Торцовые уплотнения и его элементы

Крутящий момент от вала к рабочей втулке передается следующим  образом. Установочное кольцо плотно прижимает цилиндрическую часть сильфона к валу так, что между этими деталями не может быть проскальзывания. Выступы 11установочного кольца входят в соответствующие прорези в стакане, который в свою очередь имеет выдавленные шлицы 9, входящие в соответствующие пазы вращающейся втулки.

Рис. 30. Одинарное торцовое уплотнение фирмы “Crane Packing”.

 

Пружина действует на стакан, который в свою очередь через нажимной диск и сильфон передает усилие на вращающуюся втулку. Дисковая часть сильфона зажата усилием пружины (при работе добавляется сила от гидростатического давления уплотняемой среды) между рабочей втулкой и нажимным диском, благодаря чему обеспечивается герметичность сопрягаемых поверхностей этих деталей.

Отличительная особенность  уплотнений этого типа – высокая, осевая и угловая подвижность сильфона. Вращающаяся втулка во время работы постоянно контактирует с неподвижной втулкой, а все угловые и осевые колебания вала компенсируются сильфоном. При этом цилиндрическая часть сильфона во время работы не меняет своего положения относительно вала. Износ рабочих торцов 6 также компенсируется сильфоном.

Одинарное разгруженное торцовое уплотнение английской фирмы «Crane Packing» показано на рис. 30. Такое уплотнение, рассчитанное на тяжелые условия работы, выпускают в двух вариантах: с уплотнительными кольцами круглого сечения из резины для рабочих температур от –40 до +100° С и с уплотнительными клиновидными элементами из фторопласта для рабочих температур от –100 до ,+250° С.

Максимальное давление уплотняемой жидкости может достигать 105 кГ/см² для вала диаметром 40 мм. С увеличением диаметра допустимое давление уменьшается.

Подобные уплотнения выпускают серийно для валов диаметром 15 – 100 мм, а по индивидуальным заказам для валов диаметром до 450 мм.

Конструкция уплотнения ясна из чертежа.

Характерной особенностью такого уплотнения является применение невращающейся рабочей втулки с  проточкой для улучшения отвода тепла от пары трения. Кроме того, конструкция углеграфитовой вращающейся втулки такова, что при работе в ней возникают только напряжения сжатия.

Рис. 31. Универсальное  торцовое уплотнение фирмы “John Crane".

 

В последние годы во многих ведущих зарубежных фирмах наметилась тенденция к созданию «универсальных» уплотнений, позволяющих при сохранении основных деталей уплотнения выпускать их в различных конструктивных вариантах в зависимости от рабочих условий. Такое решение позволяет увеличить серийность производства основных деталей и одновременно сохранить требуемое потребителями разнообразие номенклатуры. Подобное «универсальное» одинарное торцовое уплотнение фирмы «John Crane» схематично изображено на рис. 31. Уплотнение имеет вращающуюся аксиально подвижную втулку, являющуюся самостоятельным сборочным узлом. Конструктивные варианты этого Уплотнения видны из рисунка. Уплотнение может быть как разбуженным, так и неразгруженным.

Как упоминалось выше, наличие в конструкции аксиально  подвижной втулки, как самостоятельного сборочного узла, представляет определенные удобства в процессе монтажа или демонтажа уплотнения. Однако и при такой конструкции установка уплотнения на валу насоса и определение его правильного место положения в осевом направлении сопряжены с некоторыми не удобствами. Указанный недостаток ликвидируется в так называемых «комплектных» уплотнениях. Такие уплотнения представляют собой единый сборочный узел, монтируемый на валу насоси в полностью  собранном виде.

Рис. 32. Комплектное одинарное торцовое уплотнение фирмы "John  Crane"

 

Подобное уплотнение  фирмы  «John  Crane»  представлено ни рис. 32. Уплотнения такого типа имеют, как правило, гильзу, которой смонтирован узел аксиально подвижной втулки. Гильза, установленная на валу насоса, связана с корпусом уплотнения! монтажными приспособлениями (скобой, монтажным кольцом! и др.). В уплотнении (см. рис. 32) гильза крепится к валу установочной втулкой, в которой в два ряда расположены установочные винты.

