Торцевые уплотнения, принцип работы конструкции

image001

Торцевое уплотнение – это устройство, которое образует вращающееся уплотнение между подвижной и неподвижной частями. Они были разработаны для устранения недостатков сальниковой набивки. Утечка может быть снижена до уровня соблюдения экологических стандартов государственных регулирующих органов и затраты на техническое обслуживание и ремонт также могут быть снижены.

Преимущества торцевого уплотнения по сравнению с обычной сальниковой набивкой:

  1. Отсутствие или ограниченная утечка перекачиваемой жидкости.
  2. Уменьшение трения и потери мощности насоса.
  3. Элимирование вала или втулки износа.
  4. Сокращение расходов на обслуживание.
  5. Возможность использования при более высоких давлениях и более агрессивных средах.
  6. Широкое разнообразие конструкций позволяет использовать торцевые уплотнения почти во всех насосах.

image002
Рисунок 1. Одинарное торцевое уплотнение

Как работает торцевое уплотнение.

Первичное герметизирующее уплотнение достигается с помощью двух очень плоских полированных поверхностей, которые создают сложный путь, перпендикулярный пути утечки (препятствуют утечке). Трущийся контакт между этими двумя плоскими поверхностями сводит утечку к минимуму. Как и во всех уплотнениях, одна поверхность установлена неподвижно в корпусе, а другая зафиксирована и вращается вместе с валом. Одна из поверхностей, как правило, выполнена из износостойкого материала, таких как угольный графит. Другая, как правило, из относительно стойкого материала твердого материала как карбид кремния. Разнородные материалы, как правило, используют для стационарных прокладок и вращающихся кольцевых уплотнителей, чтобы предотвратить прилипание этих двух поверхностей. Мягкая сторона обычно имеет менее сопряжённые поверхности и обычно называется истирающаяся кромка.

Существуют четыре основных точки уплотнения в торце торцевого уплотнения (рисунок 2). Первичное уплотнение – это торцевая поверхность уплотнения, точка А. Путь утечки в точку В блокируется либо уплотнительными кольцами, V-образным кольцом, либо клином. Пути утечек в точки С и Д блокируются прокладками или уплотнительными кольцами.

Поверхности в типичных торцевых уплотнениях смазываются граничным слоем газа или жидкости. При разработке уплотнений с желаемыми параметрами протечек, ресурсом уплотнения, энергопотреблением, проектировщик должен учесть, как поверхности будут смазываться и принцип их смазывания.

Для выбора наилучшей конструкции уплотнения необходимо иметь как можно больше информации о рабочих условиях и перекачиваемой среде. Полная информация о продукте и окружающей среде позволяет выбрать наилучшее уплотнение для данного применения

image003
Рисунок 2. Точки уплотнения торцевого уплотнения

Конструкции торцевых уплотнений

Одинарное внутреннее

Это наиболее распространенный тип торцевого уплотнения. Эти уплотнения легко изменены для обеспечения буферной системы промывки уплотнений и могут быть сбалансированы, чтобы выдерживать высокие давления среды. Рекомендуется применять для неагрессивных и агрессивных жидкостей с удовлетворительными смазывающими свойствами, когда стоимость не превышать стоимости двойного торцевого уплотнения.

Одинарное внешнее

Если очень агрессивная жидкость имеет хорошие смазывающие свойства, внешнее уплотнение является экономичной альтернативой дорогим металлам, необходимым для обеспечения коррозионной стойкости во внутренних уплотнениях. Недостатком является незащищённость от воздействия ударов и гидравлических давлений, поэтому уплотнения имеют низкие пределы давления (сбалансированные и несбалансированные).

image004

Двойное (двойное под давлением)

Такая конструкция рекомендуется для жидкостей, которые не совместимы с одинарным уплотнением (т.е. жидкости, которые являются токсичными, опасными (по охране окружающей среды), содержащие абразив или едкие вещества, требующие дорогостоящих металлов). Преимущества двойных уплотнений в том, что они имеют в пять раз больший срок службы, чем одинарные при тяжёлые условиях работы. Кроме того, металл внутренней части уплотнения никогда не подвержен воздействию перекачиваемых жидкостей, вязкие, абразивные и термореактивные жидкости легко герметизируются без необходимости в больших затратах. Кроме того, последние испытания показали, что срок службы двойного торцевого уплотнения практически не меняется при изменении технологических параметров работы насоса. Это является существенным преимуществом в пользу двойного торцевого уплотнения.

