Торцовые уплотнения и его элементы

В этом уплотнении вращающиеся  втулки выполнены за одно целое с  гильзой 7 в виде гребней. Гильза прижимается к бурту вала гайкой /, а крутящий момент передается шпонкой 9.

Узлы аксиально подвижных  невращающихся втулок состоят из втулки 8, пружины 6, устанавливаемых в крышке 4 или во втулке 10 и фиксируемых сухарями 11.

Уплотнительные элементы выполнены в виде закладных резиновых   колец   3   и   5   круглого   сечения. Уплотнительная втулка 2 препятствует разбрызгиванию утечки внешней пары   трения.

Через камеру уплотнения циркулирует масло под давлением, несколько превышающим давление  уплотняемой жидкости.

Так как расстояние от рабочего торца  неподвижной втулки до дополнительного кольца сравнительно велико, то в этом уплотнений достигнута большая угловая подвижность невращающихся рабочих втулок.

Насос КВН-55-180СГ с рассмотренными двойными торцовыми уплотнениями хорошо зарекомендовал себя в работе.

 

ОДИНАРНЫЕ  ОХЛАЖДАЕМЫЕ  ТОРЦОВЫЕ  УПЛОТНЕНИЯ

 

Типовая конструкция уплотнений типа ТКО (Т — торцовое уплотнение; К  — комплектное; О — охлаждаемое), разработанных Гипронефтемашем, показана на рис. 44.

Уплотнения типа ТКО предназначены  для установки на центробежных нефтяных насосах параметрического ряда: НК НГК, Н, НГ, НД и НГД, перекачивающих нефтепродукты с температурой до 400° С и давлением уплотняемой  жидкости до 25 kFjcm². Эти уплотнения для валов диаметром 45—95 мм рас считаны на скорость вращения вала до 2950 об]мин.

Уплотнения типа ТКО состоят  из одинарного торцового уплотнения со встроенными импеллером и холодильниками — внешним и внутренним (последний  расположен перед камерой уплотнения). Таким образом, конструкция уплотнения представляет собой полностью собранный узел.

Собственно торцовое уплотнение является одинарным раз груженным уплотнением  с вращающимся узлом аксиально  подвижной втулки.

Вращающаяся рабочая втулка 4 установлена на гильзе Ю на закладном уплотнительном кольце 3 круглого сечения В соответствующих гнездах во втулке расположено несколько пружин 16, обеспечивающих предварительный контакт уплотнительных поверхностей пары трения. Крутящий момент втулке передается двумя штифтами 2, запрессованными в импеллер.

Неподвижная рабочая  втулка 6 установлена в корпусе 14 на уплотнительном кольце 5 круглого сечения и удерживается o проворачивания двумя шлицами, выполненными как одно целого с лабиринтной втулкой 7.

Гильза крепится на валу при помощи клеммового кольца 9 стягиваемого болтом 11с гайкой 23.

Конструкция такого крепления  гильзы, как и способ передачи крутящего  момента от вала к гильзе, аналогичны ранее рассмотренным (см. рис. 39).

Зазор между валом  и гильзой герметизируется закладным уплотнительным кольцом 8 круглого сечения.

На гильзу напрессован  и зафиксирован штифтами 18 импеллер /, представляющий собой винтовое колесо с большим числом лопаток, образуемых при нарезании многозаходной резьбы прямоугольного профиля. Зазор между импеллером и корпусом колеблется от 0,25 до 0,35 мм на сторону в зависимости от размер уплотнения.

При вращении вала импеллер создает перепад давления, благодаря  которому циркулирует уплотняемая  жидкость, заполняющая камеру уплотнения. Камера уплотнения через два штуцера /'> расположенных по обе стороны импеллера, соединена трубками с выносным холодильником 24. В холодильнике, имеющем емкость 4-6 л расположен змеевик, по которому протекает охлаждающая вода.

Весь объем  камеры уплотнения, холодильника и соединяющие их трубок заполнен уплотняемой жидкостью. Давление в этой системе равно давлению, которое имеется в каналах насоса, примыкающих к камере уплотнения.

 

 

При помощи импеллера  весь этот замкнутый объем уплотняемой жидкости постоянно циркулирует, при этом фрикционное тепло от трущейся пары отводится уплотняемой жидкостью, которая в свою очередь охлаждается в выносном холодильнике водой, проходящей через змеевик.

При вращении вала  в  противоположную сторону  движение циркулирующей уплотняемой жидкости, показанное на рис. 44 стрелками, изменит свое направление.

