Торцовые уплотнения и его элементы

По окончании притирки втулки тщательно промывают от абразива мыльной водой с помощью губки.

Технология ручной притирки втулок торцовых уплотнений для центробежных нефтяных насосов, разработанная заводом экспериментальных машин Гипронефтемаша, позволяет получить хорошую плоскостность (до 0,3–0,6 мк) и чистоту обрабатываемой поверхности (11–12 класс чистоты) при сравнительно высокой производительности технологического процесса.

Притирку проводят на трех круглых чугунных плитах, изготовленных из серого чугуна. Размеры плит: диаметр 300 мм, толщина 20–30 мм (не более).

В отличие от метода трех плит (требующего периодически взаимную их притирку) в этом случае каждую плиту периодически подвергают шабровке. При этом поверхность ее контролируют лекальной линейкой.

Перед притиркой рабочий  торец металлических втулок подрезают  на токарном станке до чистоты  6, после чего на первой плите проводится предварительная притирка до исчезновения следов токарной обработки. В этом случае применяют шлифовальный порошок № 280 со смазкой керосином.

На второй плите притирку выполняют до появления серо-матового цвета обрабатываемой поверхности. Притирочная смазка состоит из микропорошока М20 и керосина.

Окончательная притирка поверхности втулок заканчивается  на третьей плите. Притирочный состав состоит из 60% микропорошока М20, 35–38% пыли окиси хрома и 5–2% стеарина. Указанную смесь нагревают до тех пор, пока не расплавится стеарин, а затем, перемешивая, доводят до кашицеобразной массы.

Перед проверкой плоскостности  на притираемую поверхность марлевым тампоном наносят очень тонкий слой смазки, состоящий из пасты ГОИ  и керосина. Затем поверхность  насухо протирают байковой тряпочкой и тщательно промывается бензином.

После каждой притирочной  операции, т.е. после обработки детали на каждой притирочной плите, обрабатываемую поверхность изделия тщательно промывают керосином.

Притирочные плиты периодически проверяют лекальной линейкой.

При соблюдении настоящего технологического процесса притирки металлических втулок, включая втулки с наплавкой твердых сплавов, производительность обработки на одного рабочего составляет около 8 втулок (диаметром примерно 70 мм) за смену.

Технология притирки рабочих торцов углеграфитовых втулок имеет свою специфику. В случае притирки графитовых уплотнительных колец нельзя применять абразивные порошки и притирочные пасты.

В противном случае абразив  довольно легко внедряется в притираемую  поверхность углеграфитового кольца, что в последующем при работе уплотнения приведет к усиленному износу или к задиру трущихся поверхностей пары и, как следствие, к выходу из строя уплотнения.

Этим и определяется технология притирки углеграфитовых деталей. Притирка ведется на тщательно промытых чугунных плитах. На плиту наносят тонкий слой керосина и проводят предварительную притирку. Заканчивают ее на совершенно сухой плите до получения соответствующей плоскостности и чистоты притираемой поверхности.

Аналогичным образом, выполняют притирку пластмассовых уплотнительных колец. Отличие состоит только в том, что вместо керосина применяется вода.

 

КОНТРОЛЬ ПЛОСКОСТНОСТИ

 

Как в Советском Союзе, так и за рубежом применяют  оптический метод контроля плоскостности  притертых поверхностей деталей торцовых уплотнений. Этот метод основан на принципе интерференции световых лучей, проходящих через оптическую (стеклянную или кварцевую) плоско-параллельную пластину, наложенную на контролируемую поверхность.

Круглая стандартная  стеклянная плоско-параллельная пластина типа ПИ (изготовленная в соответствии с ГОСТ 2928-59) может иметь отклонение от плоскостности до 0,1 мк.

При наложении оптической пластины на контролируемую поверхность возникают кольца Ньютона. В зависимости от света, который используется при контроле, кольца окрашиваются в различные цвета. При дневном свете они принимают окраску цветов радуги. Если источник света монохроматический, кольца Ньютона превращаются в темные полосы. Каждое кольцо соответствует неплоскостности около 0,3 мк.

Рис. 48. Контроль плоскости  при помощи стеклянной пластины.

 

Подсчетом числа колец, пересеченных условной радиальной прямой а–а (рис. 48), определяется неплоскостность контролируемой поверхности в радиальном на правлении. По расположению колец Ньютона по отношению к точке поворота стеклянной пластины относительно образца можно судить о плоскостности проверяемой поверхности (выпуклости или вогнутости). На рис. 48 показано расположение колец Ньютона при повороте пластины вокруг точек б и в. В точке б положение колец соответствует выпуклой поверхности контролируемой плоскости в данном месте, а в точке в – вогнутой поверхности. Соломенный цвет всего образца при освещении дневным светом соответствует отклонению от плоскостности на 0,1–0,2 мк.

