Звонок бесплатный со всех регионов России.
Написать письмо (info@avtokomtg.com)

Торцевые уплотнения в Волгограде,Торцевое уплотнение насоса, Купить торцевые уплотнения для насосов, Уплотнение вала, Ротационные соединения

  • Изготовление и поставка комплектующих для линий розлива

  • Торцевые уплотнения

  • Ротационные соединения

  • Резинотехнические изделия

  • Пластиковые изделия

  • Изделия из металла, гибридные подшипники

  • Ремкомплекты для фитинга кег

  • Пластины и уплотнения теплообменников

  • Модульные ленты, пластинчатые цепи, конвейерные комплектующие

Торцевые уплотнения для особых условий работы

Торцевые уплотнения для особых условий работы

Торцевые уплотнения для сверхвысоких давлений.

Так как механические и термические деформации опасны для работоспособности и эксплуатационной надежности торцевого уплотнения даже при работе в диапазоне средних и высоких давлений, то при их максимально возможных значениях вероятность отказа существенно возрастает.


Наиболее слабыми деталями являются углекерамические уплотнительные кольца, имеющие пониженные показатели прочности. В этом случае предпочтительнее использовать металлизированные угли, поскольку они выдерживают большие напряжения, имеют повышенный модуль упругости и более благоприятный коэффициент теплопроводности. Это позволяет ограничить механические и термические деформации узкими пределами. При больших размерах колец следует иметь в виду, что их физико-механические свойства ухудшаются в процессе изготовления. С увеличением ширины контакта возрастают также температурные деформации и износ. При гидростатической разгрузке торцевого уплотнения увеличивается утечка и снижается эксплуатационная надежность торцевого уплотнения вследствие опасности разобщения герметизирующих поверхностей.


Благодаря низким значениям коэффициента трения гидродинамические торцевые уплотнения особенно хорошо зарекомендовали себя при работе в области сверхвысоких давлений. Разумеется, при высоких удельных нагрузках к материалам пар трения предъявляют особые требования, в частности, в отношении работоспособности в аварийном режиме. Предпочтительнее применение пары карбид вольфрама/металлизированный уголь, причем контактные поверхности должны быть отполированы и по возможности хорошо притерты. Вследствие низких коэффициентов линейного расширения карбида вольфрама и угля температурные деформации также остаются небольшими.

Рисунок 1. Коэффициенты трения в гидродинамическом торцевом уплотнении сверхвысокого давления Рисунок 2. Торцевое уплотнение сверхвысокого давления для полимеризационного автоклава Рисунок 3. Влияние внутреннего давления на возможность выдавливания колец круглого сечения
Рисунок 1. Коэффициенты трения в гидродинамическом торцевом уплотнении сверхвысокого (до 200 кгс/см2) давления: Dw = 50 мм; вода для питания котла; t = 30-60°C Рисунок 2. Торцевое уплотнение сверхвысокого давления для полимеризационного автоклава, работающее при давлении p1 = 250 кгс/см2 и температуре t = 225°C (1 - вход запирающей жидкости; 2 - выход запирающей жидкости; 3 - фланцевая рубашка охлаждения; 4 - стакан для перехвата и сбора утечек жидкости; 5 - контрольно-выпускной канал; 6 - дренаж) Рисунок 3. Влияние внутреннего давления, допусков и твердости по Шору на возможность выдавливания колец круглого сечения без учета припуска на расширение зазора в процессе эксплуатации (100000 циклов с частотой 150 в минуту при повышении давления от нуля до максимального)

На рисунке 1 приведен график изменения коэффициента трения в гидродинамическом уплотнении сверхвысокого давления (p1 = 200 кгс/см2) при герметизации воды и скоростях скольжения 5 - 10 м/с. Опора и конструкция контркольца в этом уплотнении является надежной, поэтому осевая нагрузка от давления жидкости распределяется по большой площади, что одновременно улучшает условия отвода теплоты. Одноступенчатые уплотнения выдерживают давление до 250 кгс/см2 (рисунок 2).


