Торцевые уплотнения автоком. Торцевые уплотнения. Принцип устройства торцевых уплотнений

Торцевое уплотнение - один из самых распространённых типов уплотнительных элементов в технике. Этот тип уплотнений широко применяется в насосах, компрессорах, технологическом оборудовании химических производств.В некоторых отраслях, таких как химическая промышленность, эти уплотнения играют ведущую роль.

Рис.1 Торцевое уплотнение

Особенностью конструкции торцевого уплотнения является то, что герметичность достигается за счет плотного прижатия двух деталей (вращающейся и неподвижной) по торцевым плоскостям. Пара трения, выполняющая роль основного уплотнительного элемента, изготавливается из специальных материалов и с высоким качеством обработки поверхностей трения для обеспечения максимальной герметичности. Как правило, уплотнения этого типа применяются для герметизации быстро вращающихся валов машин, таких как валы насосов, компрессоров, различных химических аппаратов (реакторов, мешалок и т.д.). Это связано с тем, что все остальные типы уплотнений, не столь эффективны и не могут обеспечить высокий уровень герметичности, что особенно актуально при герметизации агрессивных или ядовитых сред.

Справка:

Исторически, для герметизации узлов типа вал-корпус применялись (См. Рис.2).

Типы и конструкции торцевых уплотнений.

В зависимости от условий эксплуатации применяют различные типы торцевых уплотнений.

1. Одинарное торцевое уплотнение.

Одинарное торцевое уплотнение применяется в оборудовании, работающем в химически нейтральных и нетоксичные жидкостях, при температуре рабочей среды до 200°С и давлении до 20МПа. Могут быть внешними (для абразивных сред) и внутренними (для сред обладающих смазывающими свойствами). Также могут комплектоваться дополнительными охлаждающими устройствами для повышения эффективности.

2. Двойное торцевое уплотнение (Рис.4).

Двойное торцовое уплотнение применяется в оборудовании, работающем при перекачке нефтепродуктов, сжиженных газов, сред содержащих абразивные включения, а также содержащих вредные и токсичные вещества, при температуре рабочей среды до 400°С и давлении до 30 МПа. Конструктивно разделяются на: «спина-к-спине» («back-to-back»); «лицом-к-лицу»(«face-to-face»); тандем.

Могут дополнительно комплектоваться устройствами охлаждения, устройствами создания «противодавления» (подача «запирающей» жидкости между контурами уплотнения для предотвращения протечек рабочей среды) и устройствами для «промывки» узлов (с целью минимизации абразивного износа. Дополнительные устройства могут быть автономными (например с импеллером, обеспечивающим создание давления или циркуляцию жидкости) или внешними (с обвязкой для подключения внешних устройств).

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

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

Один из наиболее востребованных типов торцевых уплотнений. Обе части уплотнения выполняются в виде единого узла (модуля) изготовленного под стандартные установочные размеры сальниковых камер по стандартам API, DIN, ISO и др. Выпускаются для конкретных условий эксплуатации и типов оборудования. Помимо одного или нескольких контуров уплотнения могут иметь в своём составе дополнительные устройства обогрева, охлаждения, смазки, создания противодавления, промывные устройства, различные датчики и пр. В зависимости от конструкции и применяемых материалов, серийные торцевые уплотнения катриджного типа могут быть использованы при температурах эксплуатации до 650 °С и давлении до 80 МПа.

Рис. 5. Уплотнение катриджного типа.

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

Типичное газодинамическое уплотнение показано на Рис.6

Рис. 6 Сухое газодинамическое уплотнение производства компании ЗАО "ТРЭМ Инжиниринг"

Применяются с середины 80-х годов 20-го века. Принцип действия основан на создании тонкой газовой прослойки между кольцами торцевого уплотнения (зазор около 2-5 мкм), это происходит благодаря специальным V- или U-образным карманами, с толщиной сопоставимой с толщиной торцевого зазора, расположенными на поверхности скольжения одного из колец, от середины кольца к внешнему краю кольца со стороны затворного газа. При вращении кольца происходит нагнетание затворного газа в промежуток кармана, что приводит к образованию зазора, что приводит к бесконтактному газовому скольжению: это обеспечивает минимальные потери на трение и износ уплотнения. В качестве затворного газа применяется технический воздух или азот под давлением более чем рабочая среда на 5…10 %. Идеально подходит для работы при низких температурах, с низкотемпературно кипящими жидкостями, для обеспечения чистоты производственного процесса (полностью исключает утечки). К недостаткам данного типа уплотнений можно отнести сложность и высокую стоимость.

