В промышленном производстве при эксплуатации трубопроводов, различных видов насосов неизбежно возникают потери перекачиваемых жидкостей. Предупреждению этих случаев служат многочисленные уплотнения, один из которых и будет подробно рассмотрен в данной статье.
Уплотнение сальников насосов
Современное насосное оборудование комплектуется большим количеством элементов. При этом специфика работы требует уделять повышенное внимание нормальному и бесперебойному функционированию изделий в целом. Уплотнение сальников насосов ввиду простоты своей конструкции и легкости применения используется намного чаще остальных уплотнительных устройств.
Эксплуатационные требования
Рабочее колесо всех разновидностей насосного оснащения работает благодаря мотору. Чаще всего он электрический. Через механическую муфту передается энергия от вала двигателя на рабочее колесо, что и приводит его в движение. Сам же вал выходит за пределы корпуса оборудования, что делает оболочку негерметичной. Потому неизбежны потери рабочей жидкости.
Если же использовать уплотнение сальников насосов, то утечки перекачиваемой жидкости можно избежать. Используются следующие технологии:
Набивное (сальниковое) уплотнение. Представляет собой кольцо из волокнистого материала.
Манжетное. Для такого уплотнения применяются эластичные материалы, которые могут быть армированы для увеличения жесткости. Используется для монтажа в насосном оборудовании с малой скоростью вращения вала.
Торцевое. Состоит из двух колец, плотно расположенных друг к другу на валу. Одно из них вращается вместе с валом, а другое остается полностью неподвижным.
Щелевое. Второе название – лабиринтное. Считается самым надежным современным видом уплотнения. Представлено в виде кольца из мягкого сплава. Применяется в многоступенчатых насосах, где использование других технологий может существенно повлиять на КПД.
Помимо этого, существуют приборы, не требующие уплотнений, такие как насосы с магнитной муфтой и мокрым ротором.
Описание сальниковых уплотнителей
Щелевые материалы наиболее часто применяются для обеспечения герметичности погружных насосов. К ним не предъявляются особые требования по утечке жидкостей. Здесь большую роль играет длительность эксплуатации.
Уплотнение сальников насосов появилось практически в одно время с самим оборудованием для перекачки жидкостей. Это своеобразные кольца из волокнистого материала, которые находятся в сальниковой основе, откуда и пошло их название. Набивка должна смачиваться транспортируемой по трубопроводам жидкостью. Это необходимо для охлаждения и смазки сальника. Само же смачивание чревато потерями жидкости. Час работы насоса предполагает потерю 1-15 л воды. Если же набивка не будет смачиваться, то материал потеряет целесообразность использования, быстро «выгорит».
Необходимо постоянно обслуживать сальники. Компрессоры и насосы при этом можно не разбирать, что и является одним из существенных преимуществ уплотнителей. Самообслуживание представляет собой периодическое «подтягивание» манжета.
Типичные вариации уплотнений для насосного оснащения
Современный рынок предлагает различные уплотнения для насосов; типичные сальники представлены двумя основными видами:
Набивка армированная с одной кромкой. Основное назначение – предотвращение потерь перекачиваемой жидкости.
Манжеты армированные пыльником и одной кромкой. Используются для защиты самого соединения от пыли и грязи. Также не позволяют жидкости покидать систему транспортировки.
Если рассматривать способ производства, то можно выделить сальники:
с формованной кромкой;
с кромкой, прошедшей механическую обработку.
В зависимости от типа используемой резины бывают такие манжеты:
На основе бутадиен-нитрильного каучука. Изделия производятся из 1, 2 и 3 класса резины. Характеризуются относительно высоким порогом отрицательной температуры эксплуатации (-30, -45, и -60 °C соответственно).
На базе фторкаучука. Сырье – резина групп 1 и 2. При перекачке минерального или трансмиссионного масла выдерживают температуру до 170 °C.
Из силиконового каучука. При изготовлении используется резина исключительно 1 группы. Нижняя граница рабочей температуры набивки -55 °C.
