Торцовые уплотнения валов центробежных насосов

Торцовые уплотнения де-факто стали основным вариантом уплотнения вала центробежных насосов, выпускаемых в настоящее время. Главным элементом торцового уплотнения является пара трения, состоящая из неподвижного и вращающегося колец, которые соприкасаются по плоским торцам. Соприкасающиеся плоские торцы уплотнения имеют очень точную обработку, позволяющую достичь отклонения от плоскости не более 1 мкм. Это обеспечивает минимальный технически возможный зазор между кольцами пары трения и, соответственно, минимальную утечку через контактирующие кольца. Для сохранения геометрии колец в процессе работы, кольца изготавливают из твёрдых и сверхтвёрдых материалов. При работе уплотнения на пару трения действует уплотняемое давление, которое прижимает вращающееся кольцо к неподвижному, тем самым вызывая нагрев пары трения. Для снятия тепла, выделяющегося при работе уплотнения, необходима циркуляция жидкости вокруг пары трения.

Видео:Самое простое обьяснение.Механический сальник 2.0 Как работает механическое торцевое уплотнение.Скачать

ТОРЦЕВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Одинарное торцовое уплотнение имеет одну пару трения и применяется для жидкостей, не являющихся химически агрессивными, токсичными, взрывоопасными. Для уплотнения вышеперечисленных жидкостей применяются торцовые уплотнения, содержащие две пары трения. Возникает вопрос, как обеспечить снятие тепла с пары трения, описанное ранее? Ведь перекачиваемая жидкость не может быть использована для этого. Поэтому двойное торцовое уплотнение всегда оснащается системой обеспечения, которая должна создать условия циркуляции так называемой затворной жидкости вокруг двух пар трения. Обычно затворную жидкость выбирают исходя из того, что она должна быть химически инертной по отношению к перекачиваемой жидкости и материалам уплотнения, а главное – её утечка в окружающую среду не должна быть опасна для обслуживающего персонала.

Затворная жидкость хранится в бачке, который совмещает также функции теплообменника, охлаждая затворную жидкость проточной водой, и функции контроля за состоянием торцового уплотнения.

Затворная жидкость между парами трения может иметь давление меньшее, чем уплотняемая жидкость, либо, наоборот, большее (на 0,1..0,2 МПа). Первый вариант, называемый Plan 52по API 682,используют, когда не допускается попадание затворной жидкости в уплотняемую жидкость. Второй вариант – Plan 53поAPI 682 применяют, если категорически не допускается выход уплотняемой среды за пределы корпуса насоса, а также для жидкостей с высоким давлением насыщенного пара (около кипящих) или жидкостей с повышенным содержанием абразивных частиц.Давление в контуре затворной жидкости обычно создают с помощью закачивания азота в пространство бачка над свободной поверхностью затворной жидкости. Циркуляция затворной жидкости чаще всего осуществляется за счет импеллера — вращающейся втулки с винтовой нарезкой, расположенной между парами трения уплотнения.

При работе уплотнения происходит хоть и небольшая (ориентировочно не более 30..200 мл/час в зависимости от размеров и условий работы уплотнения), но всё же утечка жидкости. Поэтому уровень затворной жидкости в бачке постепенно изменяется. Если же происходит разрушение одной или обеих пар трения уплотнения, то уровень жидкости в бачке изменяется стремительно.

Это свойство системы обеспечения используется для диагностики работы торцового уплотнения насоса в условиях его эксплуатации. При оснащении системы уплотнения датчиками уровня, давления и температуры, такая диагностика, а также аварийный останов насоса, выполняются дистанционно средствами АСУТП.

Видео:Монтаж торцевого уплотнения на насосСкачать

БАЧОК ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ НАСОСА: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Условимся считать пару трения, которая разделяет уплотняемую жидкость и затворную жидкость – первой, а пару трения, которая разделяет затворную жидкость и окружающую среду – второй.

В случае системы Plan52 при нормальной эксплуатации происходит утечка уплотняемой жидкости в контур системы обеспечения, а утечка затворной жидкости с небольшой примесью уплотняемой жидкости – в окружающую среду. При разрушении первой пары трения уровень жидкости в бачке будет быстро повышаться за счет уплотняемой жидкости. При разрушении второй или обеих пар трения уровень жидкости в бачке будет быстро снижаться за счет выхода жидкости в окружающую среду. Превышение или снижение уровня затворной жидкости фиксируется с помощью реле уровня, установленных на бачке системы обеспечения. Полученный от реле уровня сигнал используется для сигнализации и аварийного отключения насоса.