Твердость колец круглого сечения и ширину зазора при работе в диапазоне сверхвысоких давлений необходимо выбирать с учетом значений, приведенных на рисунке 3. Чтобы не допускать излишнего сужения уплотнительного зазора, рекомендуется применять кольца круглого сечения из материалов, имеющих твердость 80° по Шору, и предохранять их от выдавливания специальными опорными кольцами. При выборе ширины зазора необходимо иметь в виду изменения линейных размеров в рабочем режиме под действием механических и тепловых факторов. С увеличением давления уплотняемой среды необходимо повышать степень ее чистоты, уменьшать биение вала и улучшать охлаждение.

Высокоскоростные уплотнения.

Для таких высокоскоростных машин как насосы, компрессоры и турбины, необходимы специальные уплотнения. При скоростях скольжения Vg до 25 м/с в торцевых уплотнениях можно применять распорные пружины, монтируемые с возможностью вращения, а при скоростях до 35 м/с те же пружины с направляющими. Вследствие влияния центробежных сил и обусловленных этим нарушений работоспособности при более высоких скоростях пружины должны быть неподвижными. При высоких частотах вращения следует придерживаться принципа поддержания на минимально возможном уровне вибраций и дисбаланса вращающихся масс. На рисунке 4 показано неподвижное торцевое уплотнение компрессора с плавающим промежуточным кольцом. Вал компрессора вращается с частотой n = 11200 об/мин.

Рисунок 4. Торцевое уплотнение с плавающим промежуточным кольцом Рисунок 5. Уплотнение высокоскоростного вала Рисунок 6. Высокоскоростное уплотнение двойного действия
Рисунок 4. Торцевое уплотнение с плавающим промежуточным кольцом: Dw = 90 мм; b = 3,5 мс; Vg = 62 м/с (1 - вращающееся контркольцо; 2 - плавающее промежуточное угольное кольцо; 3 - неподвижное уплотнительное кольцо; 4 - уплотнительный зазор №1; 5 - уплотнительный зазор №2) Рисунок 5. Уплотнение высокоскоростного вала: Dw = 140 мм; Dm = 200 мм, n = 6500 об/мин; Vg = 68 м/с (1 - неподвижное торцевое уплотнение; 2 - вращающееся контркольцо; 3 - маслосгонная резьба; 4 - монтажный фиксатор) Рисунок 6. Высокоскоростное уплотнение двойного действия: Dw = 90 мм; p3 = 25 кгс/м2; Vg = 85 м/с (1 - неподвижное торцевое уплотнение; 2 - вращающееся контркольцо; 3 - стопор предохраняющий от проворачивания; 4 - комплект пружин; 5 - направляющая пластина; 6 - пространство для завихрения; 7 - вход запирающей жидкости; 8 - выход запирающей жидкости)

Зазор между валом и промежуточным кольцом 2 составляет около 1 мм. Однако ожидаемое снижение частоты вращения в результате применения плавающих промежуточных колец (кольцо уменьшило бы скорость скольжения наполовину), не реализуется. Да и теоретически это возможно лишь при равенстве коэффициентов трения сцепления и скольжения (практически первый в большинстве случаев больше второго). Стробоскопическими исследованиями это однозначно подтверждено и для случая применения нескольких промежуточных колец. Преимущество их заключается, однако, в улучшении отвода теплоты. Если, например, поверхности, образующие уплотнительный зазор №1, нагреваются при вращении (кольцо 2 принимаем неподвижным) до такой степени, что трение между ними становится большим, чем сцепление в неподвижном зазоре №2, то начинает также вращаться промежуточное кольцо 2, тогда как в зазоре №1 скольжение прекращается. Такого рода периодические изменения способствуют надежной работе уплотнения при высокой температуре, однако, утечки при этом возрастают.


На рисунке 5 показано неподвижно закрепленное уплотнение высокоскоростного вала, которое также отличается весьма малой шириной контакта. Давление смазывающе-охлаждающе-запирающего масла p3 на 2-3,5 кгс/см2 превышает давление газа р1 = 70 кгс/см2. В отличие от показанных на рисунках 4 и 5 одинарных торцевых уплотнений, на рисунке 6 приведено гидродинамическое уплотнение двойного действия, работающее при высоких скоростях.