Винты первого ряда крепят установочную втулку к гильзе! а винты второго ряда — к валу. При монтаже уплотнения установочную втулку крепят к гильзе, а между втулкой и корпусом! уплотнения устанавливают дистанционное кольцо, при помощи! которого автоматически выдерживается заданный зазор меж/1\| втулкой и корпусом в процессе сборки. После установки уплотнения дистанционное кольцо снимают, а установочную втулку окончательно прикрепляют к валу.

Рис. 33. Торцовое уплотнение грузового судового насоса фирмы "Worthington"

 

Зазор между гильзой и валом уплотняется кольцами круглого сечения  из эластичных материалов,  а  также  манжетами  и  другими деталями.

В комплектных уплотнениях  узел крепления гильзы к валу вынесен за пределы корпуса уплотнения. Поэтому при монтаже В демонтаже уплотнения не требуется разбирать какие-либо другие узлы насоса, кроме подшипников и муфты.

Когда в полостях насоса, примыкающих к торцовым уплотнениям, давление ниже атмосферного, т. е. имеется  вакуум, принимаются меры для предотвращения возможности попадания воздуха в насос через зазор между уплотняющими поверхностями рабочих втулок. Для этого, как правило, камеру уплотнения соединяют трубками или сверлениями в корпусе с полостями насоса, в которых давление выше атмосферного. Камера уплотнения отделяется от примыкающей полости насоса, где давление ниже (атмосферного, щелевым уплотнением, образовываемым грундбуксой и валом или деталями самого торцового уплотнения. Перекачиваемая насосом жидкость циркулирует через камеру уплотнения. Щелевое уплотнение ограничивает количество перетекаемой жидкости и служит необходимым гидравлическим сопротивлением, поддерживающим в Камере уплотнения давление выше атмосферного. На рис. 33 Показано уплотнение, примененное в грузовом судовом насосе фирмы «Worthington». В нем щелевое уплотнение образуют вращающаяся втулка и корпус уплотнения, радиальный зазор между которыми невелик. Перекачиваемая насосом жидкость из нагнетательной спирали подводится в камеру уплотнения. Таким образом, в зоне зазора между рабочими втулками поддерживается давление выше атмосферного и Исключается возможность попадания воздуха в насос через торцовое уплотнение.

В центробежных магистральных  насосах, перекачивающих Нефть по трубопроводам  и являющихся крупными (мощность привода до 5000 квт) и ответственными машинами, применяют так называемую каскадную установку двух одинарных торцовых уплотнений. Уплотнение фирмы «John Crane» такого тина (рис.34) Является по существу сочетание уплотнений 1 и 2, рассмотренных ранее (см. рис. 26 и 29). Основное из них уплотнение 1, а уплотнение 2 образует замкнутую полость, заполненную маслом. Наличие масла за уплотнением 1 улучшает условия его работы, так как под действием центробежных сил масло стремится попасть и зазор между рабочими втулками, что способствует улучшению смазки пары трения. Замкнутая полость между уплотнениями / И 2 соединена  трубкой  с  масляным бачком, уровень  в  котором примерно на 0,8-1,0 м выше оси насоса. На этом бачке смонтирован также соответствующий датчик, контролирующий величину утечки  через  уплотнение /.   Находящееся   в замкнутой   полости масло охлаждается встроенным холодильником.

Уплотнение, показанное на рис.  34, комплектное и смонтировано на общей  гильзе.

Двойные торцовые уплотнения в большинстве  случаев представляют собой сочетание  двух одинарных уплотнений, смонтированных в противоположные стороны и образующих таким образом замкнутую камеру. Через эту камеру циркулирует уплотнительная жидкость под давлением на 0,3—2,0 кГ/см² выше, чем давление жидкости перед уплотнением.

