Торцевое механическое уплотнение – это уплотнение, используемое для вращающегося оборудования и обеспечивающее герметизацию вала, который передает механическую энергию от электрического двигателя к рабочему органу механизма. Например: в компрессорах, насосах, мешалках, химических реакторах и т.д., то есть там, где есть необходимость в разделении двух сред и в обеспечении минимальных утечек.
Изначально специалисты в таких устройствах использовали сальниковые набивки, однако, начиная со 2-ой половины прошлого века, сальниковые набивки стали успешно заменять торцевыми механическими уплотнениями в большей части выпускаемого оборудования из-за ряда причин:
— уменьшение потери мощности насоса и снижение трения;
— значительное снижение затрат на ремонт и техобслуживание;
— уменьшение степени износа вала;
— возможность эксплуатации такого оборудования в условиях высокого давления и агрессивных сред;
— сведение к нулю утечек перекачиваемой жидкости.
Конструкция механического уплотнения
Учитывая назначения и функции, все элементы торцевых механических уплотнений можно разделить на такие группы, как:
— Конструктивные элементы: пружины, корпус;
— Первичные уплотнения: подвижные и неподвижные кольца;
— Вторичные уплотнения: Г-образные уплотнения, О-кольца, сильфоны, клиновидные прокладки и набивки.
Конструктивные элементы.: корпус, подпорные тарелки, пружины. Элементы изготавливают из стали марок 301, 304, 316. Это стандартный материал для нормальных условий.
Первичными уплотнениями является пара трения из подвижного и стационарного колец, выполненных из различных материалов. Как правило, такими материалами являются карбид кремния и карбид вольфрама. Для того, чтобы обеспечить необходимый контакт между кольцами применяют параллельные, конические, волновые пружины и блоки пружин, а также упругие сильфоны. В процессе эксплуатации торцевые поверхности подвергаются действию гидравлических сил. При положительном давлении уплотняемой среды они стремятся сжать пары трения.
Вторичные уплотнения. Бывают подвижные и неподвижные. Они герметизируют все стыки торцевого уплотнения вала и корпуса в уплотнительной камере оборудования. Как правило, подвижное вторичное уплотнение герметизирует стационарное кольцо с валом, а неподвижное вторичное соединение – с корпусом механизма. Подвижное вторичное уплотнение обеспечивает уплотнение между корпусом торцевого уплотнения или валом и подвижным кольцом. Вторичные уплотнения изготавливают из различных видов эластомеров в зависимости от условий эксплуатации.
Материалы пар трения. Выбор материала рабочей поверхности влияет на соотношение распределения передаваемой нагрузки. Кроме того используемый материал должен быть пригодным к работе в условиях кратковременного отсутствия смазывающей пленки с минимальным износом.
— Cer/Car — керамика Al2O3, т.е. корунд в паре с графитом с пропиткой. Данная композиция обеспечивает хорошую коррозионную стойкость, а благодаря самосмазывающим свойствам графита, возможна кратковременная работа «на сухую». Не рекомендуется использование данной комбинации в условиях наличия абразивных включений в рабочей жидкости.
— Car/SiC — графит с пропиткой в комбинации с карбидом кремния обеспечивает быстрый отвод тепла с поверхности контакта и уменьшает риск исчезновения смазывающей плёнки. Применяется в условиях средней нагрузки, длительных простоев и риске запуска «на сухую».
— SiC/SiC — карбид кремния по карбиду кремния – наиболее оптимальная комбинация, обеспечивающая превосходные эксплуатационные характеристики для всех рабочих сред с наличием абразивных включений.
— SiC/TC — карбид кремния по карбиду вольфрама – комбинация, имеющая самые высокие показатели износостойкости. Данное решение является дорогостоящим. Применяется только при больших нагрузках, где требуемый период эксплуатации составляет более 10 000 часов.
Эффективность и работоспособность торцевого уплотнения определяют по степени утечки перекачиваемой жидкости в стыке уплотнительных колец. Герметичность уплотнения определяют по нескольким факторам: величина статического зазора между уплотнительными кольцами, вибрация, режим эксплуатации, правильность монтажа, внешние силы раскрывающие кольца, свойства уплотняемой среды.
