Торцовые уплотнения и его элементы

Рис. 20. Устройства для  передачи крутящего момента.

а – поводок; б –  шпонка; в – установочный винт; г  – штифт; д – пружинное кольцо; е – шлиц; ж – резиновый сильфом; з – пружина; и– напрессовка.

 

Поэтому практически  во всех торцовых уплотнениях крутящий момент от вала или гильзы к вращающейся втулке передается через специальные устройства, которые не должны препятствовать самоустанавливаемости втулки при работе уплотнения. Подобные устройства применяют и для неподвижных втулок с целью Удержания их от проворота под воздействием силы трения в рабочей паре.

Конструкции наиболее широко применяемых устройств для передачи крутящего момента (штифты, шпонки, поводки, Шлицы, винты и другие) представлены на рис. 20. В некоторых конструкциях крутящий момент передается при помощи пружины, оба конца которой устанавливают на соответствующие детали с натягом.

 

КОРПУСЫ  ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

 

Корпус торцового уплотнения крепится к корпусу насоса и предназначен для установки в нем одной из рабочих втулок (вращающейся или невращающейся в зависимости от конструкции уплотнения). Конструкция корпуса зависит как от типа торцового уплотнения, так и от конструкции корпуса насоса.

Рис. 21. Корпусы торцовых уплотнений.

 

Корпус уплотнения крепится к корпусу насоса, как правило, шпильками и должен быть рассчитан на рабочее давление в камере уплотнения.

Несмотря на большое  разнообразие конструкций корпусов, некоторые общие элементы их в одинарных торцовых уплотнениях могут быть систематизированы.

На рис. 21 представлены четыре основных типа исполнения корпусов в зависимости от назначения дополнительно  подводимой жидкости.

При подводе в камеру уплотнения части перекачиваемой насосом жидкости для интенсификации отвода тепла от рабочих втулок и удаления продуктов износа корпус уплотнения имеет одно отверстие (рис. 21, а). Такая циркуляция осуществляется за счет создаваемого насосом напора, что рассматривалось выше.

Водяную завесу подают в  корпус насоса для охлаждения рабочих  втулок и смыва утечки. В этом случае в корпусе имеются два отверстия (рис. 21, б): одно для подвода воды, другое для ее отвода. Предотвратить утечку воды между корпусом и валом можно, применив различные уплотнения: щелевое (устанавливают втулку), сальниковую набивку и манжетное. В нефтяных насосах эти уплотнения следует выполнять таким образом, чтобы исключить всякую возможность искрообразования. Для этого одну из деталей такого уплотнения изготовляют из бронзы или другого неискрящего материала.

При охлаждении водой  только невращающейся втулки корпус уплотнения имеет конструкцию, показанную на рис. 21, в. В нем, как и в предыдущем случае, предусмотрены два отверстия.

Когда одинарное торцовое уплотнение применяют для работы в жидкости с плохими смазывающими свойствами, то на уплотняющие поверхности рабочих втулок через отверстия в одной из них подают смазку. Корпус уплотнения в этом случае имеет вид, представленный на рис. 21, г (смазка поступает через одно отверстие в корпусе).

Все приведенные выше основные виды корпуса могут сочетаться в конкретных уплотнениях в различных  вариантах.

Конструкция корпусов для  двойных уплотнений сугубо индивидуальна. Однако в каждом корпусе таких уплотнений имеются два отверстия для подвода в камеру уплотнения и отвода из нее уплотняющей жидкости.

 

 

КОНСТРУКЦИИ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

 

Рассмотрим типовые  конструкции торцовых уплотнений, широко применяемых в зарубежной практике.

При этом следует отметить, что большое количество однотипных конструкций торцовых уплотнений, применяемых за рубежом, объясняется желанием многих фирм обойти патентные преграды.

Одинарное торцовое уплотнение типа R английской фирмы «Flexibox» изображено на рис. 22. Такие уплотнения, изготовленные для диаметров валов 5 – 115 мм, предназначены для давлений уплотняемой жидкости до 7 кГ/см² при температуре от –50 до +200°С. Это уплотнение неразгруженного типа с вращающимся узлом аксиально подвижной втулки. Оно состоит из невращающейся рабочей втулки 1, установленной в корпусе 3 на резиновом уплотняющем кольце 2 круглого сечения. Вращающаяся аксиально подвижная втулка 4 также имеет в качестве уплотнительного элемента резиновое кольцо 5 круглого сечения. Крутящий момент от вала к этой втулке передается пружиной 7, которая установлена с натягом как на втулке, так и на упорном кольце 8, закрепляемом на валу установочными винтами 9.