Рис. 34. Торцовое уплотнение фирмы «John  Crane»  для центробежного магистрального насоса

 

Обычно применяют циркуляционную систему подачи уплотнительной жидкости от вспомогательных насосов.

Конструкция двойного торцового уплотнения японской фирмы «Tanken Kogyo» представлено на рис. 35. В этом уплотнении комбинируются два одинаковых одинарных разгруженных уплотнения с вращающимися узлами аксиально подвижных втулок. Уплотнение предназначено для восьмиступенчатого центробежного насоса с диаметром вала 95 мм. Давление жидкости перед уплотнением 10 кГ/см², температура +180°С, скорость вращения вала 3000 об/мин.

Давление масла, циркулирующего через  камеру уплотнения, на 1—2 кГ/см² выше давления уплотняемой жидкости, температура масла обычная комнатная; масло прокачивается в количестве 60—180 л/ч.

Материалы рабочих втулок: вращающейся  — нержавеющая сталь с наплавкой  рабочего торца стеллитом, неподвижной  — углеграфит. Уплотняющий элемент аксиально подвижной втулки пополнен в виде манжет из фторопласта, а уплотняющий элемент неподвижной втулки — из витона.

Конструкция уплотнения ясна из чертежа, и дополнительные пояснения не требуются.

В двойных торцовых уплотнениях  внутренняя, примыкающая проточной части насоса, пара трения воспринимает небольшой перепад давлений, равный разности между давлениями уплотнительной и уплотняемой жидкостями.

Наружная пара, примыкающая к атмосфере, воспринимает больший перепад давлений, равный давлению уплотнительной жидкости в камере уплотнения. Поэтому эту пару выполняют, как правило, разгруженной.

Когда двойное уплотнение образуется из двух уплотнений, реющих одну пружину, то последняя объединяется и является Общей для обоих уплотнений. Такое  двойное торцовое уплотнение I резиновыми сильфонами и одной пружиной английской фирмы [.Crane Packing» изображено на рис. 36.

Существуют конструкции двойных  торцовых уплотнений с невращающимися узлами аксиально подвижных рабочих  втулок. Конструкция уплотнения этого  типа, применяемого в газовом компрессоре  для вала диаметром 100 мм при скорости его вращения В000 об[мин и давлении газа до 10 кГ/см², показана на рис. 37. В этом уплотнении эффективно решена система отвода фрикционного тепла.

Недостатком большинства  конструкций двойных торцовых уплотнений является их сравнительно большие осевые габариты. В представленном на рис. 38 двойном торцовом уплотнении японской  фирмы «Torishima» сделана попытка уменьшить осевые жидкости в камере уплотнения. Поэтому эту пару выполняют, как правило, разгруженной.

 

Рис. 35. Двойное торцовое уплотнение фирмы "Tanken Kogyo"

 

Когда двойное уплотнение образуется из двух уплотнений, реющих одну пружину, то последняя объединяется и является Общей для обоих уплотнений. Такое двойное торцовое уплотнение I резиновыми сильфонами и одной пружиной английской фирмы [.Crane Packing» изображено на рис. 36.

Существуют конструкции  двойных торцовых уплотнений с невращающимися узлами аксиально подвижных рабочих втулок. Конструкция уплотнения этого типа, применяемого в газовом компрессоре для вала диаметром 100 мм при скорости его вращения В000 об[мин и давлении газа до 10 кГ/см², показана на рис. 37. В этом уплотнении эффективно решена система отвода фрикционного тепла.