В случае системы Plan53 при нормальной эксплуатации затворная жидкость находится под давлением, которое измеряется манометром (для АСУТП параллельно с манометром устанавливается реле давления или преобразователь давления). Утечка затворной жидкости происходит и в окружающую среду, и в уплотняемую жидкость. В случае разрушения любой из пар трения, или обеих сразу, затворная жидкость под давлением газа в бачке выходит в уплотняемую жидкость и/или в окружающую среду. Этот процесс сопровождается падением давления в бачке и падением уровня затворной жидкости в бачке. Оба явления фиксируются с помощью реле давления и реле уровня, установленных на бачке системы обеспечения.Полученные от реле сигналы используются для сигнализации и аварийного отключения насоса.

Читайте также: Работа валов в кпп

Видео:Как работает торцевое уплотнение? / Центробежный насосСкачать

Уплотнения в центробежных насосах

Увеличение объемного КПД центробежных насосов достигается применением уплотнений. Принцип их дей­ствия основан на создании повышенного гидравлическо­го сопротивления в направлениях возможных перетоков и утечек. По этому признаку уплотнения центробежных насосов разделяются на бесконтактные и контактные.

В бесконтактных уплотнениях гидравлическое сопро­тивление создается благодаря применению многократно чередующихся последовательно расположенных щелей и расширительных камер; при этом контакт между поверх­ностями подвижных и неподвижных деталей не образу­ется. Двигаясь через зазоры, нефть (нефтепродукт) не­однократно меняет направление, теряет скорость в мес­тах расширений, т.е. имеют место существенные потери давления как по длине, так и в местных сопротивлени­ях. Соответственно, расход перекачиваемой жидкости через уплотнение невысок.

Уплотнения бесконтактного типа называются лаби­ринтными. В центробежных насосах лабиринтные уплот­нения устанавливаются между его нагнетательной и вса­сывающей камерами, между соседними ступенями в мно­гоступенчатом насосе, в разгрузочном устройстве.

Для предотвращения чрезмерных утечек в первом случае устанавливают уплотнительные кольца с зазора­ми одного из четырех видов (рисунок ниже): плоские, с поворотом на 90º, в виде однорядного лаби­ринта и в виде двурядного лабиринта. В холодном состоянии осевой зазор должен быть равен 1,2-5 мм, радиальный — 0,3-1 мм.

Видео:Торцевые уплотнения для насосов. www.avtokomtg.com. Аналоги торцевых уплотнений.Скачать

Уплотнительные устройства рабочих колес

а — плоские; б — с поворотом на 90°; в — в виде однорядного лабиринта; г — в виде двурядного лабиринта

Бесконтактные уплотнения, предназначенные для разгрузки концевых контактных уплотнений, могут быть пяти типов (рисунок ниже): однощелевые с длинной дроссели­рующей поверхностью постоянного размера, со ступенчатой поверхностью, с канавками на уплотняемой поверхности или винтовой нарезкой, лабиринтные двухщелевые и ла­биринтные трехщелевые.

Видео:Вебинар KSB - Уплотнения в центробежных насосахСкачать

Уплотнительные устройства концевых уплотнений

а — однощелевые с длинной дросселирующей поверхностью по-стоянного размера; б — со ступенчатой поверхностью; в — с канавками на уплотняемой поверхности или винтовой нарезкой; г — лабиринтные двухщелевые; д — лабиринтные трехщелевые

В контактных уплотнениях гидравлическое сопротивление в направлении утечки создается путем непрерывного прижатия к герметизируемым поверхностям специальных деталей. Прижатие обеспечивается благодаря либо упругости материла дополнительных деталей (набивка, кольца), либо упругости пружин (пружинные кольца, аксиальные и плавающие уплотнения), либо воздействию уплотняемой рабочей среды (манжеты, разжимные кольца), либо гидравлическому давлению (гидравлический затвор).

В магистральных центробежных насосах используются контактные уплотнения, называемые торцовыми. Они служат для предотвращения утечки перекачиваемой жидкости из корпуса насоса вдоль вала в окружающую среду и устанавливаются в месте его выхода из корпуса. Торцовое уплотнение образуется двумя плоскими герметизирующими поверхностями, расположенными под прямым углом к оси вращения (рисунок ниже).