5. Магнитожидкостное уплотнение

В магнитожидкостном уплотнение уплотнении роль уплотняющего элемента выполняет магнитная жидкость, которая удерживается в зазаоре между валом и корпусом при помощи постоянного магнита. Магнитожидкостные уплотнения работают без обслуживания и при очень небольшом натекании. Ввиду того, что уплотняющая среда — это жидкость, практически отсутствует трение между вращающимися и стационарными деталями, так что уплотнение не изнашивается. Поэтому срок службы и межремонтные циклы таких уплотнений обычно очень длительны, а момент трения очень низок. МЖУ стабильно работают в сверхвысоком вакууме, очень высоких температурах, десятках тысяч об/мин и при давлении до нескольких атмосфер. Наиболее типичным применением магнитножидкостного уплотнения, является уплотнения вводов вращения вакуумного технологического оборудования. МЖУ широко применяются применяются в биотехнологии, фармацевтике, косметологии. Надежность и высокий уровень герметичности МЖУ делает их все более популярными и привлекательными для процессов с высокими требованиями к стерильности. Недостатком данного типа уплотнений является невозможность применения при высоких перепадах давления.

Справка:

Поскольку большинство серийно выпускаемых торцевых уплотнений производится по стандартам, можно подобрать для конкретного типа оборудования уплотнения различных производителей. Примеры взаимозаменяемости приведены в

Резинотехнические изделия являются составной частью многих гидравлических, пневматических и другие аналогичных устройств, где они играют роль уплотнительных элементов. Одним из направлений нашей фирмы является производство такой продукции как формовые РТИ . Используя современное оборудование, мы изготавливаем торцевые уплотнения, манжеты гидравлические и другие подобные изделия. Наша компания располагает собственными магазинами, в которых любой клиент может купить оптом или в розницу продукцию предприятия, а также реализуемые товары, например, кольца USIT и манжета армированная . При продаже уплотнительных элементов мы предлагаем клиентам фирмы гибкую систему скидок .

Торцевые уплотнения - назначение, преимущества и область применения

Торцевые уплотнения используются главным образом в качестве уплотнительных элементов для вращающихся валов. Они устанавливаются на этот вал и двигаются вместе с ним. Уплотнения имеют довольно простую конструкцию и принцип действия - фактически они обеспечивают уплотнение за счет того, что их конусная губка плотно прижимается к торцевой поверхности. Торцевые уплотнения применяются как в качестве обособленной уплотнительной единицы, так и в виде вспомогательной.

Среди основных достоинств этих уплотнительных элементов можно выделить:

простой монтаж;
возможность работать в условиях значительной запыленности;
непритязательность в отношении качества обработки сопрягаемых поверхностей;
обеспечивают надежную работу на валах, которые имеют незначительное смещение, перекос или биение.

Торцевые уплотнения изготавливаются, как правило, из NBR-резины, фторкаучука и силиконового каучука. Данный вид уплотнений является одним из наиболее востребованных типов уплотнительных элементов в технике. Торцевые уплотнения широко используются в насосном оборудовании, компрессорных установках, технологическом оборудовании химических производств и так далее. В наших торговых точках Вы можете приобрести данные изделия, а также манжеты шевронные и многое другое.
Компания «РОСТ-С», используя имеющееся в наличии современное оборудование, выпускает большой ассортимент резинотехнической продукции, к примеру, такой как торцевое уплотнение. Опытные специалисты , работающие на предприятии, могут изготовить практически любые уплотнительные элементы на заказ по чертежам и эскизам. Наша компания производит и реализует в своих магазинах уплотнительные элементы высокого качества. Вы можете быть абсолютно уверены, данные уплотнения помогут надежной и эффективной работе Вашего оборудования.

Заместитель ген. директора, главный конструктор

Нижегородский научно-производственный центр «АНОД» (НПЦ «АНОД»), создан в 1992 году группой высококвалифицированных специалистов, ранее работавших над созданием оборудования для атомных электростанций. Полученный опыт при проектировании и изготовлении изделий для атомной энергетики позволил в короткие сроки создать эффективные торцевые уплотнения для насосов, компрессоров, перемешивающих устройств в газовой, бумажной, металлургической, химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностях, теплоэнергетике.

В настоящее время НПЦ «АНОД», является одним из лидеров в России по проектированию и производству торцовых уплотнений . На сегодняшний день реализовано более 300 проектов и изготовлено около 6000 уплотнений для 45 предприятий. С 2015 года НПЦ «АНОД» приступил к выпуску сухих газодинамических уплотнений .

