Торцевые уплотнения

Торцевое уплотнение является одним из наиболее распространенных видов уплотнительных элементов, применяемых в технике. Данный тип уплотнений широко используется в компрессорах, насосах, технологическом оборудовании химических производств. В отдельных отраслях, к примеру, в той же химической промышленности, торцевые уплотнения играют очень важную, ведущую роль.

Рис.1 Торцевое уплотнение

Рис.1 Торцевое уплотнение

Особенностью, присущей конструкции торцевого уплотнения, является то, что герметичности удается достичь путем плотного прижатия по торцевым плоскостям двух деталей, одна из которых неподвижна, а вторая – вращается. Пара трения, которая исполняет роль главного уплотнительного элемента, исполняется с высоким качеством обработки поверхностей трения и из специальных материалов. Все это призвано обеспечить уплотнению максимальный уровень герметичности. В основном данный тип уплотнений используется для того, чтобы герметизировать быстровращающиеся валы машин, таких как валы компрессоров, насосов, а также разнообразных химических аппаратов (мешалок, реакторов и так далее). Это объясняется тем, что остальные виды уплотнений не являются столь эффективными, и не в состоянии обеспечить высокую герметичность, которая является крайне важной при герметизации ядовитых или герметичных сред.

Справка:

Исторически для того, чтобы герметизировать узлы типа корпус-вал использовались сальники (рисунок 2).

Рис.2. Конструкция сальникового узла.

Рис.2. Конструкция сальникового узла.

Однако, к сожалению, несмотря на простоту сальникового узла, ему присущ ряд недостатков:

  • В зависимости от конструкции – износ рубашки вала или вала;
  • Снижение срока службы набивки при эксплуатации в условиях агрессивных сред;
  • Необходимость частой подтяжки сальникового узла и замены сальниковой набивки;
  • Высокое трение. При постоянной высокой скорости вращения вала вследствие повышенного трения сальниковый узел разогревается, а это, в свою очередь, приводит к тому, что трение еще больше увеличивается. Нагрев можно несколько уменьшить путем охлаждения сальникового узла, или же при помощи специальной системы охлаждения, установка которой приводит к весьма существенному удорожанию узла. Также можно прибегнуть к помощи герметизируемой среды, однако это может привести к протечкам, что является совершенно недопустимым в случае ядовитых или агрессивных сред.

Конструкция торцевого уплотнения

На рисунке 3 вы можете ознакомиться с простейшей конструкцией торцевого уплотнения.

Рис.3 Торцевое уплотнение.

Рис.3 Торцевое уплотнение.

На рисунке можно наглядно увидеть три уплотнительных контура, два из которых являются вспомогательными.

Первый контур – это уплотнение неподвижного кольца торцевого уплотнения. Оно жестко закреплено в корпусе, и исполнено из набивки, или же прокладки круглого либо прямоугольного сечения.

Второй контур – это уплотнение подвижного кольца торцевого уплотнения, которое имеет возможность поступательного движения параллельно оси вала, осуществляемого посредством воздействия пружины. Это необходимо для того, чтобы создать необходимое для герметизации давление на неподвижное кольцо. Данное уплотнение также исполняется из манжет, уплотнительных колец или набивки, ввиду того, что в паре вал — подвижное уплотнительное кольцо имеют место лишь незначительные осевые смещения.

Третий контур – это собственно торцевое уплотнение, в котором герметичность обеспечивается благодаря плотному контакту торцевых поверхностей неподвижного и подвижного колец. В данном соединении высокого уровня герметичности можно достичь только при высоком качестве обработки прилегающих друг к другу поверхностей. Неровности 1мкм в состоянии нарушить нормальную работу торцевого уплотнения. Поверхности, подвергающиеся трению, шлифуются и притираются, и имеют очень высокую чистоту обработки. Эти поверхности могут быть конусными, сферическими либо плоскими. Чаще всего применяются плоские поверхности. Это связано с тем, что в таком случае существенно проще получить хорошую чистоту поверхности трения. Ширина, которую имеет кольцевая поверхность трения, не должна превышать 6-8 миллиметров. Кроме того, как правило, одна из поверхностей исполняется из более стойкого к износу материала.

Для изготовления пар трения используют керамику и полимеры, твердые сплавы (карбид вольфрама), углеграфитовые (углеродные) материалы, чугун и различные марки стали. Выбор пары трения зависит от того, в каких условиях она будет эксплуатироваться.

Справка. В представленных ниже таблицах 1-3 вы можете ознакомиться с некоторыми наиболее распространенными материалами, применяемыми для исполнения пар трения.Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 3 (продолжение)

Типы и конструкции торцевых уплотнений

В зависимости от того, какими являются условия эксплуатации, используются различные виды торцевых уплотнений.

1.Одинарное торцевое уплотнение

Одинарное торцевое уплотнение используют в оборудовании, которое эксплуатируется в нетоксичных и химически нейтральных жидкостях, при температуре рабочей среды, не превышающей 200 градусов Цельсия, и при уровне давления не выше 20 Мегапаскалей. Одинарные торцевые уплотнения могут быть внутренними (для сред, которые имеют смазывающие свойства) и внешними (для абразивных сред). Также данный тип уплотнений может дополнительно комплектоваться охлаждающими устройствами с целью повышения эффективности.