Фирма «Flexibox» контроль плоскостности контактирующих поверхностей торцовых уплотнений также осуществляет оптическим методом с использованием монохроматического источника света.

Оптический прибор фирмы  «Flexibox», показанный на рис. 49, имеет 45-ваттную натриевую лампу с экраном из отожженного матового стекла, которое дает рассеянный монохроматический свет. Ламповый шкаф 1 снабжен поворотной створкой для удобства осмотра и протирки стеклянного экрана. Контролируемые детали ставят на полку 3, которая расположена прямо под источником света, причем проверяемую поверхность устанавливают кверху Полка может принимать различные положения, что дает возможность размещать детали различных размеров по высоте. Отделение 4 предусмотрено для хранения электрооборудования. Прибор имеет следующие габаритные размеры: 610×330×280 мк.

 

 

Для проверки плоскостности  плоскопараллельную пластину 2 (калибр) ставят на проверяемую деталь оптически ровной стороной. При этом если смотреть на поверхность калибра, то должны быть видны интерференционные полосы. При отсутствии полос калибр следует заменить. Качество поверхности определяется характером расположения полос.

Рис. 49. Оптический прибор фирмы "Flexibox"

 

Совершенно плоская  поверхность не дает полос, если калибр расположен абсолютно параллельно проверяемой поверхности. Однако в обычных условиях невозможно получить такую плоскостность, так как даже наличие частички атмосферной грязи достаточно для того, чтобы калибр слегка наклонился, а это создает клиновидную пленку между поверхностью калибра и проверяемой плоскостью. Оптические полосы, полученные таким образом, представляют собой линии, которые соединяют все точки, где толщина клина одинаковая. Каждая полоса показывает, что толщина клина изменилась приблизительно на 0,3 мк.

Другими словами, полосы – это контурные линии контролируемой поверхности, при этом калибр берется за базу. На рис. 50 показаны шесть наиболее распространенных случаев расположения контурных линий при контроле плоскостности интерференционным оптическим методом. Ряд прямых параллельных и равнорасположенных линий (рис. 50, а) показывают, что поверхность имеет плоскостность в пределах 0,03 мк. Чем больше отклонение, тем больше будет их число и тем меньше будет расстояние между ними. Кривые линии (рис. 50, б) показывают, что поверхность недостаточно плоская. Кривые расположены под прямым углом к направлению уклона. Их можно использовать для оценки степени плоскостности простым подсчетом количества линий, если последние пересекутся воображаемой (условной) линией, касательной к одной из кривых и перпендикулярной к направлению уклона. Каждое пересечение касательной с линией составляет отклонение от плоскостности примерно 0,3 мк. Ряд неравномерно расположенных концентричных кругов (рис. 50, в)

 

Рис. 50. Возможное расположение полос при контроле плоскости интерференционным оптическим методом.

 

указывает, что поверхность  сферическая. Четыре видимых линии (от центра до края) показывают, что  поверхность имеет вогнутость или  выпуклость примерно 1,2 мк на длине радиуса проверяемой поверхности. Кривизну можно определить, наклоняя (поворачивая) пальцем край плоско-параллельной пластины. Если центр кривизны волн удаляется от пальца, то поверхность выпуклая, если же центр кривизны движется в противоположную сторону, то поверхность вогнутая. Пример на рис. 50, г иллюстрирует случай, когда самая высокая (нижняя) точка поверхности не совпадает с геометрическим центром.

При оценке плоскостности  проверяемой поверхности следует руководствоваться кривизной полос. Чем она больше, тем больше отклонение от идеальной плоскостности. На рис. 50, д приведем пример из бесчисленного количества вариантов случая (см. рис. 50, б), который встречается в практике. Овальная форма полос показывает, что исследуется какой-то «бугор» или «впадина», увязанные с вогнутостью или выпуклостью поверхности. По ранее описанному методу (см. рис. 50, в) можно определить контур для данного случая. Случай, приведенный на примере рис. 50, е, показывает, что центральная часть проверяемого образца плоская в пределах приблизительно 0,03 мк, а края скруглены. Наиболее часто встречающейся в практике причиной этого случая является неправильная технология притирки контролируемой поверхности. Слишком сильное прижатие детали к притирочной плите во время притирки приводит к «заваливанию» краев у притираемой детали и к искривлению ее поверхности.