Созданные в НПЦ «АНОД» торцевые уплотнения по своей надежности, герметичности, долговечности значительно превосходят имеющиеся отечественные, а во многих случаях и зарубежные аналоги.

Квалификация и опыт специалистов, техническая оснащенность НПЦ «АНОД» позволяют проектировать и изготавливать торцевые уплотнения со следующими параметрами:

Обеспечение термической и силовой стабилизации трущихся плоскостей контактных колец в сочетании с тщательной гидравлической балансировкой дают возможность эксплуатировать торцевые уплотнения в широком диапазоне значений давления и температуры, исключить влияние изменения рабочих параметров: температуры, частоты вращения, давления в заданных пределах характеристик торцевых уплотнений.

К достоинствам торцевых уплотнений, разработанных НПЦ «АНОД» следует отнести:

Возможность установки вместо сальников, манжет, торцовых уплотнений других конструкций без доработки узлов агрегатов.
Патронный тип конструкции, что позволяет при изготовлении выполнить все необходимые испытания и далее без разборки выполнить доставку до потребителя и монтаж без дополнительных регулировок, сократив до минимума монтажные операции.
Повышенная надежность. Количество отказов торцевых уплотнений в период эксплуатации минимально. Так, например, специалисты ЗАО «Татнефть-НК» отмечают, что применение торцовых уплотнений НПЦ «АНОД» на 20 насосах привел к тому, что за 2 года эксплуатации был один отказ в работе торцевых уплотнений, тогда как раньше было в среднем 12 отказов в год. Специалисты ОАО «НОРСИ» отмечают, что после установки более 100 торцевых уплотнений количество отказов уменьшилось в 5-6 раз.
Повышенная долговечность. Изготовленные в НПЦ «АНОД» торцевые уплотнения имеют, как правило, ресурс работы от 15000 часов работы и выше. Достаточно сказать, что торцевые уплотнения нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах имеют наработку до отказа более 20000 часов.
Высокая герметичность. Согласно утвержденным ТУ утечки уплотняемой или затворной жидкостей составляют для насосов не более 2 г/ч; для высокооборотных компрессоров при средних окружных скоростях скольжения в паре трения > 50 м/сек утечки не более 50 г/ч.
Хорошая ремонтопригодность. Конструкцией торцевых уплотнений предусмотрена простая установка антифрикционных колец в металлические обоймы, что позволяет без особого труда заменить пришедшие в негодность кольца и резиновые прокладки.

За счет каких же факторов торцевые уплотнения НПЦ «АНОД» имеют значительный ресурс и высокую надежность? Отмечу некоторые из них.

Фактором, оказывающим решающее влияние на работоспособность торцового уплотнения, является наличие стабильной смазывающей жидкостной пленки в уплотняющем подвижном контакте. Для обеспечения длительной, безизносной работы торцевого уплотнения необходимо свести к минимуму угловое деформирование трущихся уплотнительных элементов и нарушение плоскостности поверхностей в уплотняющем подвижном контакте.
Это достигается:
- равновесием осевых гидравлических сил и моментов, действующих на уплотнительные элементы. Расчет гидравлических сил и моментов, действующих на уплотнительные элементы значительно упрощается, если они выполнены из однородных материалов и состоят из деталей простой геометрической формы;
- разделением деталей уплотнительных элементов, выполняющих уплотнительную функцию и силовую нагрузку;
- ослаблением взаимных связей деталей уплотнительных элементов;
- правильным выбором посадок уплотнительных колец;
- применением элементов гидродинамики в уплотнениях с возможностью работы в режиме сухого трения;
- тщательным подбором материалов уплотнительных элементов.
Обеспечение оптимального теплового режима работы уплотнительных элементов. Необходимо максимально снизить тепловыделение в уплотняющем подвижном контакте и отвести тепло от пары трения, а также снизить эффект от тепла, поступающего от уплотняемой горячей среды.
Правильный выбор материалов и конструкции вторичного уплотнения.
Выбор конструкции и материалов поводковых устройств, позволяющих обеспечить свободу угловых и осевых перемещений упругих элементов.
Выбор конструкции пружин, создающих первоначальный поджим и обеспечивающих подвижность уплотняющих элементов в процессе работы.
Качественное изготовление и контроль элементов конструкций уплотнений.

Большое разнообразие конструкций торцевых уплотнений вызвано, в первую очередь, различным исполнением сальниковых камер насосов, различными средами и параметрами работы торцевых уплотнений.