Как правило, современные манжеты идут в комплекте с пружинами. Они пригодны для уплотнения на валах разного диаметра.
Пружина может поставляться отдельно от сальника, если предполагается работа с валом до 20 мм или более 120 мм.
Набивка сальниковая: эксплуатационные свойства, для каких насосов лучше использовать
Как правило, манжеты отличаются от других уплотнителей своей гибкостью, пластичностью. Высокая износостойкость также является существенным преимуществом изделий. Незначительное воздействие на вал расширяет сегмент применения.
Эксплуатационные характеристики напрямую зависят от структуры уплотнителя и состава, который применялся на производстве. В зависимости от плетения бывают диагональные (сквозные и комбинированные) сальники и одно- многослойные (имеется в виду структура сердечника). По составу манжеты бывают:
асбестовые и безасбестовые;
сухие и пропитанные (в качестве пропитки используются жировые, графитные и клеевые смеси);
армированные и неармированные.
Используются сальники для уплотнения соединения центробежных, поршневых насосов и гидравлических прессов. Набивка может применяться и в плунжерном оснащении для перекачки жидкой среды. При монтаже изделия стоит не забывать, что насосы с сальниковыми уплотнениями будут пропускать определенное количество жидкости, упомянутое выше.
Графито-керамические уплотнители
Это один из видов манжетов для насосного оборудования. Применение такого типа уплотнения полностью исключает попадание рабочей жидкости в мотор оснащения. Где же применяются сальники уплотнения графито-керамические? Насосов воды, к которым подходит торцевое уплотнение, не так много. Как правило, сегмент применения ограничивается лишь поверхностными механизмами.
Срок службы может достигать 10 лет. При этом стоит придерживаться правильной эксплуатации насосной станции. Основные требования, выдвигающиеся в момент работы оборудования:
Отсутствие «сухого хода». Категорически запрещено держать насос в режиме «вкл», если в системе нет жидкости.
Лучше всего перекачивать максимально очищенную субстанцию. Присутствие примесей сокращает срок службы манжета.
Обязательно нужно придерживаться температурного режима.
Преимущества сальников для насосов с водяным уплотнением
Манжет оборудования для перекачки воды выглядит, как плетеная шнуровка квадратного сечения. Асбестовая (хлопковая или лубяная) нить может иметь включения из медной или латунной проволоки. Сальники насосов с водяным уплотнением имеют сердечник, изготовленный из свинца. Размер ленты 5*0,5. Вместо нее может использоваться плетение из 4 свинцовых проволок.
Применяются сальники с водяным уплотнением, как правило, со стороны всасывания. Но не исключено их использование и с противоположного бока. Размер набивки напрямую связан с диаметром вала. Максимальное число колец уплотнителя – 5.
Как выбрать сальник
Подбор уплотнителей ведется по ряду характеристик. Без сомнений, наиболее важным остается вопрос надежности. Среди прочих, немаловажных критериев рассматривается стоимость. Дополнительные параметры, учитывающиеся при выборе устройств:
количество часов эксплуатации;
затраты, которые возникнут в случае ремонта.
Кроме того, подбор уплотнений для насосов осуществляется с учетом типоразмеров. К ним относятся внешний и внутренний диаметры, высота и толщина основы.
Что говорят потребители
Многие уже сталкивались с монтажом сальника для одноступенчатого насоса. Зачастую отмечается универсальность набивки. Использование уплотнителей не ограничивается высокоскоростными валами.
Отмечается, что уплотнение сальников насосов со смазкой на основе силикона проявляет большую термическую устойчивость.
Вариации с высоким содержанием углерода существенно уменьшают степень расширения при увеличении температуры перекачиваемой жидкости. А арамидные волокна со специальной пропиткой из PTFE позволяют сальнику работать в агрессивной среде на химическом производстве, ТЭЦ и в бумажной индустрии.
Уплотнения валов насосов
1. Сальниковая набивка (I поколение уплотнений)
Это одно из самых простых и недорогих уплотнений вала, которым пользовались не одно столетие и пользуются до сих пор.