 

НАПЛАВКА ТВЕРДЫХ  СПЛАВОВ ТИПА СТЕЛЛИТ-СОРМАЙТ

 

Применение твердых  сплавов в качестве материалов для  наплавки на рабочие торцы одной из контактируемых пар трения торцового уплотнения рассматривались ранее. Были указаны условия работы трущихся пар торцового уплотнения, при которых целесообразна наплавка твердыми сплавами контактирующей поверхности одной из пар трения уплотнения. Однако практика изготовления и эксплуатации торцовых уплотнений показывает, что очень часто приходится отказываться от применения твердых сплавов в паре трения, так как в процессе наплавки сталкиваются с значительными трудностями.

Последние вполне преодолимы, если строго соблюдать технологический  процесс наплавки деталей. Наплавку твердых сплавов на детали горячих центробежных нефтяных насосов и на детали других нефтяных машин широко применяют в нефтяном машиностроении. На основе работ, выполненных сварочной лабораторией Гипронефтемаша, разработана технология и составлены инструктивные материалы по наплавке. Однако, как правило, заводы испытывают значительные трудности при выборе способа и освоении технологии наплавки новых объектов. На машиностроительных заводах, особенно на нефтеперерабатывающих заводах, часто применяют различные недостаточно совершенные способы и технологические приемы для наплавки деталей, что приводит к большому браку деталей и снижению их эксплуатационных качеств.

На уплотнительные поверхности  рабочих торцов вращающихся втулок торцовых уплотнений литые твердые  сплавы наплавляют электродуговым способом, для чего изготовляют электроды из стержней этих металлов со специальными обмазками. Покрытые стержни просушивают при комнатной температуре в течение 24 ч, после чего прокаливают при температуре 350°С в течение 45 мин.

 

Рис. 51. Форма подготовки уплотнительного выступа

 

Наплавка твердых сплавов – стеллита ВЗК и сормайта № 1 на втулки торцовых уплотнений может быть выполнена в несколько слоев (4–5) в канавку глубиной 1 мм (рис. 51, а) или в два слоя в канавку глубиной 3 мм (рис. 51, б).

Поверхность под наплавку должна быть чистой, обработанной под  5. Дефекты, в виде литейных раковин, загрязнений и прочих, не допускаются и должны быть вырублены и заварены электродами того же химического состава (как и основной металл).

Перед наплавкой детали, независимо от марки стали, из которой  они изготовлены, нагреваются в  термической печи до 650–700°С. Нагретую деталь быстро вытаскивают из печи и устанавливают на специальном приспособлении, позволяющем свободно поворачивать деталь по мере наплавки.

Наплавку выполняют  на постоянном токе при обратной полярности (плюс на электроде). Сила тока назначается в зависимости от диаметра стержня электрода и массы детали, а также от принятой технологии. Температура нагрева деталей в продолжении всего процесса наплавки поддерживается на уровне 400–500°С; наплавка производится быстро и без больших перерывов с минимальной их длительностью с тем, чтобы в продолжении всем процесса на наплавляемом участке в зоне дуги непрерывно поддерживалась ванна жидкого металла.

После окончания наплавки поверхность очищают от шлака  молотком (обстукиванием), зубилом и металлической щеткой и осматривают. При наличии дефектов (недоплавов, глубоко залегающего шлака и прочих) деталь необходимо снова нагреть в печи (до 600–650°С), после чего исправлять дефект (подплавлять) Исправление дефектов непосредственно после их выявления на деталях с температурой ниже 400–500°С, совершенно недопустимо, так как это неизбежно приводит к образованию трещин в сплаве.

Проверенную на отсутствие дефекта деталь загружают в термическую печь для выравнивания нагрева по всему сечению.

Детали, изготовленные из углеродистой и хромоникелевой стали типа 18-8, после нагрева до 600–650°С и выдержки охлаждают вместе с печью до 500°С, после чего извлекают из печи и помещают в ящик с сухим песком.

После токарной обработки наплавленные твердыми сплавами детали обычно шлифуют. Рекомендуется при наличии производственных возможностей весь наплавленный слой шлифовать. Сормайт № 1 и стеллит ВЗК шлифуют теми же абразивами и на тех же режимах, как и закаленную на высокую твердость инструментальную сталь.

На обработанных после  наплавки поверхностях втулок торцевых уплотнений не допускаются никакие  дефекты – трещины, газовые поры и шлаковые включения. Твердость наплавленных поверхностей должна быть в пределах HRC 40–50 для стеллита ВЗК и HRC 45–55 для сормайта № 1.