2.Двойное торцевое уплотнение (рисунок 4)

Двойное торцевое уплотнение используется на оборудовании, которое предназначено для перекачки сжиженных газов, нефтепродуктов, содержащих абразивные включения сред, а также сред, в которых имеют место токсичные и вредные вещества. Данное уплотнение эксплуатируется при температуре рабочей среды, не превышающей 400 градусов Цельсия, а также при уровне давления не выше 30 Мегапаскалей. Конструктивно данные уплотнения разделяются на:

  • «Лицом-к-лицу» («face-to-face»);
  • «Спина-к-спине» («back-to-back»);
  • Тандем.

Также эти уплотнения могут быть дополнительно укомплектованы:

  • Устройствами для «промывки» узлов, которые устанавливаются с целью минимизации абразивного износа;
  • Устройствами создания «противодавления», которые осуществляют подачу «запирающей» жидкости между контурами уплотнения с целью предотвращения протечек рабочей среды;

Дополнительно устанавливаемые устройства могут быть как внешними, с обвязкой для подключения внешних устройств, так и автономными, например, с импеллером, который обеспечивает циркуляцию жидкости или создание давления.

Рис.4. Двойное торцевое уплотнение back-to-back.

Рис.4. Двойное торцевое уплотнение back-to-back.

3.Уплотнение патронного (картриджного) типа (рисунок 5)

Патронное уплотнение является одним из наиболее популярных типов торцевых уплотнений. Обе части данного вида уплотнения исполняются в виде единого модуля (узла), который изготавливается под стандартные размеры сальниковых камер согласно стандартам ISO, DIN, API и других.

Картриджные уплотнения выпускаются для конкретных типов оборудования и условий эксплуатации. Помимо имеющихся одного или нескольких контуров, данные уплотнения могут включать в свой состав дополнительные устройства создания противодавления, смазки, охлаждения, обогрева, промывные устройства, а также разнообразные датчики и прочее.

В зависимости от того, какой является конструкция уплотнения, и какие для него используются материалы, серийные торцевые уплотнения патронного типа могут эксплуатироваться при температурах вплоть до 650 градусов Цельсия и уровне давления до 80 Мегапаскалей.

Рис. 5. Уплотнение катриджного типа.

Рис. 5. Уплотнение катриджного типа.

4. Торцевое газовое уплотнение (сухое, газодинамическое и другие)

Типичное газодинамическое уплотнение вы можете рассмотреть на рисунке 6.

Рис. 6 Сухое газодинамическое уплотнение

Рис. 6 Сухое газодинамическое уплотнение

Газодинамические уплотнения применяются с середины восьмидесятых годов прошлого века. Принцип действия данного типа уплотнений основан на том, что между кольцами торцевого уплотнения создается тонкая газовая прослойка (зазор около 2-5 мкм). Это происходит благодаря тому, что имеют место специальные U-образные либо V-образные карманы, которые имеют толщину, сопоставимую с толщиной торцевого зазора. Эти карманы располагаются на поверхности скольжения одного из колец, от середины кольца к его внешнему краю, со стороны затворного газа.

При вращении кольца происходит нагнетание затворного газа в промежуток кармана, благодаря чему образовывается зазор. Благодаря этому удается осуществить бесконтактное газовое скольжение, которое обеспечивает минимальные потери на трение и соответственно – минимальный износ уплотнения. В качестве затворного газа используют азот или технический воздух под давлением, на 5-10 процентов большим, чем давление рабочей среды.

Торцевое газовое уплотнение идеально подходит для эксплуатации в условиях низких температур, с низкотемпературными кипящими жидкостями, а также идеально для обеспечения чистоты производственного процесса, так как полностью исключает возможность утечек. Из недостатков данного типа уплотнений можно отметить высокую стоимость и сложность.

5. Магнитожидкостное уплотнение

В магнитожидкостном уплотнении в качестве уплотнительного элемента используется магнитная жидкость, с помощью постоянного магнита удерживаемая в зазоре между корпусом и валом. Магнитожидкостные уплотнения эксплуатируются без обслуживания и при крайне малом натекании.

Ввиду того, что рабочая среда является жидкостью, между стационарными и вращающимися деталями практически отсутствует трение, благодаря чему уплотнение практически не изнашивается. Благодаря этой особенности межремонтные циклы и срок службы у данного типа уплотнений очень длительны, а момент трения очень низкий.

Магнитожидкостные уплотнения отлично работают в сверхвысоком вакууме, при давлении до нескольких атмосфер, очень высоких температурах и десятках тысяч оборотов в минуту. Наиболее типичным применением данного типа уплотнений является уплотнение вводов вращения вакуумного технологического оборудования. Магнитожидкостные уплотнения нашли широкое применение в косметологии, фармацевтике и биотехнологии.

Высокий уровень герметичности и надежность магнитожидкостных уплотнений делает их все более привлекательными и популярными для процессов, в которых важен высокий уровень стерильности. Из недостатков данного типа уплотнений можно отметить невозможность их использования при высоких перепадах давления.

Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже - это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

Оставить комментарий

  

  

Ваше мнение для нас важно!

Не ругаемся, не спамим, не пустословим, стараемся писать грамотно. Не кричим (сообщения заглавными буквами). Проявляем уважение к другим участникам обсуждения, соблюдаем правила. Спасибо!

Я не робот (обязательно)

Copyright © 2009-2014 mingas.ru – Мир природного газа | на сайте Все права защищены

RATING ALL.BY Рейтинг@Mail.ru