Уплотнения вала насосов/компрессоров

Уплотнение вала – это уплотнение, которое герметизирует центробежный насос в месте выхода вращающегося вала насоса из неподвижного корпуса насоса, так что потери от утечки или проникающий воздух сокращаются, и возможный износ уплотнительных поверхностей уменьшается.

Насосы рассчитываются, разрабатываются и производятся в соответствии со специфическими требованиями различных сфер применения. При этом также учитываются стойкость к перекачиваемой среде, рабочая температура и давление в насосе. Из множества разных уплотнений вала выбирают тип, индивидуально соответствующий определенным требованиям.

Таким образом, существуют два конструктивных принципа: уплотнение посредством осевой щели (параллельной оси вала) или узкой радиальной щели (перпендикулярной оси вала). В обоих принципах уплотнения щели могут быть как контактными, так и бесконтактными.
см. рис. 1 Уплотнение вала

Если в качестве уплотнительных элементов применять только бесконтактные щели, утечки образуются в большом количестве, поэтому использование такой системы уплотнений при работе с экологически небезопасными перекачиваемыми средами не рекомендуется.
В основном, уплотнения вала подвержены воздействию утечек, и в некоторых типах утечки необходимы для нормального функционирования, поэтому параметр «Нулевая утечка» может вводить в заблуждение. Величина утечки в зависимости от выбранного уплотнения достаточно велика. Например, насос со спиральным корпусом, герметизированный набивкой, с окружной скоростью 20 м/с в месте уплотнения и рассчитанный на давление 15 бар, имеет протечку около 5-8 л/ч. В таких же условиях утечка через торцевое уплотнение составляет лишь около 6 см3/ч
(0,006 л/ч).

Очень сильную протечку – 4000-6000 л/ч – имеет, например, питательный насос котла с плавающим кольцевым уплотнением с внутренним диаметром 200 мм, рассчитанный на давление 40 бар и имеющий частоту вращения 6000 об/мин (~ 63 м/с). Вследствие большого различия конструкций насосов не все уплотнения пригодны для каждого случая применения. Выбор зависит от скорости скольжения, давления, на которое рассчитано уплотнение, и температуры среды.

Торцевое уплотнение

Торцевые уплотнения имеют уплотнительную щель, перпендикулярную оси вала. Уплотнения вала данного типа называют также осевыми или гидродинамическими торцевыми уплотнениями (GLRD). По сравнению с сальником с набивкой, для их установки и выполнения технического обслуживания не требуется много места.
Торцевое уплотнение выполняет защитную функцию как при низких, так и при высоких значениях давления и окружной скорости. Таким образом, нанести вред могут только ошибки в управлении.
Существенные недостатки выявляются в результате износа при использовании абразивных сред. Однако, используя затворные (например, очищенные посредством циклона) или промывочные жидкости, можно избежать соприкосновения абразивных частиц со скользящими поверхностями как, например, в набивках.
Во время эксплуатации две уплотнительные поверхности, действующие друг на друга с гидравлическими и механическими силами, скользят друг по другу. Между обеими тонко обработанными скользящими поверхностями находится уплотнительная щель, как правило, с жидкой смазочной пленкой. Ее ширина (рас- стояние между обеими скользящими поверхностями) зависит от различных параметров воздействия. К ним относятся, в частности, шероховатость и ровность скользящих поверхностей, а также скорость скольжения.
Незначительная утечка через торцевое уплотнение проступает в виде пара и капель жидкости, выделяющихся в атмосферу. При расчете утечки через уплотнение исходят из ширины щели менее 1 мкм. Эта внешне незначительная ширина щели объясняет и то, почему утечка через торцевое уплотнение существенно меньше, чем утечка через уплотнения вала с радиальной щелью.
Важный характерный признак подразделяет уплотнения на нагруженные или разгруженные. При этом в нагруженном уплотнении давление, на которое оно рассчитано, в полной мере воздействует на скользящую поверхность. В разгруженном типе исполнения в результате смещения вала или его защитной втулки в качестве осевого усилия действует только часть давления среды.
Под коэффициентом перегрузки (k) понимают отношение площади гидравлически нагруженной поверхности (AH) к площади скользящей поверхности (A).