Торцевые (механические) уплотнения для насосов
В данной статье речь пойдет о используемых в современных насосах торцевых уплотнениях. Еще со времен советского союза, принято классифицировать данный вид уплотнения, как торцевые. На западе же более употребим вариант “Механические уплотнения”.
Устройство торцевых уплотнений
Для того чтобы лучше разобраться в принципе работы торцевых уплотнений смотрите Рисунок 1. На нем показано устройство насоса.
Красным цветом выделено неподвижное кольцо (5), прикрепленное к задней стенке корпуса насоса (7). Чтобы избежать утечек между неподвижным кольцом и корпусом насоса, используется стандартное уплотнительное кольцо круглого сечения (6). На этот уплотнительный элемент не оказывается никакой нагрузки и трения. Рабочий вал вращается внутри, но не задевает уплотнительный элемент. В подвижных механизмах используются сальниковые и манжетные уплотнительные элементы. Сама же идея торцевого уплотнения исключает трение между валом и уплотнением.
Вал не задевает неподвижное кольцо, и между ними могла проходить жидкость, но есть второе вращаемое кольцо (4), которое вплотную к неподвижному кольцу, насажено на вал. Подвижное и неподвижное кольцо, а точнее их поверхности называются “ парой трения”. Это единственный трущийся элемент конструкции. Между этими кольцами образуется тончайшая пленка жидкости. Она служит для смазки поверхностей пары трения и препятствует их перегреву.
Чтобы кольца не сближались друг к другу из-за осевого смещения вала, используются пружины (10) или сильфон.
Рисунок 1. Устройство много пружинного без сильфонного торцевого уплотнения.
Чтобы заставить подвижное кольцо вращаться вместе с валом требуется передать ему крутящий момент вала. Эту функцию может выполнить центральная пружина или металлический сильфон. В нашем уплотнении использованы маленькие периферийные пружины (10), которые не могут передать крутящий момент вала. Такую роль выполняет штифт (3), который соединяет корпус уплотнения (7) и вращаемое кольцо (4).
Чтобы жидкость не проникала между валом и подвижным кольцом, используют дополнительный уплотнительный элемент - уплотнительное кольцо круглого сечения (2). В такой конструкции из-за осевых биений вала в месте соединения эластомерного кольца с валом постоянно происходят микро смещения, которые со временем приводят к износу вала и уплотнительного элемента. Этого недостатка лишены уплотнения с сильфонами. Эластомерные сильфоны сами по себе выступают таким уплотняющим элементом, они плотно "обхватывают" и вал и подвижное кольцо. Устройство такого уплотнения можно увидеть ниже на рисунке №3. При использовании металлических сильфонов уплотнение из эластомера стоит между корпусом уплотнения и валом. Сильфон в отличие от пружины является герметичным, он с одной стороны плотно прилегает к корпусу уплотнения, с другой к подвижному кольцу. В уплотнениях с металлическим сильфоном также исчезает потребность в дополнительном уплотнении между валом и вращающимся кольцом, что позволяет избежать износа вала.
Рисунок 3. Показано устройство торцевого уплотнения с эластомерным сильфоном и центральной пружиной. Здесь сам по себе сильфон (резиновый компенсатор) выполняет функцию передачи крутящего момента и вторичного динамического уплотнения.
Материалы торцевых (механических) уплотнений
Правильной комбинацией материалов различных элементов уплотнения достигаются хорошие показатели работы уплотнения с конкретной перекачиваемой средой. Следует отдельно говорить о материалах, из которых изготавливаются различные элементы уплотнения:
- Пара трения (неподвижное и вращающееся кольцо)
- Уплотнительные кольца или сильфоны из эластомеров
Материалы эластомерных уплотнений должны обеспечивать герметичность, должны быть устойчивы к температуре перекачиваемой жидкости, ее вязкости и агрессивности.
Нитрил известен как бутадиен-нитрильный каучук или Buna N и является одним из самых широко применяемых эластомеров в производстве уплотнений, благодаря относительно низкой ценой и присущему ему качеству устойчивости к нефтяному топливу и нефтяным смазкам. Бутадиен-нитрильный каучук представляет собой синтетический полимер, продукт радикальной сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом. В зависимости от состава акрилонитрила, бутадиен нитрильного каучука классифицируют.
Этилен-пропиленовый каучук представляет собой сополимер этилена и пропилена, а также это терполимер этилена и пропилена с небольшим количеством третьего мономера (обычно с диолефином), который позволяет вулканизировать серой. Этилен-пропиленовый каучук обладает отличной устойчивостью к озону, солнечному свету и погодным условиям. Кроме того, он очень стойкий при низких температурах и в контакте с химическими веществами (с разбавленными кислотами, щелочами и полярными растворителями) и имеет хорошее свойство электрической изоляции.
FPM - международное название этого материала, а FKM - американское название. В нашем каталоге производителя используется обозначение FKM75, где 75 обозначает твердость по Шору А. FKM обладает большим спектром рабочей температуры по сравнению с предыдущими каучуками и имеет более высокую химическую стойкость. Он способен работать при температуре от -26 до +232 градусов (при использовании для масел; для воды до +90 градусов). С добавлением специальных примесей, морозостойкий фторкаучук может выдержать температуры до -40 градусов. Он обладает отличной стойкостью к высокой температуре, озону, различным погодным условиям, кислороду, минеральным маслам, топливам, гидравлическим жидкостям, ароматическим и другим многим органическим растворителям и химическим веществам. Viton плохо переносит аммиак, низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная, уксусная), а также полярные растворители (ацетон). Стойкость к абразивным частицам умеренная.
Этот эластомер обладает наиболее высокой химической устойчивостью среди всех эластомеров, сравнимой с тефлоном. Он может использоваться при температуре жидкости до +230 градусов, как для воды, так и для масел. FFKM - самый дорогой эластомер, используемый в уплотнениях, поэтому обычно вместо него используют FKM/FPM. Стойкость к абразивным частицам умеренная.
© «Овукс Базар», при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.