Конструктивно представляет собой шнур 1, который укладывается в канавку корпуса насоса 3 вокруг вала и поджимается каким-либо способом (уплотняется крышкой сальника 2, которая затягивается винтами к корпусу насоса).
Название «сальниковая набивка» сохранилось со времен, когда в качестве уплотнительного шнура служила веревка пропитанная жиром.
В настоящее время, для уплотнения этого типа используются специальные шнуры, изготовленные из различных материалов и пропитанных специальными пропитками, в зависимости от перекачиваемой жидкости и рабочей температуре.
Данные уплотнения могут работать, если набивка постоянно находится в смоченном состоянии, для чего ее затягивают до такого состояния, чтобы при работе насоса через нее капала жидкость. Если затянуть набивку слишком сильно, то это может привести к перегреву сальникового узла и разрушению набивки. В связи с чем, такое уплотнение не может гарантировать полной герметичности.
Применяется одинарная сальниковая набивка и двойная.
Одинарная работает с жидкостями до +95°С, двойная до +140°С и более.
Особенностью эксплуатации двойного сальнака служит необходимость подвода затворной жидкости в камеру между уплотнениями. При этом давление затворной жидкости должно быть на 0,5 атм выше, чем давление в насосной части. На рисунке показано устройство двойного сальникового уплотнения.
– графитовые, на основе армированной фольги сечение от 3мм до 50мм
Такие сальниковые набивки обладают высокой упругостью, хорошей пластичностью при обжатии, имеют низкий коэффициент трения, высокую теплопроводность , исключают коррозионный и механический износ рабочей поверхности.
Применяются для использования в водяных насосах.
– из синтетических волокон сечение от3мм до 50мм
Набивки из синтетических волокон обладают высокой механической прочностью и стойкостью к абразивным средам. Они рекомендуются к применению в нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной промышленности.
– фторопластовые (на основе экспандированного фторопласта) сечение от 3мм до 50мм
Фторопластовые набивки стойки к агрессивным средам, практически не имеют холодной текучести, при обжатии очень пластичны. Они рекомендуются к применению в фармацевтической, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической промышленности.
Исключение составляют фторсодержащие жидкости.
-фторопластовые графитонаполненые (на основе экспандированного графитонаполненного фторопласта) сечение от 3мм до 50мм
Графитонаполненые сальниковые набивки обладают хорошей химической стойкостью во всех средах, высокой теплопроводностью, низким коэффициентом трения, высокой упругостью и пластичностью, практически не имеют холодной текучести.
Прочность этих набивок достигнута путём вплетения в угловую оплётку армидного волокна (кевлара)- это даёт возможность использовать данные набивки для надёжной герметизации оборудования служащего для перекачки сред содержащих абразивные частицы, песок, а также среды способные к крестализации. Они рекомендуются к применению в фармацевтической, пищевой, химической промышленности и энергетике.
– комбинированные (графит-фторопласт) сечение от 3мм до 50мм
Комбинированые набивки обладают высокой пластичностью, упругостью, имеют низкий коэффициент трения, наиболее долговечны в эксплуатации благодаря угловой оплётке, которая обеспечивает упрочнение набивки, исключая выдавливание материала зазоры сальника.
2. Манжетные уплотнения (II поколение уплотнений)
Эти уплотнения являются альтернативой сальниковой набивки и появились после изобретения резины.
По конструкции представляет эластичную манжету, надетую на вал насоса, уплотнитель которой герметизирует вал за счет установленного пружинного кольца и давления жидкости в корпусе насоса .
Обычно, при установке в насосах, температура перекачиваемой жидкости не превышает +70. 90°С
Изготавливаются из резины различных марок:
– этилен-пропиленового каучука (EPDM) – для пищевой промышленности и щелочных жидкостей,
– нитриловой резины (NBR) – при перекачивании ГСМ,
– фторкаучуковой резины (Viton, FPM) при перекачивании кислотосодержащих жидкостей.
