При нормальной работе нет риска утечки в атмосферу.
Изменение уровня жидкости в баке «запирающей жидкости» указывает на состояние уплотнения.
Если перекачиваемая жидкость является «опасной», должен быть установлен датчик уровня жидкости.
Если внутреннее уплотнение выйдет из строя первым, «запирающая жидкость» попадет в камеру насоса и, соответственно, в перекачиваемый продукт. Поэтому «запирающую жидкость» стоит выбирать таким образом, чтобы она не была слишком критична для перекачиваемого продукта.
Двойное торцевое уплотнение типа «тандем»
Эта конфигурация когда два набора торцевых уплотнений ориентированы одинаково и установлены последовательно. Эту конфигурацию часто называют «лицом к спине». Она часто используется в двойных уплотнениях.
Двойное торцевое уплотнение «лицом к лицу»
Такая конфигурация уплотнения может использоваться, когда оборудование ограничено в пространстве для размещения «спина к спине» или «тандемных» уплотнений. В этой конфигурации часть уплотнения установлена в камере насоса, а остальная часть установлена снаружи камеры.
Как выбрать тип уплотнения вала насоса?
Одинарное торцевое уплотнение может быть использовано на более высоких давлениях при перекачке широкого спектра некристаллизующихся жидкостей. Оно также имеет не очень высокую цену. «Жидкую пленку» между трущимися поверхностями обеспечивает сам продукт и в некоторых случаях применение такого уплотнения может быть ограничено.
Двойное торцевое уплотнение может быть использовано при перекачке «опасных» или дорогих жидкостей, т.е. там, где утечка недопустима. Типы конфигураций торцевых уплотнений изложены выше. Для выбора конфигурации двойного уплотнения нужна более детальная проработка конкретной задачи.
Что выбрать? Оригинал или копию?
Москва,
проспект Андропова, 22, оф. 1815
Санкт-Петербург,
Новочеркасский пр-т, 58, оф. 511