Выбор оптимального уплотнения для насосов высокого давления: сравнение материалов и конструкций.

Основные условия получения ожидаемого эффекта при использовании высокоскоростных центробежных и вихревых насосов – соблюдение рекомендованных производителем условий эксплуатации и герметичность места прохождения вала привода через стенку корпуса или рабочей камеры. И если первое из них легко выполнимо, то второе полностью зависит от типа, качества и правильности установки специального уплотнителя. При работе насоса этот элемент конструкции подвергается воздействию ряда негативных воздействий со стороны рабочей среды – высокое давление, перепады температуры, химическая агрессивность, наличие абразивных включений. Но основным фактором, влияющим на состояние уплотнения, является сила трения, возникающая между частями его конструкции вследствие высокоскоростного вращения вала привода. Уплотняющий элемент насоса является расходной деталью и, по мере своего износа, подлежит замене.

Виды и конструкции уплотнителей

До недавнего времени для герметизации зоны контакта вала привода с корпусом рабочей камеры насосов использовалась сальниковая набивка. Это жгут или шнур с особым плетением, изготовленный из волокнистых материалов органического или минерального происхождения. Наибольшей популярностью пользовались гибкий графит, асбест, стекловолокно. Сальниковое уплотнение плотно наматывалось на вал и уплотнялось в специальном посадочном гнезде. При работе насоса сальник на некоторое время обеспечивал герметичность, но быстро изнашивался и требовал постоянного контроля своего состояния и частой замены. К достоинствам такого уплотнения можно отнести невысокую стоимость и простоту монтажа, к недостаткам – низкую надежность и необходимость внеплановой остановки насосов для ремонта.

Следующим шагом в совершенствовании конструкции уплотнений для перекачивающего оборудования стало использование резиновых манжет с кольцевой пружиной. Эластичность резины и пружина обеспечивают плотное прилегание детали к валу, достаточно высокий уровень герметичности в зазоре, не препятствуют вращению. Как и сальник, манжета проста в установке, недорога, но и недолговечна.

В настоящее время в насосах высокого давления на смену изжившим себя сальникам и манжетам пришли более совершенные конструкции – механические торцевые уплотнения. Они намного эффективнее своих предшественников и лишены всех их недостатков. В то же время, новые уплотнительные системы достаточно дороги и требовательны к правильности монтажа, но это с лихвой компенсируется высокой герметизирующей способностью, износостойкостью, длительным сроком службы.

Конструктивные особенности и принцип работы торцевых уплотнений

Современные механические уплотнения для высокоскоростных центробежных и вихревых насосов представляют собой полностью готовые, самодостаточные устройства для установки на вал привода в месте его вхождения в корпус рабочей камеры. В зависимости от типа жидкости и условий эксплуатации агрегата можно выбрать уплотнитель, рассчитанный на долговременную работу в определенном скоростном режиме с учетом давления, температуры, вязкости и степени агрессивности рабочей среды. При достаточно высокой стоимости это позволяет избежать переплаты за излишнюю функциональность. В общем случае, в конструкцию механического торцевого уплотнения входят следующие компоновочные элементы:

• корпус;
• пара трения, состоящая из подвижного кольца, зафиксированного на приводном валу, и неподвижного, запрессованного в корпус;
• прижимная пружина;
• вторичное уплотнение, сильфон – прокладки, кольца и другие детали, помогающие обеспечить дополнительный уплотняющий эффект.

Варианты конструкций механических торцевых уплотнений различны и достаточно сложны, все они запатентованы и являются «ноу-хау» производителей. Тем не менее, в них много общего, так как назначение их одинаково. Основное влияние на износостойкость деталей оказывает конструкция и материалы колец пары трения, именно они подвержены наибольшему влиянию всех негативных воздействий от работающего насоса. Образующаяся между кольцами пленка из перекачиваемой жидкости играет роль первичного уплотнения. В конструкциях некоторых торцевых уплотнений для этого может использоваться и специальная барьерная (затворная) жидкость. Ее давление превышает давление в рабочей камере насоса и препятствует утечке перекачиваемой среды. Материалы изготовления колец пары трения – керамика, графит, карбид кремния и вольфрама. Роль вторичного уплотнения – усиление уплотняющей способности детали, защита пары трения от контакта с внешней средой. Материалы изготовления его элементов и сильфона – резина, различные эластомеры, металл. Для изготовления пружины и деталей корпуса используется стойкая к коррозии конструкционная сталь марки 316 (X5CrNiMo17-12).

При комплектации высокоскоростных центробежных и вихревых насосов торцевыми уплотнениями в первую очередь принимаются во внимание условия эксплуатации, определяемые техническими характеристиками рабочей среды, скоростью вращения вала привода, производительностью и напором. Для получения максимально положительного эффекта в условиях конкретного производственного процесса можно использовать следующие виды торцевых уплотнений:

• одинарные, с одной парой трения и прижимной пружиной;
• двойные, скомпонованные из двух уплотнительных элементов по схемам «тандем», «лицом к лицу», «спина к спине»;
• картриджи – автономные неразборные блоки с заводскими настройками и регулировками;
• сильфонные;
• сбалансированные (уравновешенные), создающие минимальное внутреннее давление на элементы компоновки;
• мультипружинные, имеющие в своем составе несколько прижимных пружин.

В отличие от сальников и манжет, механические торцевые уплотнения более износостойки и долговечны. Но их ресурс может быть снижен несоответствием установочным размерам и условиям эксплуатации, неправильной установкой, нарушением соосности вала привода и двигателя. Для недопущения этого при установке торцевого уплотнения следует придерживаться рекомендаций их производителей, изложенных в сопроводительной документации, и пользоваться услугами специалистов.

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 одноименной торговой марки имеет мировую известность, в России реализацию таких торцевых уплотнений ведет официальный дилер производителя – Группа компаний «Насосы и Уплотнения» (Москва). Продажи ведутся в онлайн-режиме самовывозом или с доставкой по адресам покупателей.