Окончательное решение при выборе между двойным или одинарным уплотнениями определяется стоимостью уплотнения, стоимостью эксплуатации, а также нормами промышленных выбросов в окружающую среду при протечки торцевого уплотнения.

image005

Двойной газовый барьер (под двойным давлением)

Очень похож на картридж двойное уплотнение, уплотнение инертным газон, например азот, используется в качестве смазочного материала поверхности и охлаждающей жидкости вместо системы охлаждающей жидкости или промывки струёй жидкости, как у обычных или картридж двойных уплотнений. Эта концепция была разработана так как многие барьерные жидкости обычно используются в двойных торцевых уплотнениях и уже не могут использоваться согласно новым нормам состава выбросов. В качестве газового барьера в уплотнениях используют азот или воздух в качестве безвредного и недорогого, который помогает предотвратить выброс продуктов в атмосферу и полностью соответствует нормам выбросов. Уплотнения с двойным газовым барьером необходимо использовать при перекачивании токсичных или опасных жидкостей, которые регламентированы или в ситуациях, когда требуется повышенная надёжность.

image006

Тандем (двойное без давления)

В соответствии с нормами здравоохранения, безопасности и охраны окружающей среды, тандем уплотнения используются для перекачивания таких продуктов как винилхлорид, окись углерода, лёгкие углеводороды, а также широкий спектр других летучих, токсичных, канцерогенных или опасных жидкостей.

Тандем уплотнения предотвращают обледенение легких углеводородов и других жидкостей, температура которых может опускаться ниже атмосферной точки замерзания воды в воздухе (32F или 0С). (Типичные жидкости обладающее буферными свойствами являются этиленгликоль, метанол и пропанол). Тандем уплотнения также увеличивает надёжность. Если обычное уплотнение выходит из строя, внешнее уплотнение может взять на себя функцию технического обслуживания.

Выбор торцевого уплотнения

Правильный выбор торцевого уплотнения может быть сделан только, когда имеется полная информация об условиях эксплуатации.

  1. Жидкость
  2. Давление
  3. Температура
  4. Характеристики жидкости
  5. Надёжность и нормы выброса

1. Жидкость

В первую очередь должна быть определена рабочая жидкость. Металлические детали должны быть коррозионно-устойчивы, как правило, это стали, бронзы, нержавеющие стали или Hastelloy. Сопрягаемые поверхности также должны противостоять коррозии и износу. Например углерод, керамика, карбид кремния или карбид вольфрама. Стационарные элементы уплотнения Buna, EPR, Viton and Teflon являются наиболее часто используемыми.

2. Давление

Собственно тип уплотнения, сбалансированное или несбалансированное, основывается на давлении уплотнения и габаритах уплотнения.

3. Температура.

В частности, определяет использование деталей уплотнения.

Материалы должны быть выбраны в соответствии с температурой жидкости.

4. Характеристики жидкости

Абразивные жидкости вызывают чрезмерный износ и сокращают срок службы уплотнения. Двойные уплотнения или система промывочной жидкости от

внешнего источника позволяют использовать торцевые уплотнения на этих

трудных жидкостях. При перекачивании лёгких углеводородов сбалансированные уплотнения часто используются с целью увеличения срока службы уплотнения, хотя давление и низкое.

5. Надёжность и нормы выброса

Выбранный тип уплотнения и его конструкция должны отвечать желаемой надёжности и стандартам выброса. Двойное уплотнение и уплотнение с двойным газовым барьером являются предпочтительными.

image007

Камеры уплотнения большого диаметра

Разработанная в середине 80х, увеличенная камера уплотнения с увеличенным радиальным зазором между механическим уплотнением и стенкой камеры уплотнения обеспечивают лучшую циркуляцию жидкости. Улучшенная смазка и отвод тепла от уплотнения (охлаждение) продлевает срок службы уплотнения и снижает эксплуатационные затраты.

image008

  Увеличенная камера уплотнения

Улучшает циркуляцию жидкости без использования внешней промывки. Даёт такие преимущества как снижение эксплуатационных расходов, отсутствие необходимости использования системы обвязки, снижение расходов на электроэнергию (связанные с системой промывки уплотнения) и увеличивает надёжность уплотнения. Конические отверстия камеры уплотнения обычно совместимы с химическими насоса ANSI. В насосах по API используются обычные увеличенные камеры уплотнения. В насосах для перекачки бумажной массы используются как обычные увеличенные камеры уплотнения, так и камеры уплотнения с большими коническими отверстиями. Только камеры уплотнения с коническими отверстиями с модификаторами потока обеспечивают надёжность при эксплуатации как с так и без твёрдых частиц, воздуха и пара.