Несмотря на высокую концентричность и неплоскостность вращающихся контрколец 2, их целесообразно изготавливать из легко изнашивающегося материала, в данном случае угля, поскольку приработка уплотнений при этом происходит быстрее. При использовании в качестве запирающих жидкостей масел необходимо, чтобы они имели минимально возможные показатели вязкости, растворимости газов и склонности к коксованию. При высокой рабочей температуре уплотнительных колец запирающая среда должна испаряться по возможности без остатка.


Часто бывает невозможно обойтись без синтетических сред, например полигликоля. Циркуляционные расходы охлаждающей среды в высокоскоростных уплотнениях весьма велики, около 50-100 л/мин. При этом следует учесть, что потери, связанные с турбулентностью в вихрях Тэйлора, гораздо больше, чем при трении торцевых поверхностей. Высота зазора в пространстве для завихрения 6 должна составлять величину S1 = 7,5÷10 мм. С отклонением от этих значений в обе стороны обычно увеличиваются потери на барботаж.


В уплотнении, показанном на рисунке 6, при использовании масла с вязкостью 3-4°С при 50°С потери мощности на барботаж составили около 20 л.с. При высоких скоростях скольжения следует ожидать дополнительного пенообразования и растворения газа в масле. Вследствие большой разницы в плотностях жидкости и газа его пузырьки окружают уплотнение, вызывая его перегрев и сухое трение. При пуске в эксплуатацию необходимо позаботиться о хорошей вентиляции. Направляющие пластины 5 увеличивают скорость и делают более благоприятным направление потока запирающей среды, это позволяет вымывать более нагретые и возможно насыщенные газом кольцевые объемы. В критических зонах скорость потока должна быть увеличена до 10 м/с.

Наряду с обеспечением достаточной механической прочности необходимо уделять внимание, в частности и тепловым характеристикам материалов с точки зрения оптимальных условий отвода теплоты. Основную опасность для торцевых уплотнений, работающих с высокой частотой вращения, представляет превышение допустимых рабочих температур, при котором происходит возникновение деформации и трещин, а также образуются отложения в виде нагара и продуктов крекинга. Также следует помнить, что с увеличением скорости скольжения утечки резко возрастают.

Высокотемпературные уплотнения.

С увеличением рабочей температуры износ и коррозия торцевых уплотнений усиливаются, а эксплуатационная надежность снижается. Поэтому нужно по возможности хорошо охлаждать торцевые уплотнения и, в частности, поддерживать температуру в уплотнительном зазоре ниже критической температуры испарения среды, чтобы избежать возникновения режима сухого трения. Гидродинамическое торцевое уплотнение двойного действия со встроенным двухпоточным насосным устройством, предназначенное для центрифуги со сплошным барабаном, в котором вращается только контркольцо, сконструировано так, что оно одновременно является и рабочим колесом двухпоточного насоса. Уплотнение работает в центрифуге со сплошным барабаном, удаляющем твердые частицы из гексана с температурой 100°С. Во избежание испарения в уплотнительном зазоре чистый гексан насосным агрегатом подается в теплообменник, таким образом, уплотнение охлаждается гексаном, остывшим до 30-40°С. При высоких рабочих температурах рекомендуется как можно интенсивнее охлаждать герметизируемую среду торцевого уплотнения. Этого можно достичь, вмонтировав в уплотнение насосное устройство с теплообменником, применив рубашку охлаждения или охлаждающий впрыск.


Обычно эластомерные материалы являются наиболее слабыми (в плане тепловых нагрузок) элементами торцевых уплотнений, поэтому температуру в герметизирующем узле необходимо поддерживать на возможно более низком уровне даже при остановке аппарата, т.к. существует опасность блокировки узла из-за отложений возникающих при высоких температурах. Если рабочая температура в зоне уплотнения часто превышает максимально допустимую при длительной эксплуатации политетрафторэтилена (около 250°С), то в этом случае применяют металлические сильфоны.

Рисунок 7. Торцевое уплотнение с катано-сварным металлическим сильфоном Рисунок 8. Неподвижное уплотнение с пластинчатым сильфоном
Рисунок 7. Торцевое уплотнение с катано-сварным металлическим сильфоном (1 - металлический сильфон; 2 - распорная пружина; 3 - уплотнительное кольцо, установленное прессовой посадкой; 4 - контркольцо) Рисунок 8. Неподвижное уплотнение с пластинчатым сильфоном (1 - пластинчатый сильфон; 2 - направляющая и предохраняющая от проворачивания втулка; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - контркольцо)

На рисунке 7 показано уплотнение с сильфоном из высококачественной стали. Сильфон после сворачивания заварен по продольному шву. Ввиду опасности усталостного излома металлические сильфоны следует проектировать по возможности неподвижными, разгружая их от напряжений кручения путем стопорения (рисунок 7). Угольные контактные кольца монтируют обычно на прессовой посадке. Подобные уплотнения с сильфонами, имеющими одинарные стенки, могут работать в зависимости от размеров и эксплуатационных условий при давлении до 10 кгс/см2 и температуре 400-500°С.


В настоящее время все более широко применяют металлические сильфоны со сварными пластинами (рисунок 8). Эти сильфоны имеют меньшие осевые монтажные размеры, работают при более высоких сжимающих нагрузках и обладают лучшими амортизационными свойствами. При использовании инконеля и особенно стойких к окислению углей, рабочая температура может достигать 650°С. Поскольку углекерамические материалы характеризуются очень низкими коэффициентами линейного расширения, то при использовании прессовых посадок необходимо выбирать конструкционные материалы также с минимальными значениями этих коэффициентов, например, железоникелевый сплав с содержанием никеля 42%.

Низкотемпературные уплотнения.

Вследствие охрупчивания многих материалов в диапазоне низких температур выбирать их необходимо особенно тщательно. Эластомеры могут нормально работать только до температуры -50°С. Поэтому при низкой температуре также часто применяют торцевые уплотнения с металлическими сильфонами. В качестве конструкционных материалов, работающих при температуре до -200°С, используют легированные (хромомолибденовые, хромо-никельмолибденовые, никелесодержащие, хромоникелевые) стали, например сплавы марок 6900 и 6903. Болты для работы при низкой температуре необходимо изготовлять, как минимум из вязкого сплава марки 4541. Разумеется, необходимо принимать во внимание и поведение уплотняемой среды при низких температурах, т е. в основном сжиженных газов. Более подробные сведения о параметрах газа содержатся в таблице 1.


Таблица 1. Физические параметры газов
Таблица 1. Физические параметры газов по данным Скотта и Сквира

Ввиду больших перепадов температур в рассматриваемых установках при пуске их в эксплуатацию необходимо выбирая, соответствующие материалы, поддерживать температурные деформации на низком уровне. Кроме того, необходимо воспрепятствовать доступу атмосферного воздуха к уплотнению, чтобы оно не было заблокировано в результате образования льда. На рисунке 9 показано торцевое уплотнение для работы в среде сжиженного газа.

Рисунок 9. Торцевое уплотнение для сжиженных газов с использованием инертного запирающего газа
Рисунок 9. Торцевое уплотнение для сжиженных газов с использованием инертного запирающего газа (1 - вращающееся контркольцо; 2 - неподвижное уплотнительное кольцо; 3 - металлический сильфон; 4 - нажимная пружина; 5 - зажимное устройство с тарельчатой пружиной; 6 - насосная система для подачи сжиженного газа; 7 - вход запирающего (сухого) газа; 8 - выход запирающего газа)

Износостойкость материалов уплотнительных колец при низкой температуре может измениться полностью. Если, например, весьма прочная на истирание пара металл/уголь в режиме абсолютно сухого трения (Vg = 10 м/с, Pg = 1,5 кгс/см2) при комнатной температуре проработала свыше 4000 часов, то при уплотнении жидкого кислорода она вышла из строя уже спустя несколько часов по причине износа.


Еще до недавнего времени долговечность торцевых уплотнений, герметизирующих жидкий кислород при давлении Px = 30 кгс/см2 и скорости Vg = 13,7 м/с, составляла 300-500 часов, то в настоящее время с применением улучшенных материалов пары трения она выросла более чем в 10 раз. На нефтеперегонных заводах при перекачке сжиженных газов (пентана, бутана, этилена и т. д.) предпочтение отдают торцевым уплотнениям двойного действия. В качестве запирающих сред при этом используют, в частности, одно и многоатомные спирты (метиловый, этиловый, этиленгликоль и глицерин), причем например, пропиловый спирт можно применять при температуре до -120°С.


Наверх