Роль уплотнений в предотвращении утечек: как это работает?

Работа большинства типов перекачивающего оборудования основана на преобразовании кинетической энергии вращающегося вала привода агрегата в потенциальную энергию рабочей среды. Большое значение в работе системы является место вхождения вала в корпус – плотность соприкосновения поверхностей не должна препятствовать вращению и, в то же время, исключать утечку перекачиваемой жидкости или газа.

До недавнего времени в качестве уплотнителя использовалась сальниковая набивка – жгут или шнур из пропитанных жиром волокнистых материалов. Срок службы сальника недолог, но это компенсируется дешевизной материала и простотой установки. В дальнейшем на смену этому уплотнению пришла резиновая манжета, прижимаемая к валу кольцевой пружиной или давлением рабочей среды.

Современное высокопроизводительное и работающее на высоких скоростях перекачивающее оборудование потребовало новых подходов к решению задачи по герметизации места контакта вала привода с корпусом насоса, компрессора. Сегодня, вместо изживших себя сальников и манжет, в компоновке перекачивающего оборудования используются механические торцевые уплотнения с уникальными параметрами износостойкости и надежности. Разнообразие конструкций допускает возможность выбора такого уплотняющего элемента для агрегатов с любыми техническими характеристиками и предназначенными для работы с различными средами, в том числе и с агрессивными жидкостями или газами.

Разработкой конструкций и выпуском механических торцевых уплотнений занимаются многие отечественные и зарубежные производители, но наибольших успехов в данной сфере достигла английская компания «John Crane» («Джон Крейн»). Продукция с одноименной торговой маркой имеет мировую известность, в России реализацию таких торцевых уплотнений ведет официальный дилер производителя Группа компаний «Насосы и Уплотнения» (Москва).

Принцип работы, конструкции и виды торцевых уплотнений

Основное назначение насосных торцевых уплотнений – разделение двух сред (внешней и той, что внутри рабочей камеры) с предотвращением утечки жидкости или газа без создания препятствий вращению вала привода. Это обеспечивает совместная работа всех элементов конструкции уплотняющего элемента. Главная роль в этом принадлежит паре (парам) трения – подвижному и неподвижному кольцу, сопряженным через части корпуса с валом привода и стенкой рабочей камеры. Материалы изготовления колец пары трения – керамика, графит, карбид кремния и вольфрама.

При вращении между ними образуется тончайшая пленка из рабочей среды, которая минимизирует силу трения, рассеивает тепло и является препятствием для сверхнормативных утечек. В этом качестве может использоваться и специальная барьерная (затворная) жидкость. Ее давление превышает давление в рабочей камере насоса, это служит препятствием для поступления перекачиваемой среды из корпуса в атмосферу.

Кроме первичного уплотнения, роль которого играет пленка между кольцами пары трения, в конструкциях торцевых уплотнений большое значение имеют и другие элементы компоновки. В первую очередь, это вторичное уплотнение. К нему относятся специальные прокладки, уплотнительные кольца и другие детали, помогающие обеспечить дополнительный уплотняющий эффект. Материалы их изготовления – резина, эластомеры, выбор конкретного варианта определяется параметрами рабочей среды.

Во многих конструкциях торцевых уплотнений для создания и поддержания плотного контакта между элементами системы используется пружина или сильфон (гофра) из резины различных марок, эластомеров, металла. Для изготовления деталей корпуса используется нержавеющая конструкционная сталь марки 316 (X5CrNiMo17-12).

Абсолютное большинство моделей современных насосов и компрессоров рассчитано на высокопроизводительную работу с жидкими или газообразными рабочими средами различной вязкости, температуры, химической агрессивности. Это учтено производителями торцевых уплотнений, и, в зависимости от своих потребностей, пользователи агрегатов могут использовать следующие виды торцевых уплотнений:

• одинарные, с одним кольцом и прижимной пружиной;
• двойные, скомпонованные из двух уплотнительных элементов по схемам «тандем», «лицом к лицу», «спина к спине»;
• картриджные торцевые уплотнения – автономные блоки с заводскими настройками и регулировками;
• сильфонные;
• сбалансированные (уравновешенные), создающие минимально возможное внутреннее давление на детали конструкции;
• мультипружинные, имеющие в компоновке несколько прижимных пружин.

В отличие от сальниковых и манжетных аналогов, механические торцевые уплотнения характеризуются высокой износостойкостью и длительным сроком службы. Но для того, чтобы получить от использования новой детали ожидаемый эффект, необходим точный ее подбор по условиям эксплуатации, соответствие установочным размерам, соблюдение рекомендаций производителя при установке запчасти на посадочное место.