  Обычная камера уплотнения с коническими отверстиями

Работа торцевого уплотнения нарушается, когда в жидкости присутствуют твёрдые частицы или пары. Обычная камера уплотнения с коническими отверстиями применяют для увеличения срока службы уплотнения при перекачивании жидкостей, содержащих твёрдые частицы или пары. Уплотнения в такой рабочей среде выходят из строя преждевременно из-за содержания твёрдых частиц или паров. Как результат сильная эрозия уплотнения и деталей насоса, повреждение поверхностей уплотнения и работа по сухому ходу.

image009

Модифицированная камера уплотнения с осевыми ребрами:

Хороша при перекачке жидкостей содержащих воздух, и маленькие твёрдые частицы.

Этот тип камеры уплотнения обеспечивает больший срок службы уплотнения при содержании в жидкости воздуха или паров. Осевые ребра предотвращают захват паров за счёт улучшения циркуляции потока в камере уплотнения. Вероятность работы по сухому ходу исключена. Кроме того, твёрдые частицы содержанием менее 1% также не являются проблемой.

На пути твёрдых частиц / жидкостей возникает новый режим течения. В следствие перекачивания жидкостей со значительным содержанием твёрдых частиц (более 1%) возможна залипание пружины уплотнения или сильфона, попадание твёрдых частиц на поверхности уплотнения и окончательная поломка уплотнения.

image010

Контроль состояния среды

Контроль состояния среды необходим для надежной работы торцевое уплотнение  производители уплотнений предлагают различные меры для борьбы со следующими проблемами:

  1. Коррозия
  2. Температурный контроль
  3. Грязные или несовместимые среды

image011Рисунок 3 и 4

Коррозия

Коррозии можно избежать путём выбора коррозионно-стойких материалов торцевого уплотнения. Когда это трудно, то возможно исполнение наружной закачки в пласт жидкости или газа из нержавеющих материалов. Одинарные и двойные уплотнения могут быть использованы, когда заказчик ошибается по поводу свойств перекачиваемой среды.

Температурный контроль

При вращении уплотнения поверхности трения находятся в контакте. Таким образов выделяется тепло, и если это тепло не отводится, то температура в камере уплотнения может увеличиться и стать причиной выхода из строя уплотнения. Простая обводная трубка отводит тепло производимое в результате контакта поверхностей трения. (рисунок 3). Для более высоких температур, обводную трубку должна проходить через охладитель (рисунок 4). Подвод внешней жидкости также может использоваться.

Грязные или несовместимые среды

Торцевые уплотнения обычно плохо работают с жидкостями, содержащими твёрдые включения или кристаллизующимися при контакте с атмосферой. В данном случае пропускание обводной трубки через фильтр, циклонный сепаратор или фильтр обеспечивает очистку жидкости для смазки поверхностей трения.

Фильтры эффективны для частиц размером на 40 меш более отверстия фильтра.

Цилконные сепараторы эффективны для твёрдых частиц диаметром 10 микрон или более, если они имеют удельный вес 2,7 и насос обеспечивает перепад давления 30-40 атмосфер. Фильтры задерживают частицы от 2х микрон и более.

Если доступна внешняя промывка чистой жидкостью, то это наиболее безотказная система. Манжетное уплотнение или дроссель имеют возможность регулирования потока вводимой жидкости до 1/8 GPM. Охлаждающий тип уплотнения используется при работе с жидкостями, имеющими тенденцию к кристаллизации при контакте с воздухом. Вода или пар, пропускаемый таким образом решить эту проблему. Другие системы поставляются в соответствии с требованиями обслуживания.

Максимальная гибкость уплотнения — Динамическое уплотнение.

Для устранения проблем, связанных с торцевым уплотнением и сокращения расходов на ремонт и обслуживание.

Динамические уплотнения предназначены для работы с жестким средами, там где обычные торцевые уплотнения или сальниковые набивки требуют постоянного дорогостоящего обслуживания. Главным преимуществом является то, что посредством запатентованной конструкции не требуется внешнее водяное уплотнение, тем самым устраняя утечки, загрязнение перекачиваемой среды, разбавление продукта и проблем, связанных с регламентными работами по контролю за уплотнениями

image012

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*