Встроенный в уплотнение холодильник 20 сварной и предназначен для охлаждения вала. Охлаждающая вода подводится к холодильнику и отводится от него по двум штуцерам 17. В холодильнике вода движется двумя потоками, как показано стрелками на рис. 44, а вокруг вала по винтовому каналу, благодаря чему вал интенсивно охлаждается.

Стендовые испытания  холодильника для вала диаметром 90 мм показали его высокую эффективность. На длине холодильника температура вала снизилась до 280° С.

Зазор между валом  и холодильником колеблется от 0,3 до 0,5 мм на сторону и зависит от размера вала.

Уплотнение  типа ТКО крепится к корпусу насоса шпильками с гайками 22, Герметичность соединений между корпусом уплотнения, холодильником и корпусом насоса обеспечивается закладками уплотнительными кольцами 19 круглого сечения.

В камеру между втулками (неподвижной 6 и лабиринтной 7) при необходимости может подводиться вода для образования водяной завесы, которая улучшает отвод фрикционного тепла и смыв утечки в дренажное устройство.

Лабиринтная втулка по всей длине образует вместе с гильзой два щелевых уплотнения лабиринтного типа, которые препятствуют разбрызгиванию утечки, а также служат необходимые гидравлическим сопротивлением для потока утечки в случае внезапного выхода уплотнения из строя (прорыв). Для этой же цели в нижней части корпуса уплотнения предусмотрена дренажная труба большого диаметра, назначение которой — обеспечить быструю эвакуацию прорвавшегося нефтепродукта через уплотнение при внезапном выходе последнего из строя.

Для предотвращения возможного выхода уплотнения из строя на отводящей   трубке  выносного холодильника 24 установлен электроконтактный термометр 25,  автоматически отключающий электродвигатель насоса при повышении температуры (когда оба холодильника не в состоянии снизить температуру при сравнительно большой утечке или когда плохо работает выносной холодильник).

На время  монтажа и демонтажа уплотнения положение его гильзы относительно корпуса фиксируется монтажной скобой 13. Уплотнение устанавливается на вал насоса или демонтируется с него как комплектный, полностью собранный узел.

По окончании  монтажа скобу снимают, а клеммовое  кольцо защищают ограждением 12, прикрепляемым к корпусу, как и лабиринтная втулка, винтами 21.

Коэффициент разгрузки  в паре трения принят 0,65—0,7 для валов всех размеров.

При испытаниях на нефтеперерабатывающих заводах  в условиях перекачки насосами нефтепродуктов с температурой 240— 350°С ряд уплотнений типа ТКО показал хорошие результаты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

 

 Отечественный и зарубежный опыт промышленной эксплуатации торцовых уплотнений показывает, что выбор рациональной конструкции уплотнения не является вполне достаточным условием, обеспечивающим работоспособность уплотнения. Работоспособность в значительной степени зависит также от материалов основных деталей уплотнения, подбирать которые следует особенно тщательно.

 

МАТЕРИАЛЫ ПАР ТРЕНИЯ

 

Решающим фактором, определяющим эффективную работу торцового уплотнения при рационально выбранной конструкции, является правильный подбор материалов трущихся пар уплотнительных рабочих втулок: неподвижной и вращающейся. Материалы рабочих втулок должны быть подобраны с учетом особенности герметизирующей рабочей среды, скорости скольжения, удельных давлений и температуры среды таким образом, чтобы они обладали наибольшей износоустойчивостью.

Подбирая материалы  трущихся пар, необходимо учитывать  не только их антифрикционные свойства. Следует иметь в виду, что вязкость перекачиваемой жидкости также оказывает большое влияние на износостойкость трущихся торцов рабочих втулок, что особенно важно при работе уплотнения на сжиженных нефтяных газах (пропан - бутановые смеси), бензине и керосине, а также на нефтепродуктах.

Это объясняется  тем, что при работе уплотнения на жидкостях с плохими смазывающими свойствами возможен переход к режиму полусухого трения, так как образованная в зоне трения жидкостная смазочная пленка не способна противостоять резким изменениям удельного давления. Кроме того, возможны случаи непродолжительной работы уплотнения всухую. Поэтому при выборе материалов трущихся пар необходимо учитывать их кратковременную работу в режиме сухого трения без выхода уплотнения из строя.

На условия  трения существенно влияет температура  перекачиваемого нефтепродукта и отвод тепла из зоны трения. Неправильно подобранные трущиеся пары (невысокая теплопроводность деталей), а также плохо организованный отвод тепла из зоны трения, резко снижают износостойкость пары и, следовательно, надежность уплотнения в целом.

