Принцып работы торцевого уплотнения

Торцевым уплотнением называют герметизирующее устройство насоса, компрессора, мешалки, центрифуги и др. между их корпусом и валом для разделения полостей высокого и низкого давлений, выполненное в виде пары трения торцовых поверхностей двух деталей, одна из которых закреплена на валу, а вторая — в корпусе.

Торцовое уплотнение является представителем устройств с парой трения, к которым принадлежат также и упорные подшипники скольжения, для функционирования которых необходим подвод смазки в пространство между трущимися поверхностями. Отличие торцовых уплотнений от упорных подшипников по характеру работы состоит в том, что трущаяся пара торцовых уплотнений должна работать в условиях не всегда постоянного перепада давления и минимального расхода смазывающей среды, а упорные подшипники должны работать в условиях расчетного оптимального перепада давления и с расходом смазывающей среды, обеспечивающих достаточный теплосъем от пары трения.

В качестве смазки в торцевых уплотнениях в подавляющем большинстве случаев используется уплотняемая среда.

Торцовые уплотнения относятся к контактным типам уплотнений. Характер трения может находиться в диапазоне от контактного трения, связанного с непосредственным взаимодействием поверхностей уплотняющей пары колец, до трения гидродинамического, связанного с течением уплотняемой среды в узкой щели между торцовыми поверхностями. Наименее напряженным для торцовых уплотнений является период работы, при котором контакт торцовых уплотняющих поверхностей пары колец осуществляется в условиях невращающегося вала, а также на начальном этапе вращения вала. В процессе выхода на режимную работу и при работе на штатном режиме процессы трения между уплотняющими поверхностями колец обусловлены значительными тепловыделениями и нагрузками от давления уплотняемой среды.

В общем случае торцовое уплотнение насоса, компресора, вращающегося вала содержит два кольца:

• невращающееся кольцо, расположенное в корпусе;
• вращающееся кольцо, расположенное на валу машины.

Одно из этих колец должно иметь возможность аксиального перемещения, для чего в конструкции узла торцового уплотнения обязательно присутствует упругий поджимной элемент (пружина, сильфон, мембрана), составляющий вместе с нажимной втулкой и вращающимся уплотнительным кольцом аксиально-подвижный блок (или поджимной узел). Этот упругий элемент обеспечивает контакт торцовых поверхностей в сопряжении вращающегося и невращающегося колец пары при отсутствии поджимающей силы от давления среды. Кроме того, обязательными элементами узла торцового уплотнения являются вспомогательные (или вторичные) уплотнения между вращающимся блоком и ротором, между статорным блоком и корпусом, а также устройства фиксации уплотняющих колец (установочные винты, приводные штифты), служащие для привода вращающегося кольца и фиксации от углового смещения (проворота) относительно корпуса невращающегося кольца.

Торцовые уплотнения работают в различных условиях по давлению и частоте вращения вала; степень их нагрузки может быть разной. Для оценки условий нагруженности торцовых уплотнений в уплотняющем стыке при работе существует ряд известных рекомендаций. Так, для обобщенной характеристики степени тяжести условий работы уплотнений, по аналогии с оценкой нагруженности подшипников, предложено использовать произведение двух параметров: перепада давления р на уплотнении и скорости v скольжения в паре трения. Значения параметров р, v и рv для различных торцовых уплотнений разделяют на четыре группы по степени их нагруженности