Торцеві ущільнення в насосах - теорія роботи, типи, конструкції, технології.
Торцеве ущільнення - це пристрій, який утворює обертається ущільнення між рухомою і нерухомою частинами. Воно було розроблено для усунення недоліків сальникової набивки. Витік може бути знижена до рівня дотримання екологічних стандартів державних регулюючих органів і витрати на технічне обслуговування і ремонт також можуть бути знижені.
Переваги торцевого ущільнення в порівнянні зі звичайною сальниковой набиванням:
- Відсутність або обмежена витік рідини.
- Зменшення тертя і втрати потужності насоса.
- Зменшення зносу вала і втулки.
- Скорочення витрат на обслуговування.
- Можливість використання при більш високому тиску і більш агресивних середовищах.
- Широке різноманітність конструкцій дозволяє використовувати торцеві ущільнення майже у всіх насосах.
Малюнок 1. Одинарное торцеве ущільнення
Основи торцевого ущільнення
Всі торцеві ущільнення складаються з трьох основних базових наборів частин як показано на малюнку 1.
- Набір первинного герметизирующего ущільнення: один обертається і один стаціонарний, представлений на малюнку 1 як кільце ущільнювача і запресована деталь (прокладка).
- Набір вторинного ущільнення, відомий як сальникова набивка вала і запресовані деталі (прокладки) таких як ущільнювальні кільця, клини і V-подібні кільця.
- Герметизуючі торцеві ущільнення включаючи кільця ущільнювачів сальника, манжети, компресійні кільця, шпильки, пружини і гофровані трубки.
Як працює торцеве ущільнення.
Первинне герметизуюче ущільнення досягається за допомогою двох дуже плоских полірованих поверхонь, які створюють складний шлях, перпендикулярний шляху витоку (перешкоджають витоку). Тертьових контакт між цими двома плоскими поверхнями зводить витік до мінімуму. Як і у всіх ущільненнях, одна поверхня встановлена нерухомо в корпусі, а інша зафіксована і обертається разом з валом. Одна з поверхонь, як правило, виконана із зносостійкого матеріалу, таких як вугільний графіт. Інша, як правило, з відносно стійкого матеріалу твердого матеріалу як карбід кремнію. Різнорідні матеріали, як правило, використовують для стаціонарних прокладок і обертових кільцевих ущільнювачів, щоб запобігти прилипання цих двох поверхонь. М'яка сторона зазвичай має менше зв'язані поверхні і зазвичай називається стирається кромка.
Існують чотири основних точки ущільнення в торці торцевого ущільнення (малюнок 2). Первинне ущільнення - це торцева поверхня ущільнення, точка А. Шлях витоку в точку В блокується або кільцями ущільнювачів, V-подібним кільцем, або клином. Шляхи витоків в точки С і Д блокуються прокладками або кільцями ущільнювачів.
Поверхні в типових торцевих ущільненнях змащуються граничним шаром газу або рідини. При розробці ущільнень з бажаними параметрами протікання, ресурсом ущільнення, енергоспоживанням, проектувальник повинен врахувати, як поверхні будуть змазуватися і принцип їх змазування.
Для вибору найкращої конструкції ущільнення необхідно мати якомога більше інформації про робочих умовах і перекачується середовищі. Повна інформація про продукт і навколишньому середовищу дозволяє вибрати найкраще ущільнення для даного застосування.
Малюнок 2. Точки ущільнення торцевого ущільнення
Типи торцевих ущільнень
Торцеві ущільнення можна розділити на кілька типів і конструкцій:
Включення вторинного ущільнення, які переміщуються аксіально уздовж вала або втулки необхідно для підтримки контакту поверхонь ущільнювачів. Ця функція компенсує знос по передній поверхні ущільнення і биття через зсув. Перевагою штовхача є його відносна дешевизна і комерційна доступність в широкому діапазоні розмірів і конфігурацій. Його недоліком є те, що він може викликати зміщення вторинного ущільнення і корозійне стирання вала або втулки.
Ущільнення без сталкивателя або сильфон не повинні рухатися по валу або втулці для підтримки контакту поверхонь торцевого ущільнення. Основними перевагами є здатність працювати при високих і низьких температурах, і відсутність необхідності у вторинному ущільненні (немає схильності зміщення вторинного ущільнення). Недоліком цього типу ущільнення є те, що поперечні перерізи сильфона повинні бути модернізовані для використання в агресивних середовищах.
Вони недорогі, витоку малі, а також вони більш стабільні під впливом вібрації, відхиленні від співвісності і кавітації. Недоліком є їх відносно низние межа тиску. Якщо рівнодіюча сила, що діє на поверхні ущільнювачів, перевищує межу тиску, то мастильна плівка між поверхнями видавлюється і ущільнення буде працювати по сухому ходу.
Балансування торцевого ущільнення включає в себе просте зміна конструкції, яке знижує гідравлічні сили, які намагаються закрити торцеве ущільнення. Збалансовані ущільнення мають більш високу межу тиску, низьке навантаження на поверхні ущільнювачів і виділяють менше тепла. Це робить їх найбільш придатними при перекачуванні рідин з низькою змазує здатністю і високим тиском насичених парів, таких як легені вуглеводні.
Прикладом таких ущільнень є ті, які вимагають встановлення та вирівнювання ущільнення (одинарне, подвійне, тандем) на валу або втулці насоса. Хоча установка торцевого ущільнення відносно проста, на сьогоднішній день робиться акцент на зниженні вартості технічного обслуговування і тим самим призводить до переваги картридж ущільнень.