Герметичность соединения между корпусами насоса и уплотнения обеспечивается уплотняющим кольцом 6 круглого сечения. В корпусе уплотнения имеется отверстие для подвода циркулирующей уплотняемой жидкости. Следует отметить, что подавляющее большинство изготовителей торцовых уплотнений имеют несколько базовых моделей собственно торцовых уплотнений (узлы аксиально подвижной и неподвижной втулок), на основе которых образовывается довольно значительное число модификаций. Так, уплотнение по рис. 22 можно изготовить с гильзой, с различными по выполнению упорными кольцами и различными конструктивными оформлениями   корпусов.

Рис. 22. Одинарное неразгруженное торцовое уплотнение фирмы “Flexibox".

 

Другая базовая модель уплотнений фирмы «Flexibox» – одинарное разгруженное торцовое уплотнение типа RR, представленное на рис. 23. Такое уплотнение смонтировано на гильзе 1 и состоит из аксиально подвижной втулки 6, невращающейся втулки 8, уплотнительных колец 3, 4, 5 и 7 круглого сечения, пружины 2 и корпуса уплотнения 9. Невращающаяся втулка зафиксирована от проворачивания штифтом 10.

                      

Рис. 23. Одинарное разгруженное торцовое уплотнение фирмы “Flexibox”.

 

Уплотнения типа RR рассчитаны для работы в среде уплотняемой жидкости с давлением до 84 кГ/см², температурой от –50 до +250°С, при наибольшем допустимом значении фактора pv равном 800 кГ/см²∙м/сек. Уплотнения выпускаются для валов диаметром 20 – 145 мм.

В корпусе уплотнения предусмотрено отверстие для  подвода циркулирующей уплотняемой жидкости. Кроме того, имеются также отверстия для подвода и отвода водяной завесы. Последняя предназначена для охлаждения рабочих втулок и смыва утечки в дренажное устройство.

Рис. 24. Одинарное торцовое уплотнение фирмы “Flexibox” со встроенным холодильником.

 

Уплотнения этого типа имеют большое количество модификаций  и могут комплектоваться кольцами круглого сечения как из резин, так и фторопласта с эластичными свойствами (для температур до + 250°С). При более высоких температурах (до 400°С) фирма предлагает две модификации охлаждаемых уплотнений, представленных на рис. 24 и 25.

В уплотнение со встроенным холодильником (рис. 24), который образован гильзой и специальной втулкой, подается вода (обычно из водопровода), которая, проходя по кольцевому каналу между гильзой и втулкой, а затем между втулкой и валом, охлаждает пару трения, а также вал до температуры, обеспечивающей нормальную работу уплотнения. Торцовое уплотнение со стороны воды имеет уплотнение: манжету или лабиринтную щель.

Уплотнение (рис. 25) имеет  выносной охлаждаемый водой холодильник/

Пространство, образованное камерами уплотнения и холодильника, заполнено уплотняемой жидкостью. Этот объем жидкости циркулирует через холодильник, охлаждая таким образом детали уплотнения (направление движения жидкости показано стрелками). Необходимый для циркуляции перепад давления создается перекачивающей втулкой, которая смонтирована на гильзе уплотнения и имеет ряд радиальных сверлений, для создания некоторого напора жидкости.

Следует отметить, что  установка уплотнения по рис. 22 и 23 сопряжена  с определенными неудобствами, так  как пружину необходимо сжимать  до рабочей длины в процессе монтажа уплотнения на насосе.

Рис. 25. Одинарное торцовое уплотнение фирмы “Flexibox” со встроенным импеллером и выносным холодильником.

Для устранения этого  недостатка во многих торцовых уплотнениях  аксиально подвижную втулку выполняют как самостоятельный полностью собранный узел, в котором пружина сжата почти до рабочей высоты и зафиксирована до установки уплотнения на вал.

Так, подобное решение  конструкции представляет одинарное  торцовое уплотнение американской фирмы  «John Crane», показанное на рис. 26. В стакане 7, фиксируемом на валу установочными винтами 8, расположены пружины 1, которые через нажимной диск 2 поджимают клиновидное уплотнительное кольцо 9 к вращающейся втулке 3. При сборке узла аксиально подвижной втулки в стакан устанавливают стопорное пружинное кольцо 4, которое не дает возможности пружинам 1 разжаться (при помощи этого кольца весь узел является предварительно собранным). Неподвижная втулка 6 зажата между корпусами насоса и уплотнения на прокладках 5.

Симметричная форма втулки 6 позволяет фирме притирать обе торцовые плоскости, благодаря чему после выхода из строя одной рабочей поверхности втулку перевертывают и вновь используют.

