Файл: Голубев, А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов.pdf

скорость вращения вала, большой диаметр вала, необходимость разборки уплотнения без разборки машины, требование высокой надежности уплотнения и т. д.

В настоящее время можно считать общепринятым, что в каче­ стве некоторой характеристики степени трудности условий работы (и создания) уплотнения выбирают два параметра: давление среды перед уплотнением (р) и скорость скольжения (К) в паре трения (определяемая диаметром и частотой вращения вала). Произведе­ ние давления (кгс/см2) на скорость (м/с) дает значение третьего параметра — pV.

Сочетание свойств рабочей среды с параметрами р, V и pV позволяет выбрать ту или иную конструкцию торцового уплот­ нения.

По предложению Майера, значения параметров р, V и pV различных торцовых уплотнений разделены на четыре группы [60] (табл. 1).

Та бл ица 1

Таким образом, любое торцовое уплотнение можно характери­ зовать по области применения уплотнения, по расположению и виду его упругого элемента и по параметру pV.

КОНСТРУКЦИИ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Рассмотрим конструкции различных уплотнений (в основном, отечественных) применительно к классификации, данной в тексте.

Уплотнения для неагрессивных сред (вода, нефтепродукты).

К ним относят уплотнения массового производства, устанавливае­ мые в центробежных насосах водяного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (автомобильных, тракторных, авиацион­ ных, судовых), в бытовых машинах (стиральных, холодильных, сушильных, моечных), в автоматах, в различных объемных насо­ сах (шестеренных, винтовых).

Уплотнения характеризуются низкими и средними параме­ трами р, V (группы I и II). В качестве упругих элементов исполь­ зуют в основном резиновые сильфоны, а также резиновые мем­ браны или уплотнительные кольца с пружинами. Упругие эле­ менты выполняют как вращающимися, так и неподвижными.

На рис. 3 показано одно из таких уплотнений массового про­ изводства (фирма Крейн Пекинг, Англия), Уплотнение работает

.11

щения до 3000 об/мин (pV < 35 кгс/см2-м/с). Уплотнение выпол­ нено с вращающимся упругим элементом в виде пружины 1 и рези­ нового сильфона 2.

Уплотнение, показанное на рис. 4, выполнено с неподвижным упругим элементом в виде пружины 1 с мембраной 2 (фирма Шмидт, ГДР). Оно работает при давлении жидкости до 6 кгс/см2 и темпе­ ратуре от —40 до +100° С. Его устанавливают на валы с диаме­ тром до 30 мм и частотой вращения до 3000 об/мин.

Уплотнение в основном предназначено для насосов системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Мембраны изготовляют из резины с тканью. Применяют также мембраны из фторопласта-4. Штампованные тонкостенные детали изготовляют из медного листа.

К крупносерийным можно отнести также уплотнения валов центробежных насосов для водоснабжения, теплоэнергетики, нефтяной промышленности. Эти уплотнения работают при более высоких параметрах и по параметру pV соответствуют группам II и III и частично группе IV. Данные уплотнения работают при средних и высоких давлениях жидкостей, поэтому их упругие эле­ менты в большинстве случаев выполняют в виде пружин с уплотни­ тельными резиновыми кольцами круглого сечения, которые лучше выдерживают действие давления, чем мембраны и сильфоны.

На рис. 5 показано одно из таких уплотнений, изготовляемое Нальчикским машиностроительным заводом (НМЗ). Уплотнение работает при давлении 0—5 кгс/см2, температуре до 90° С; уста­ навливается на валы с диаметром до 60 мм и частотой вращения

в виде нескольких пружин 1 и резинового уплотнительного кольца 2 круглого сечения.

На рис. 6 показано двойное торцовое уплотнение, изготовляе­ мое Нальчикским машиностроительным заводом для центробеж­ ных насосов, перекачивающих легкокипящие нефтепродукты при переработке нефти (этан, пропан, бутан).

Уплотнение применяют для давлений жидкостей от вакуума до 25 кгс/см2, температур от —80 до +200° С и устанавливают на валы диаметром до 90 мм и частотой вращения до 3600 об/мин

(pV < 500 кгс/см2-м/с).

Уплотнение выполнено с вращающимся упругим элементом в виде нескольких пружин 1 и конических уплотнительных колец 2 (из фторопласта-4). В корпус уплотнения подается затворная жидкость (обычно масло), циркулирующая через систему акку­ мулятора и холодильника под действием винтовых выступов, выполненных на наружной поверхности обоймы 3. Давление затворной жидкости в камере уплотнения поддерживается на 0,5— 1,5 кгс/см2 выше давления рабочей среды перед уплотнением.

12

На рис. 7 показано торцовое уплотнение питательного центро­ бежного насоса, разработанное во ВНИИГидромаше. Уплотнение работает при давлении воды до 60 кгс/см2 и температуре до 90° С. Его устанавливают на вал с диаметром 80 мм и частотой вращения 1500 об/мин (pV ^ 500 кгс/см2-м/с и более).

Уплотнение имеет неподвижный упругий элемент и резиновые уплотнительные кольца круглого сечения. Пара трения уплот­ нения состоит из вращающегося 1 и неподвижного 2 колец, изго­ товленных из силицированного графита и вклеенных в металли­ ческие детали. Особенность^ конструкции уплотнения является

то, что его упругий элемент расположен в изолированном от среды пространстве, которое заполнено консистентной смазкой.