Прикладом таких ущільнень є ті, які мають торцеве ущільнення попередньо встановлене на втулці включаючи кришку сальника щільно прилягає до валу або втулці вала (доступні одинарні, подвійні, тандем). Основна вигода, звичайно, полягає у відсутності необхідності приєднувальних розмірів для їх установки. Картріджевие ущільнення знижують експлуатаційні витрати і зменшують можливі помилки при установки ущільнення.
Конструкції торцевих ущільнень
Це найбільш поширений тип торцевого ущільнення. Ці ущільнення легко змінені для забезпечення буферної системи промивки ущільнень і можуть бути збалансовані, щоб витримувати високі тиску середовища. Рекомендується застосовувати для неагресивних і агресивних рідин з задовільними змащувальні властивості, коли вартість не перевищує вартості подвійного торцевого ущільнення.
Якщо дуже агресивна рідина має хороші змащувальні властивості, зовнішнє ущільнення є економічною альтернативою дорогим металів, необхідним для забезпечення корозійної стійкості у внутрішніх ущільненнях. Недоліком є незахищеність від впливу ударів і гідравлічних тисків, тому ущільнення мають низькі межі тиску (збалансовані і незбалансовані).
Подвійне (подвійне під тиском)
Така конструкція рекомендується для рідин, які не сумісні з одинарним ущільненням (тобто рідини, які є токсичними, небезпечними (з охорони навколишнього середовища), що містять абразив або їдкі речовини, що вимагають дорогих металів). Переваги подвійних ущільнень в тому, що вони мають в п'ять разів більший термін служби, ніж одинарні при важкі умови роботи. Крім того, метал внутрішньої частини ущільнення ніколи не схильний до дії перекачуються рідин, в'язкі, абразивні і термореактивні рідини легко герметизуються без необхідності великих затрат. Крім того, останні випробування показали, що термін служби подвійного торцевого ущільнення практично не змінюється при зміні технологічних параметрів роботи насоса. Це є суттєвою перевагою на користь подвійного торцевого ущільнення.
Остаточне рішення при виборі між подвійним або одинарним ущільненням визначається вартістю ущільнення, вартістю експлуатації, а також нормами промислових викидів в навколишнє середовище при протікання торцевого ущільнення.
Подвійний газовий бар'єр (під подвійним тиском)
Дуже схожий на картриджного подвійне ущільнення. Ущільнення інертним газон, наприклад азот, використовується в якості мастильного матеріалу поверхні і охолоджуючої рідини замість системи охолоджуючої рідини, або промивання струменем рідини, як у звичайних або картриджних подвійних ущільнень. Ця концепція була розроблена так як багато бар'єрні рідини зазвичай використовуються в подвійних торцевих ущільненнях і, вже не можуть використовуватися згідно з новими нормами складу викидів. Як газового бар'єру, в ущільненнях використовують азот або повітря в якості нешкідливого і недорогого, який допомагає запобігти викиду продуктів в атмосферу і повністю відповідає нормам викидів. Ущільнення з подвійним газовим бар'єром необхідно використовувати, при перекачуванні токсичних або небезпечних рідин, які регламентовані або в ситуаціях, коли потрібна підвищена надійність.
Тандем (подвійне без тиску)
Відповідно до норм охорони здоров'я, безпеки та охорони навколишнього середовища, ущільнення "Тандем" використовуються для перекачування таких продуктів як вінілхлорид, окис вуглецю, легкі вуглеводні, а також широкий спектр інших летких, токсичних, канцерогенних або небезпечних рідин.
Ущільнення "Тандем" запобігають обмерзанню легких вуглеводнів і інших рідин, температура яких може опускатися нижче атмосферної точки замерзання води в повітрі (32F або 0С). (Типові рідини, що володіє буферними властивостями - етиленгліколь, метанол і пропанол). Ущільнення "Тандем" також збільшує надійність. Якщо звичайне ущільнення виходить з ладу, зовнішнє ущільнення може взяти на себе функцію технічного обслуговування.
Вибір торцевого ущільнення
Правильний вибір торцевого ущільнення може бути зроблений тільки, коли є повна інформація про умови експлуатації.
- рідина
- тиск
- температура
- характеристики рідини
- Надійність і норми викиду
В першу чергу повинна бути визначена робоча рідина. Металеві деталі повинні бути корозійно-стійкі, як правило, це сталь, бронза, нержавіюча сталь або Hastelloy. Поверхні, що сполучаються також повинні протистояти корозії і зносу. Наприклад вуглець, кераміка, карбід кремнію або карбід вольфраму. Стаціонарні елементи ущільнення Buna, EPR, Viton and Teflon є найбільш часто використовуваними.
Власне тип ущільнення, збалансоване або незбалансоване, ґрунтується на тиску ущільнення і його розмірах.
Зокрема, визначає використання деталей ущільнення. Матеріали повинні бути обрані відповідно до температури рідини.
4. Характеристики рідини
Абразивні рідини викликають надмірний знос і скорочують термін служби ущільнення. Подвійні ущільнення або система промивної рідини від зовнішнього джерела дозволяють використовувати торцеві ущільнення на цих важких рідинах. При перекачуванні легких вуглеводнів збалансовані ущільнення часто використовуються з метою збільшення терміну служби ущільнення, хоча тиск і низька.
5. Надійність і норми викиду
Обраний тип ущільнення і його конструкція повинні відповідати бажаної надійності і стандартам викиду. Подвійне ущільнення і ущільнення з подвійним газовим бар'єром є кращими.