В этом уплотнении применен клиновидный элемент из фторопласта. Уплотнения, приведенные на рис. 26, и его модификации предназначены для работы в жидкостях с высокой коррозионной активностью и высокой температурой. Выпускают их для валов диаметром 12 – 100 мм, при давлениях до 14 кГ/см² (неразгруженный вариант) и до 52 кГ/см² (разгруженный вариант) и температуре от –85 до + 260° С.

Рис. 26. Одинарное торцовое уплотнение фирмы “John Crane” с клиновидным  уплотнительным элементом из фторопласта.

 

Уплотнение фирмы «John Crane» является базовой моделью и применяется в большинстве модификаций.

Известно, что одним из существенных недостатков всех торцовых уплотнений является необходимость частичной разборки машины при монтаже или демонтаже уплотнения. Применительно к насосу, вал которого имеет в качестве опор два подшипника, смена уплотнений связана с демонтажом подшипников, муфты и других деталей, т. е. представляет собой довольно трудоемкий процесс.

С целью облегчения замены изнашиваемых деталей торцового  Уплотнения (рабочих втулок, уплотнительных колец) фирма «Flexibox» разработала конструкцию одинарного торцового уплотнения с разъемными рабочими втулками типа Sectaflex (рис. 27), позволяющего заменить при необходимости эти детали без разборки каких-либо других узлов насоса.

Вращающаяся 3 и неподвижная 5 втулки такого уплотнения состоят  из двух половин с разъемом в плоскости, проходящей через их ось. Каждую втулку устанавливают в неразъемных обоймах 1 и 6 соответственно на конических посадочных поверхностях. Кроме того, обе половины каждой втулки дополнительно центрируют неразъемным кольцом 4. Обойму неподвижной втулки поджимают к корпусу уплотнения установочными винтами. Уплотняющее резиновое кольцо 2 (Х-образной формы в сечении) разрезное в одной плоскости. В остальном конструкция этих уплотнений аналогична рассмотренным выше.

Рис. 27. Одинарное торцовое уплотнение фирмы „Flexibox" с разъемными рабочими втулками.

 

Уплотнения этого типа, выпускаемые для валов диаметром 12 – 120 мм, рассчитаны на давление уплотняемой жидкости до 7 кГ/см² и температуру до 150° С. При этом их можно применять только в том случае, если упругость паров уплотняемой жидкости ниже атмосферного давления. Фактор pv не должен превышать 70 кГ/см²∙м/сек.

Фирма гарантирует минимальную  утечку в пределах нескольких кубических сантиметров в час.

Само собой разумеется, что детали такого разъемного уплотнения необходимо изготовлять с высокой степенью точности, особенно посадочные поверхности разъемных деталей.

Конструкция одинарного разгруженного торцового уплотнения фирмы «Flexibox» с невращающимся узлом аксиально подвижной втулки показана на рис. 28. Уплотнения этого типа, выпускаемые для диаметров валов 6 – 200 мм, приспособлены для высоких окружных скоростей и могут применяться для давлений до 70 кГ/см², температур до 260° С и окружных скоростей до 76 м/сек.

Уплотнения компактны  в осевом направлении и состоят  из вращающейся втулки 1, невращающейся втулки 5 с вклеенным в нее графитовым кольцом 3, корпуса уплотнения 6, .пружин 8, уплотнительных колец 2 и 7, крышки 4.

Рис. 28. Одинарное торцовое уплотнение фирмы “Viexibox” с невращающимся узлом аксиально подвижной втулки.

Невращающаяся втулка с  корпусом уплотнения, пружинами и другими деталями образуют полностью собранный узел. Уплотнения выпускают в нескольких модификациях в зависимости от рабочих условий. Вместо кольца 7 круглого сечения можно устанавливать манжету с одновременным изменением формы корпуса.

Широко распространенные одинарные торцовые уплотнения с  резиновым сильфоном изготовляют многие зарубежные фирмы. Конструкция такого уплотнения американской фирмы «John Crane» представлена на рис. 29. Это уплотнение является базовой моделью, выпускаемой фирмой в различных модификациях в зависимости от рабочих условий. Уплотнения предназначены для валов диаметром 16 – 140 мм. Рассчитаны они на рабочие температуры от –40 до +100° С и на давления уплотняемой жидкости: до 14 кГ/см² для неразгруженных и до 38 кГ/см² для разгруженных.

 

Рис. 29. Одинарное торцовое уплотнение фирмы “John     Crane” с резиновым сильфоном.

 

Уплотнение с резиновым  сильфоном состоит из вращающейся втулки 5, стакана 10, нажимного диска 4, сильфона 3, установочного кольца 12, пружины 2 и опорного диска 1. Все эти детали входят в состав узла аксиально подвижной втулки. Невращающуюся втулку 8 устанавливают в корпусе уплотнения на эластичном кольце 7 прямоугольного сечения.