Это влияние особенно ощутимо при работе пары трения в  химически агрессивных жидкостях. При повышенных температурах активность коррозионных процессов на рабочих  торцах уплотнения значительно возрастает, что приводит к резкому ухудшению качества поверхностей трения и, вследствие этого, к интенсивному износу пары трения.

Таким образом, подбор материалов трущихся пар уплотнения по их антифрикционности, прирабатываемости и теплопроводности, а также по коррозионной стойкости приобретает особо важное значение.

В качестве материалов одной  из уплотнительных втулок (как правило  неподвижной) торцового уплотнения, работающего в среде нефтепродуктов, распространены различного сорта углеграфиты и антифрикционные бронзы.

Эти материалы имеют  высокие антифрикционные свойства. Кроме того, они стойки к изменениям температур, работают всухую без заедания, хорошо прирабатываются, имеют незначительный износ, обладают высокой химической стойкостью, самосмазываются и могут работать без смазки при повышенных температурах. Поэтому на маловязких жидкостях (бензин, сжиженные нефтяные газы) углеграфиты применяют широко и успешно и ограниченно лишь в средах с сильными окислительными свойствами. Отрицательным свойством углеграфитовых материалов является их высокая хрупкость и наличие в некоторых из них открытой пористости.

В настоящее время  в зарубежной практике в качестве основного материала одной из пар трения уплотнения наиболее распространены углеграфитовые материалы. В Англии, США, Японии и в других странах производством углеграфитовых материалов для торцовых уплотнений занимаются множество фирм, которые выпускают их в широком ассортименте. Основным сортом графита японской фирмы «Tanken Carbon» является графит, состоящий из аморфного углерода и кристаллического графита. Аморфный углерод, обладая большой механической прочностью, имеет высокий коэффициент трения. Кристаллический графит, наоборот, при низком коэффициенте трения значительно уступает по прочности и износным качествам аморфному углероду.

Поэтому аморфный углерод  соединяют с кристаллическим  графитом с добавлением специальных  присадок (в зависимости от Уплотняемой  среды и условий работы пары трения). Эти присадки обеспечивают непроницаемость (отсутствие пористости), а также улучшают антифрикционные свойства (самосмазываемость, прирабатываемость) углеграфитового материала. Фирма «Tanken Kogyo Company» в основном применяет пековый метод при производстве изделий из углеграфитов. Спекание выполняется при температуре 900—1000° С при строгом соблюдении технологического процесса. В табл. 1 приведены марки и физико-механические свойства углеграфитовых материалов японской фирмы «Tanken Kogyo Co, Ltd».

В табл. 1 приведены марки  и физико-механические свойства углеграфитовых материалов японской фирмы «Tanken Kogyo Co, Ltd».

При сопоставлении  физико-механических свойств отечественных и зарубежных углеграфитовых материалов (табл. 2) обнаруживается большое сходство. По химическому составу они очень близки и различаются, по-видимому, только специфичностью технологического процесса при их изготовлении. Пористость получаемых в промышленности углеграфитов колеблется в пределах 8—30%. Такой углеграфит невозможно применять для изготовления одной из втулок пары

Таблица 1

Физико-механические свойства углеграфитов японской фирмы «Tanken Kogyo Co.,Ltd»

 

Показатели	Стандартные углеграфиты				Специальные углеграфиты
	A	B	C	D	AQ	CX	CL
Удельный вес, г/см3.  .   .   .     Твердость по Шору .  .  .  .  .    Предел прочности, кГ/см2:  при изгибе .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .      .   сжатии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   Ударная вязкость(по Шарпи), кГ*см/см2.  .  .   .   .   .  .  .  .  .   Коэффициент линейного расширения, · .  .  .  .  .  .   Термостойкость, °С .  .  .  .  .  .      Коэффициент трения . .  .  .  .	1,75-1,8   55-65   450-500 700-800     1,1-1,4       4     250	1,75-1,8   55-65   450-500 700-800     1,1-1,4       4     250	1,72-1,78   85-100   500-550 1500-1800     1,8-2,0       5     250	1,72-1,98   85-100   500-550 1500-1800     1,8-2,0       5     250	1,9-1,95   55-65   450-500 700-800     1,0-1,4     4       250	1,75-1,8   90-100   500-550 1500-1600     1,6-1,8     4,5       400	1,75-1,8   85-100   500-550 1500-2000     1,8-2,0     5       250
	низкий