Недостатком большинства  конструкций двойных торцовых уплотнений является их сравнительно большие осевые габариты. В представленном на рис. 38 двойном торцовом уплотнении японской фирмы «Torishima» сделана попытка уменьшить осевые размеры за счет расположения уплотнении одно над другим. В этом отношении, имеющем невращающиеся узлы аксиально подвижных втулок, вращающиеся втулки объединены в одну деталь подвижные втулки 2 я 3 прижимаются пружинами 4 к 5. Через камеру уплотнения циркулирует уплотнительная жидкость.В остальном конструкция уплотнения ясна из чертежа.  Уплотнение, показанное на рис. 38, предназначено для установки в насосах и аппаратах при давлении до 5 кГ/см² и температуре от —10 до _t+100° С, когда в уплотняемой жидкости содержатся  концентрированные взвешенные твердые частицы.

 

Рис. 36. Торцовое уплотнение фирмы "Crane Packing" с резиновыми сильфонами

 

 

 

 

Рис. 37. Двойное торцовое уплотнение газового компрессора

 

 

 

 

Рис. 38. Двойное уплотнение фирмы "Torishima"

 

 

 

КОНСТРУКЦИИ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НЕФТЯНЫХ НАСОСОВ

 

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ  К ТОРЦОВЫМ  УПЛОТНЕНИЯМ НЕФТЯНЫХ НАСОСОВ

 

На основании детального анализа типовых и широко применяемых торцовых уплотнений можно сформулировать основные требования, предъявляемые к торцовым уплотнениям для нефтяных центробежных насосов.

1. Уплотнение должно быть комплектным, т. е. представлять собой самостоятельный сборочный узел, устанавливаемый на вал насоса в полностью   собранном   виде.   Это   позволяет   быстро и удобно монтировать уплотнение и, кроме того, производить его предварительную   обкатку и опрессовку  на   заводе-изготовителе. При установке и демонтаже уплотнения корпус насоса не разбирать.
2. Узлы  аксиально  подвижной и  аксиально неподвижной рабочих втулок должны обладать осевой и угловой подвижностью (самоустанавливаемостью),   чтобы   обеспечить   постоянный   контакт рабочих поверхностей пары трения путем  компенсации неизбежных в процессе производства неточностей изготовления деталей как насоса, так и уплотнения, а также небольшой вибрации и биения вала насоса.
3. Материалы  рабочих  втулок следует  подбирать   в  соответствии со свойствами уплотняемой жидкости, при этом пара трения   должна   обладать   минимальным коэффициентом   трения и быть износостойкой. Уплотнительные поверхности рабочих втулок должны   иметь   правильные  геометрические   формы  (неплоскостность менее 1 мк).
4. Удельное давление в паре трения должно быть минимальным при прочих равных условиях. Поэтому .лучше применять разгруженные уплотнения  с правильно выбранным   коэффициентом разгрузки.
5. От пары трения необходимо интенсивно отводить фрикционное тепло.
6. Уплотнительный элемент должен быть такой  конструкции, чтобы при его установке в аксиально подвижной втулке не было заедания деталей и потери ими необходимой подвижности (самоустанавливаемости). Наиболее подходящими в этом отношении являются закладные кольца круглого сечения из эластичных материалов.
7. Узел крепления гильзы уплотнения к валу должен обеспечивать ее установку на валу насоса без деформаций.
8. Для передачи крутящего момента к вращающейся рабочей втулке и для удержания от проворачивания неподвижной втулки ^необходимо применять специальные детали (штифты, шпонки и другие); использовать для этих целей уплотнительные элементы, например, закладные кольца круглого сечения, не рекомендуется.
9. Уплотнение должно иметь пружину (одну или несколько), создающую контакт в паре трения при стоянке уплотнения и компенсирующую износ его деталей в осевом направлении.
10. Все детали уплотнения надо изготовлять качественно в соответствии с чертежами и техническими условиями. Монтаж и эксплуатацию необходимо проводить с соблюдением требований ^соответствующих инструкций.
11. Уплотнение должно вписываться в те же габариты, что и сальниковое уплотнение, т. е. должно быть взаимозаменяемым с последним по посадочным и присоединительным размерам. Торцовые уплотнения, применяемые в центробежных нефтяных насосах параметрического ряда, можно объединить в три группы: