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.
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 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.
Источник статьи: http://www.nektonnasos.ru/article/ustrojstvo/torcevor-uplotnenie/
Эксплуатация уплотнений центробежных насосов
Щелевые уплотнения устанавливаются внутри насоса, и, поэтому об их работе можно судить только до внешним признакам.
При нормальной работе центробежного насоса величина утечек находится в пределах 1,5-5%. Увеличение утечек сверх этих значений свидетельствует об износе щелевых уплотнений. Однако зафиксировать его удается, как правило, только но ухудшению основных параметров работы насосов. В частности, для этого служат периодические испытания насосных агрегатов в условиях эксплуатации.
Торцовые уплотнения доступны для контроля, который выполняется, в основном, по двум параметрам: по величине утечек и по температуре торцового уплотнения.
Величина утечек, отводимых от торцовых уплотнений, не должна превышать 0,3 л/ч. Допускается кратковременное (в течение 24 ч работы насоса ) увеличение утечек до 0,7 л/ч.
Для контроля за температурным режимом их работы через определенный интервал времени замеряются температура на каждом торцовом уплотнении насоса и температура нефти на входе в камеру торцовых уплотнений. Замеренные температуры сравниваются прежде всего с предельно допустимым значением. Если замеренная величина температуры достигла предельно допустимого значения, то производится отключение насоса.
Сведения об основных неисправностях, встречающихся при работе торцовых уплотнений, и способах их устранения приведены в таблице ниже.
Повышенная утечка перекачиваемой насосом жидкости
1. Нарушен контакт колец пары трения из-за чрезмерного их износа вследствие:
а) работы уплотнения всухую;
б) попадания в перекачиваемую насосом жидкость взвешенных частиц величиной и числом больше допустимого;
2. Перекос аксиально-подвижной обоймы вследствие:
а) сильного набухания уплотнительного кольца;
б) повышенного биения вала насоса.
3. Износ резиновых уплотнительных колец или снижение их эластичности.
Проверить правильность монтажа торцевого уплотнения. Проверить систему циркуляции.
Установить фильтр. Притереть рабочие поверхности колец пары трения или заменить их новыми.
Заменить уплотнительное кольцо.
Заменить уплотнительные кольца новыми.
Уплотнение сильно греется
1. Выход из строя системы циркуляции жидкости через камеру уплотнения.
Обеспечить циркуляцию жидкости через камеру уплотнения.
Отрегулировать поджатие пружин.
Мгновенный пропуск перекачиваемой насосом жидкости
«Закусывание» уплотнительного кольца вследствие гидравлического удара
Источник статьи: http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/khranenie-i-transportirovka-nefteproduktov/ekspluatatsiya-uplotneniy-tsentrobezhnykh-nasosov/