Видео:Торцевое Уплотнение Насоса НЦС 12-10Скачать

Принципиальная схема торцового уплотнения

1 — вал; 2 — пружина; 3 — подвижное контактное кольцо; 4 — опорное (неподвижное) контактное кольцо

При этом одна из них (входящая в состав аксиально­неподвижного блока) неподвижно закреплена на валу и вращается вместе с ним, а вторая (входящая в состав аксиально-подвижного блока) может перемещаться вдоль вала и прижиматься к первой, как правило, винтовыми цилиндрическими пружинами. Две эти поверхности коль­цевой формы образуют так называемую пару трения.

Материалы пар трения должны быть коррозионно- стойкими к уплотняемой среде, термостойкими в рабо­чем диапазоне температур, обладать достаточной проч­ностью при рабочих давлениях уплотняемой среды. Кон­тактирующие материалы пары трения должны обладать хорошими антифрикционными свойствами и выдержи­вать кратковременную работу без смазки.

Наиболее благоприятными средами для работы пар трения торцовых уплотнений являются чистые, без ме­ханических примесей нефти, обладающие (в сравнении с водой) повышенной вязкостью и хорошей смазывающей способностью. В таких средах хорошо работают пары трения, одно кольцо которых (обычно вращающееся) из­готовлено из стали, а второе — из бронзы или углеграфи­товых материалов.

При перекачке маловязких жидкостей без механиче­ских примесей и с низкой температурой кипения (таких, как бензин, керосин, дизельное топливо) пара трения сталь по бронзе работает неудовлетворительно из-за пло­хой смазывающей способности жидкости и ее быстрого испарения из области контакта (из-за чего режим трения близок к сухому). В этих условиях хорошо зарекомендо­вали себя пары трения, в которых одно кольцо изготов­лено из стали, чугуна или керамики, а другое — из угле­графитовых материалов.

Нефть и нефтепродукты, перекачиваемые по трубо­проводам, содержат различные механические примеси. Поэтому пары трения торцовых уплотнений помимо хо­роших антифрикционных свойств должны обладать вы­сокой абразивной износостойкостью. В идеале их твер­дость должна быть больше твердости частиц мехприме- сей. Тогда при попадании загрязнений на контакт пары трения механическая частица будет перемалываться и уноситься жидкостью, а герметичность уплотнения не пострадает. Высокой твердостью обладает минералоке- рамика, изготавливаемая из силикатных и алюмосиликатных материалов с большим содержанием окислов кремния, алюминия, магния, циркония, а также метал­локерамика на основе карбидов вольфрама и титана. Пер­спективным материалом для изготовления пар трения торцовых уплотнений является силицированный графит, получаемый пропиткой графита жидким кремнием.

Читайте также: В чем разница между валами осями

Наряду с применением в торцовых уплотнениях ма­териалов с повышенной абразивной стойкостью при пе­рекачке нефтей и нефтепродуктов, содержащих механи­ческие примеси, применяют средства предотвращения их попадания в пары трения: фильтры, сальниковые уплот­нения, импеллеры и т.д.

Видео:Двойное торцовое уплотнение насоса (конструкция) Х 80-50-200 - 1Скачать

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.

Видео:Сальниковое уплотнениеСкачать

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.

Читайте также: Гайка вала кпп ваз 2108

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.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/tortsovye-uplotneniya-valov-tsentrobezhnyh-nasosov

  💡 Видео

  Торцевое уплотнениеСкачать

  

  Как работает центробежный насос? Основные типы конструкций центробежных насосовСкачать

  

  Смазка торцевого уплотненияСкачать

  

  Какие факторы следует учитывать при выборе двойных торцевых уплотнений и уплотнений типа тандемСкачать

  

  Меняем торцевое уплотнение на насосе Grundfos TP65-260/2Скачать

  

  ВЫЯВЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И РЕМОНТ ЦНС. ППД.Скачать

  

  Центробежный насос устройство конструкцияСкачать

  

  Сухой ход торцевого уплотнения / Dry runningСкачать

  

  Торцевое уплотнение для насосов, обзор уплотнений для ОНЦСкачать

  

  Замена сальниковых уплотнений на насосахСкачать

  

  Как устроен и работает механический сальник. Механическое уплотнение и почему протекает сальник.Скачать

  

  Какие функции выполняет бачок торцовых уплотненийСкачать