Характерным для описанных уплотнений является исполь­ зование сравнительно простых, не обладающих высокой корро­ зионной стойкостью материалов для изготовления их деталей, за исключением материалов пар трения уплотнений, у которых, как правило, сочетаются свойства высокой износостойкости и кор­ розионной стойкости.

Уплотнения для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы солей, пары, газы — продукты химической, нефтехимической и других отраслей промышленности) применяют в основном в ста­ ционарном оборудовании различных производств, связанных с использованием и переработкой агрессивных сред. Это в первую очередь центробежные химические насосы, компрессоры, реак­ торы, мешалки и центрифуги.

Уплотнения валов этих машин и аппаратов работают при низ­ ких и средних и лишь частично при высоких значениях р , V и pV (группы I—III). Характерной особенностью уплотнений является

14

использование в их конструкциях специальных коррозионностойких материалов, обеспечивающих длительную эксплуатацию

вагрессивной среде.

Ктаким материалам относятся нержавеющие стали (с большим содержанием никеля и хрома), сплавы (стеллиты, хастеллой А, Б, С, Д, ферросилид и др.), углеграфиты, фторопласт-4 (чистый и с на­ полнителями— стекло, графит, кокс, дисульфид молибдена), кера­

мика (на основе А120„, SiC), твердые сплавы (на основе WC, TiC). В зависимости от степени агрессивности, среды можно разде­ лить на среднеагрессивные (например, большинство паров и газов,

Рис. 9. Уплотнение с металлическим сильфоном [31]

растворы солей, разбавленные щелочи) и высокоагрессивные (кислоты средней и высокой концентрации, концентрированные щелочи, сильные окислители, ядовитые, взрывоопасные среды). Уплотнения для сред со средней агрессивностью, как правило, выполняют одинарными, сравнительно простой конструкции; их металлические детали находятся в непосредственном контакте со средой. Такие уплотнения (рис. 8) работают при давлении жидкостей до 5 кгс/см2 и температурах от —40 до +90° С и уста­ навливаются на валы диаметром до 60 мм и частотой вращения до 3000 об/мин (pV < 5 0 кгс/см2-м/с).

Характерная особенность уплотнений — вместо резинового уплотнительного кольца применено кольцо 1 из фторопласта-4 конической формы. Это обеспечивает большую химическую стой­ кость уплотнения.

На рис. 9 показано уплотнение другой конструкции для сред средней агрессивности, применяемое в мешалках, реакторах [31].

Характерные условия работы таких уплотнений: газовая или паровая среда, сравнительно большие биения и смещения вала низкая скорость его вращения.

15

Уплотнение предназначено для вертикальных валов в аппара­ тах с кислой и слабощелочной средами, работающих при давле­ ниях от вакуума до 16 кгс/см2. Его устанавливают на валы с диа­ метром до 130 мм и частотой вращения до 1000 об/мин (pV < < 6 0 кгс/см2-м/с).

Уплотнение имеет неподвижный упругий элемент в виде метал­ лического сильфона 1 и нескольких пружин 2. В корпус 3 по труб­ ке 4 подводится вода, охлаждающая и смазывающая пару трения.

Уплотнения для высокоагрессивных сред отличаются от опи­ санных выше в основном тем, что их металлические детали (пру­ жины, поводки и др.) не имеют непосредственного контакта со средой. Уплотнения могут быть либо двойными с подачей затвор­ ной жидкости (воды), либо одинарными; основные детали этих уплотнений, находящиеся в контакте со средой, выполнены из особо коррозионностойких неметаллических материалов.

На рис. 10 показано двойное торцовое уплотнение с кониче­ скими кольцами из фторопласта-4, выпускаемое НМЗ для хими­ ческих насосов.

Уплотнение применяют при давлениях от вакуума до 5 кгс/см2 и температурах от —40 до +90° С. В средах допускается содержа­ ние до 4% (по весу) твердых, не налипающих на поверхности примесей с размером частиц до 1 мм. Уплотнение устанавливают на валы с диаметром до 130 мм и частотой вращения до 3000 об/мин

(pV < 5 0 кгс/см2-м/с).

Уплотнение — с вращающимся упругим элементом в виде отдельных пружин.

В камеру уплотнения подается затворная жидкость (вода,

и применяемым материалам данное уплотнение сходно с уплот­ нением, показанным на рис. 8.

На рис. 11 показано одинарное торцовое уплотнение с силь­ фоном из фторопласта-4 для высокоагрессивных сред (НМЗ).

Уплотнение применяют для кислот, щелочей, растворов солей различной концентрации с давлением до 3 кгс/см2 и температурой до 80° С. Его устанавливают на валы диаметром до 100 мм, вра­ щающиеся с частотой до 3000 об/мин (рV < 3 0 кгс/см2-м/с). Уплотнение — с неподвижным упругим элементом, состоящим из центральной пружины 1 и сильфона 2 из фторопласта-4. Нарезки сильфона выполнены с таким направлением, чтобы момент трения уплотнения затягивал резьбовые соединения. Это обеспечивает достаточную герметичность стыков при небольшом давлении среды, несмотря на колебания температуры, холоднотекучесть, низкую упругость и высокий коэффициент температурного рас­ ширения фторопласта-4.

Пружина уплотнения помещена внутрь сильфона и может защи­ щаться пластмассовой трубкой 3 от воздействия утечки агрессив­ ной среды.

16