История торцевых уплотнений

История развития ведущих компаний в области герметизации.

В индустрии герметизации, торцевые уплотнения существуют уже более 100 лет. Первая известная компания была основана в США в 1905 году. Торцевое уплотнение было изобретено Джорджем Куком и изначально называлось «Cook Seal» (Уплотнение Кука). Он также основал компанию «Cook Seal». Уплотнение Кука, было впервые использовано в холодильных компрессорах.

Для изобретателя торцевых уплотнений Джорджа Кука, компания «Cook Seal» была не единственным источником дохода, и он продал её компании «Muskegon Piston Ring», где она была переименована в подразделение, занимающееся ротационными соединениями «Muskegon Piston Ring Co». Позже «Muskegon Piston Ring» продала своё подразделение «Rotary Seal EG & G Sealol», которое в свою очередь было приобретено, компанией «John Crane» в 1998 году.

Компания «Crane Packing Company» начала производство торцевых уплотнений для автомобилей в 1949 году в США, их подразделения также работали в Канаде и Англии. Позже «Crane Packing Company» в Англии была переименована в компанию «John Crane». Компании «Crane Packing Company USA» и «Crane Packing Company Canada» также объединились под общей маркой «John Crane» в 1987 году.

Компания «Pacific & Durametallic» впервые изготовила торцевые уплотнения в 1930 году в США. «Borgwarner» начала производство торцевых уплотнений с 1955 года в США. Позже эти компании объединились вместе с «PAC Seals», в рамках холдинга «Flowserve corporation-Flow».

Немецкая компания «Burgmann» разработала торцевое уплотнение в 1962 году. Компания «Nippon - Sealol Co.Ltd.» являлась совместным предприятием «Sealol» - США и «Nok» - Япония, которое начало производство торцевых уплотнений в 1964 году. А уже в 1978 году, компания сменила название на «Eagle Industries Co.Ltd.». В 2004 году произошло объединение компаний «Burgmann» и «Eagle», их продукция сейчас выпускается под маркой «Eagle Burgmann».

Торцевое уплотнение, так же называется механическим уплотнением, представляет собой тип уплотнения, используемый во вращающем оборудовании, например в насосах и компрессорах.
Когда насос работает, жидкость может вытекать из насоса между вращающимся валом и неподвижным корпусом насоса. Поскольку вал вращается, предотвращение этой утечки может быть затруднено. Ранние модели насосов использовали сальниковую набивку для уплотнения вала. После второй мировой войны, торцевые уплотнения заменили сальниковую набивку во многих областях применения.
В торцевом уплотнении применяются как жесткие, так и гибкие элементы, которые находятся в непосредственном контакте и притираются друг с другом, позволяя вращающемуся элементу сохранять герметичность корпуса.
Первоначальные требования к герметизации воды в автомобилях, сельском хозяйстве и насосах морской воды для судов привели к разработке простых резиновых торцевых уплотнений.
Уплотнение для вращающегося вала представляет собой пару трения двух колец. Одно неподвижно, закреплено в корпусе, а другое закреплено на вращающемся валу. Эти пары трения находится в контакте друг с другом благодаря номинальному положительному давлению, создаваемому одной или несколькими пружинами.

Основные компоненты торцевого уплотнения.

1. Первичные уплотнения, их так же называют парой трения. Общая комбинация состоит из твердого материала, такого как карбид кремния или карбида вольфрама, встроенного в корпус насоса и более мягкого материала, такого как углерод во вращающемся уплотняющем узле. Многие другие материалы могут использоваться в зависимости от условий работы, химических свойств, давления и температуры жидкости. Эти два кольца находятся в тесном контакте, одно кольцо вращается вместе с валом, другое кольцо неподвижно. При производстве пар трения, эти кольца обрабатываются в процессе, называемом притиркой, чтобы получить необходимую степень плоскостности.

2. Вторичные уплотнения, обеспечивают герметизацию остальных точек соприкосновения в уплотнении, они предотвращают утечку жидкости и не вращаются относительно друг друга.

3. Пружины, используются для создания давления и сохранения тесного контакта между первичными уплотнениями. В сочетании с пружиной, надежный контакт пар трения также обеспечивается и давлением перекачиваемой жидкости.

Первичные уплотнительные поверхности должны быть единственными частями уплотнения, которые могут вращаться относительно друг друга, они не должны вращаться относительно частей уплотнения, которые удерживают их на месте. По мере развития перерабатывающей промышленности необходимо было производить оценку эффективности торцевых уплотнений, чтобы адаптировать их под современные требования.

Как разрабатывались первые торцевые уплотнения.

В 1929 году Дж. М. Райан из «Crane Packing Company» разработал торцевое уплотнение, получившее название «Ryan Seal». В «Ryan Seal» использовались стальные и бронзовые поверхности, одна цилиндрическая пружина и сальниковое уплотнение в качестве второго уплотнительного элемента. В то время неподвижное уплотнительное кольцо ещё не было изобретено. Позже неподвижные кольца торцевого уплотнения начали изготавливать из стали и монтировано с натягом на вал насоса. Уплотняющие поверхности обрабатывались на станке, а не методом притирки.

В ранних торцевых уплотнениях, часто использовалась комбинация из закаленной стали и свинцовой бронзы. Эта комбинация материалов для торцевых уплотнений была подходящей для смазочных материалов. Лучший способ обеспечения смазки, двойного торцевого уплотнения, был разработан компанией «Durametallic» в 1937 году. Кроме того, двойные уплотнения также использовались при агрессивных и грязных средах, а также, в средах с высоким давлением. В некотором смысле, двойные торцевые уплотнения были похожи на сальниковую набивку, которая была отделена кольцом для подвода уплотняющей жидкости в сальник. Даже несмотря на то, что первые торцевые уплотнения сегодня считаются не совсем надежными герметизирующими уплотнениями, потери вследствие утечки в них были на порядок меньше, чем утечки из сальниковой набивки. Фактически, утечка через сальниковую набивку и потребление охлаждающего масла были измеримы, в некоторых случаях до 10% от мощности нефтеперерабатывающего завода.

В торцевых уплотнениях 1930-х годов в качестве вторичных уплотнительных элементов использовались мягкие материалы. Второстепенные уплотнения были изготовлены из натуральных волокон, резины, неопрена (синтетический каучук) или асбеста. Неподвижное уплотнительное кольцо было разработано в 1930-х годах, но не использовалось в торцевых уплотнениях до Второй мировой войны. Нил Кристенсен обнаружил оптимальные размеры для уплотнительного кольца и его канавки в 1933 году. Он подал заявку на патент в 1937 году, а получил его в 1939 году. До Второй мировой войны всё ещё использовали натуральный каучук, хотя уже была проделана большая работа по разработке синтетических материалов. Во время войны, натуральный каучук было трудно получить, и производство синтетического каучука стало приоритетом военного времени. Первыми синтетиками были: неопрен, бутадиенакрилонитрильный, бутадиенстирольный и бутиловые каучуки. Применение синтетических каучуков обычно ограничивались температурами не более 121°С.

Этапы развития в области герметизации.

1920-1945. Разработка резиновых уплотнительных колец.

1945-1960. Разработка торцевых уплотнений, несбалансированного типа и сбалансированного толкателя.

1960-1970. Некоторые из ведущих компаний, таких как «John Crane», «Flexibox», «Burgman», «Borg Warner», «Pilar», «Pacific», «Durametallic» и «Sealol», расширили свою деятельность, создав совместные предприятия в других странах Азии, Австралии, Южной Америке, Европе и Африки. Тогда же компания «Chesterton» начала активно развивать дистрибьюторскую сеть по всему миру.

1970 - 1980. Изобретение металлического сильфонного уплотнения и кремниевого картриджа для высокотемпературного и криогенного применения.

1980. Стандартизация Европейскими странами размеров уплотнений и полостей сальниковой набивки, введение стандартов DIN. Это позволило взаимозаменять уплотнения от других производителей. Английские и Американские компании по-прежнему придерживаются этих стандартов.

1981. Разработка компанией «John Crane» бесконтактных уплотнений для сухих газов, применяемых в высокоскоростных центробежных компрессорах.

1995-2005. Компании производящие торцевые уплотнения, сталкиваются с серьезной конкуренцией между собой и пытаются поглотить друг друга, чтобы остаться на рынке. В результате на рынке остается четыре крупных производителя:
- Компания «John Crane», которая приобрела «Sealol», «Safematic» и «Flexibox».
- Компания «Flowserve», которая объединила «Durametalic», «Borg Worner», «Pacific».
- Компания «AESSEAL», образованная дистрибьюторами «Chesterton», которые отделились и сформировали собственное предприятие.
- Компания «Eagle Burgmann», появившаяся в результате слияния «Burgmann» и «Eagle of Japan».

На данный момент рынок торцевых уплотнений, оценивается в более чем 14 миллиардов долларов США.