Манжеты могут изготавливаться в 4 исполнениях в соответствии с ГОСТ 8752-79.
Пример обозначения: 1.2-dxD, где 1.2 исполнение манжеты, d – диаметр вала, D – диаметр посадочного места в корпусе насоса.
Различаются:
– по типу манжеты (первая цифра): 1 – без пыльника, 2 с пыльником
– по исполнению манжеты (вторая цифра): 1 – с рабочей кромкой, полученной механической обработкой, 2 – с формованной рабочей кромкой.
Могут устанавливаться как по отдельности, так и последовательно по несколько штук.
3. Торцевые уплотнения (III поколение уплотнений)
Такие уплотнения называют еще механическими. Торцевые уплотнения представляют собой сборочную единицу, состоящую из 2 основных частей: неподвижного элемента (кольцо 6 и уплотнительный элемент 7), который крепится в корпусе насоса и уплотняет место установки, и подвижного, который крепится на валу и герметизирует вал (состоит из резинового сильфона 2, кольца 5 и пружины 4). Между этими элементами находятся 2 кольца из композитных материалов или керамики (поз. 5, 6), которые имеют в месте контакта прецизионные поверхности, по которым и идет уплотнение между подвижным и неподвижным деталями.
На чертеже, для наглядности, показано рабочее колесо насоса (поз. 1) и корпус насоса (поз. 2).
Торцевые уплотнения имеют большой срок службы и практически не дают утечек (утечки составляют менее 0,1 см3/ч).
Различают 3 вида установки торцевых уплотнений:
– одинарное торцевое уплотнение.
Это самая распространенная схема. Применяется, если не требуется полной герметичности и достаточно рабочей температуры до +95…+140°С.
Утечки, хоть и небольшие, но все же существуют в любом уплотнении. Для воды и неагрессивных жидкостей это не принципиально, но если требуется перекачка ядовитых или химически активных жидкостей, то даже утечки менее 0,1 см3/час, могут привети к скапливанию в помещении паров этих жидкостей.
Для того, чтобы этого избежать, используют двойное торцевое уплотнение.
– двойное торцевое уплотнение по схеме «спина к спине»
Такое уплотнение применяется при перекачивании взрывоопасных или ядовитых жидкостей, утечки паров которых не допустимы. Также эта схема применяется при перекачивании жидкостей, которые могут при высыхании «склеить» рабочую пару уплотнения (например, сахарные сиропы и т.п.). Для работы такого узла уплотнения требуется подвод затворной жидкости, давление которой должно быть больше чем в насосе не менее чем на 0,5 атм).
Уплотнения этого типа могут работать до температуры +140…+200°С.
– двойное торцевое уплотнение по схеме «тендем».
Применяется, когда подвод затворной жидкости к узлу уплотнения извне невозможен. Для работы возможно изготовление автономного бачка с жидкостью для охлаждения узла уплотнения.
Уплотнения этого типа могут работать до температуры +140°С.
Существует много типов торцевых уплотнений. Приводим фото одного из них (серии Т2100). Принцип работы остальных схожий. Отличаются, в основном, материалами сильфона, эластомеров, материалами колец и монтажными размерами.
Сильфон может быть выполнен из металла или из резины различных марок.
Кольца могут быть изготовлены из керамики, карбида кремния, графита.
Срок службы правильно подобранного торцевого уплотнения может быть 5 и более лет. Уплотнения не требуют обслуживания.
Нормально сальники центробежных насосов имеют мягкую набивку, материалом для которой служит пенька, хлопок, бумажная пряжа, асбестовый шнур, пропитанные салом вместе с графитом. Сальник со стороны всасывания снабжается водяным затвором, состоящим из кольца, к которому подводится жидкость из напорной линии, чем закрывается доступ воздуха внутрь насоса. В кислотных насосах подобный затвор осуществляется специальной жидкостью. При нагнетании жидкости с повышенной температурой сальники обязательно имеют охлаждающие рубашки.