Однако, проанализировав имеющиеся конструкции и проведя огромную работу по стандартизации и унификации узлов и деталей, НПЦ «АНОД» создал пять типов торцевых уплотнений для основной гаммы насосов:

тип УТ - одинарные торцевые уплотнения для насосов и агрегатов с перемешивающими устройствами, рабочими средами в которых являются химически нейтральные и нетоксичные жидкости с температурой до 200гр.С;
тип УТД и УТДХ - двойные торцевые уплотнения для работы в агрегатах, рабочими средами в которых являются нефтепродукты, сжиженные газы, жидкости их содержащие, вредные вещества 2, 3, 4 классов опасности ГОСТ 12.1.007-76 с температурой до 200гр. С (тип УТД) и температурой до 4000С (тип УТДХ);
тип УТТ и УТТХ - торцевые уплотнения типа «Тандем» для работы в агрегатах, рабочими средами которых являются нефтепродукты, сжиженные углеводородные газы, жидкости их содержащие, вредные вещества 2, 3, 4 классов опасности ГОСТ 12.1.007-76 с температурой среды до 200 гр.С (тип УТТ), с температурой до 4000С (тип УТТХ).

Все типы торцевых уплотнений на один и тот же диаметр уплотняемого вала имеют взаимозаменяемые узлы: пары трения, обоймы, резиновые прокладки круглого сечения, пружины, поводковые устройства, клеммные зажимы, штуцера подвода и отвода запирающей и охлаждающей жидкости - это значительно сокращает номенклатуру используемых деталей. Материалы, используемые в парах трения, - силицированный графит, карбид кремния. Резиновые прокладки выполнены из фторкаучуковой резины с повышенной термостойкостью (до 250 ….300гр.С).

Одинарные торцевые уплотнения типа УТ бывают двух типов: с пружинами, расположенными в перекачиваемом продукте и с пружинами, расположенными вне перекачиваемого продукта. Торцевые уплотнения с пружинами, вынесенными из зоны перекачиваемого продукта выполняются в тех случаях, когда имеется возможность засорения отверстий и пружин абразивными частицами, отложениями рабочих сред т.д. Торцевые плотнения могут быть расположены как внутри сальниковой камеры, так и снаружи, когда размеры камеры слишком малы.

Двойные торцовые уплотнения и торцевые уплотнения типа «тандем» имеют одинаковое назначение и применение с той лишь разницей, что в двойном торцевом уплотнении внутренняя пара трения нагружена от давления запирающей жидкости, а в торцевом уплотнении типа «тандем» - от уплотняющей жидкости. Система обслуживания торцевого уплотнения типа «тандем» имеет более простую схему, поскольку не требуется высокого давления запирающей жидкости. В тех случаях, когда не допустимо попадание запирающей жидкости в перекачиваемый продукт, применяются торцевые уплотнения типа «тандем».

Однако, работа торцевых уплотнений в средах с повышенным содержанием абразивных веществ, а также в высоковязких продуктах и в условиях полусухого трения (имеется большая вероятность газовой пробки) лучше применять двойные торцовые уплотнения.

Долговечность торцовых уплотнений зависит от температурного режима в камере уплотнения. По мнению компетентных специалистов, снижение температуры жидкости на 10гр.С увеличивает ресурс работы торцевого уплотнения в два раза. НПЦ «АНОД» разработал и внедрил двойные торцевые уплотнения и торцевые уплотнения типа «тндем» для жидкостей с температурой рабочей среды до 400гр.С. С этой целью к корпусу торцевого уплотнения присоединяется холодильник. Холодильник устанавливается в сальниковую камеру с малым зазором по валу и корпусу. Наличие эффективного холодильника позволяет снизить температуру в зоне резиновых колец до 70гр. С и обеспечить благоприятный температурный режим, повысить ресурс работы торцевого уплотнения. Торцевые уплотнения типа УТТХ и УТДХ имеют взаимозаменяемые холодильники, что облегчает работу механикам, обслуживающим установки.

Необходимо отметить, что хорошая надежная работа торцовых уплотнений зависит от правильного выбора типа торцового уплотнения, правильного подбора материалов торцевого уплотнения, схемы обвязки насосов и квалифицированных действий обслуживающего персонала, и это доказано многолетней совместной работой коллектива НПЦ «АНОД» и ОАО «НОРСИ».

Там, где вопросы решаются не сиюминутно, а планово, целенаправленно - получается хороший результат и тогда не потребуется ни экстренных мер, ни дорогостоящих импортных закупок.