• Уплотнение вала насоса: описание и назначение
Уплотнение вала (насоса, мешалки, компрессора и т.д.) необходимо для разделения пространств с разными давлениями, температурами, рабочими средами. К примеру, уплотнения предотвращают или сводят к минимуму утечку перекачиваемой жидкости из полости центробежного насоса.
Герметизируются различные газы и жидкости, в том числе: жидкий кислород и высоко нагретый водород, растворы красителей и пивное сусло, различные кислоты и щелочи, молоко и кисло-молочные продукты, и т. д. Чтобы уплотнение вала насоса отвечало необходимым требованиям, нужно использовать коррозионно-стойкие, теплостойкие и прочные материалы, а также материалы, совместимые с пищевыми продуктами.
Для корректной подборки торцевых уплотнений необходимо учитывать ряд факторов:
• уровень возможной герметичности;
• срок службы и время износа;
• показатели потерь на тепловыделение и трение;
• геометрические размеры
Уплотнения применяются в большинстве типов современных насосных установок: центробежных, погружных, фекальных, поверхностных и т. д. Они позволяют минимизировать потери перекачиваемых сред и смазочных материалов, предотвращают попадание посторонних предметов в корпус устройств и т. п.
• Сырье, используемое для производства уплотнений вала насоса
Подобная продукция изготавливается из различных материалов. Причем вторичные уплотнения и пары трения выполняются из разного сырья. Это обусловлено назначением конструктивных элементов и требованиями к их характеристикам.
Для производства пар трения применяют:
• графит – CAR;
• нержавеющую сталь – SUS;
• карбид кремния – SIC;
• керамика – CER;
• карбид вольфрама – TC.
Для производства вторичных уплотнений используют материалы с разной температурной устойчивостью:
• фторкаучук (Viton). Работает в температурном диапазоне от -30 до 185 °C;
• этиленпропиленовый каучук (EPDM). Работает в температурном диапазоне от -30 до +170 °C;
• фторопласт (PTFE). Работает в температурном диапазоне от -260 до +260 °C;
• нитрил-бутадиеновый каучук (NBR). Работает в температурном диапазоне от -20 до +120 °C.
• Виды уплотнений вала насоса
Конструктивно различают следующие типы: одинарные и двойные. Первые используются в помпах, перекачивающих растворы, чья утечка во внешнюю среду недопустима в больших количествах. К ним относятся горячие, агрессивные, легкокипящие, неорганические и органические жидкости.
От одинарного, двойное уплотнение вала насоса отличается количеством уплотняющих притертых поверхностей. Механизм дополнен устройством подвода затворной жидкости, которое препятствует попаданию рабочей жидкости во внешнюю среду. В этом качестве используются вода, глицерин и прочие материалы, которые не взаимодействуют с перекачиваемыми материалами.
• Одинарное торцевое уплотнение
• Двойное торцевое уплотнение
В данной части статьи рассмотрим виды двойных торцевых уплотнений вала и в каком случае их выбор оптимален. Двойные торцевые уплотнения практически полностью устраняют вероятность утечки продукта или газа при работе насоса. Они используются при перекачке токсичных, ядовитых и других опасных жидкостей, т.е. там, где недопустима даже минимальная протечка. Кроме того, на многих нефтеперерабатывающих предприятиях России существует строгий регламент, в соответствии с которым, использование двойного торцевого уплотнения обязательно даже на таких жидкостях, как битум, мазут, гудрон, нефть и т.д. Использование двойного торцевого уплотнения оправдано в следующих случаях:
• Перекачка опасной жидкости;
• Перекачка дорогой жидкости (фармацевтические препараты, косметические средства и т.д.);
• Перекачка жидкостей склонных к кристаллизации;
• Перекачка газообразных или мультифазных жидкостей.
• В тех случаях, когда одинарное торцевое уплотнение слишком быстро выходит из строя (в этом случае следует исключить такие ошибки, как некорректная отцентровка вала и физическую совместимость перекачиваемой среды (и её технических параметров) и механического уплотнения.
Очень важное преимущество двойного торцевого уплотнения перед одинарным – это наличие «запирающей жидкости», т.е. трущиеся поверхности уплотнений изолированы от перекачиваемой среды, а наличие «жидкой пленки» обеспечивает «запирающая жидкость». Тем самым обеспечивается не только надежная защита от протекания, но и значительно увеличивается срок службы самого уплотнения. В роли «запирающей жидкости» может выступать обычная вода, масла на минеральной или синтетической основе и ряд других жидкостей.
• Материал SIC
SIC это обозначение карбида кремния. Для карбида кремния характерны высокие механические характеристики (твёрдость, модуль упругости), определяющие повышенную работоспособность материалов на его основе. Сочетание большой теплопроводности и низкого коэффициента термического расширения, обуславливают стойкость карбида кремния при больших скоростях нагрева и в условиях стационарного теплового режима.
В зависимости от технологии изготовления карбид кремния разделяют на:
1. Реакционно-спеченный карбид кремния (SIC/Q2) — который получают процессом уплотнения и упрочнения, т.е. при воздействии высоких температур пористая заготовка из смеси карбидокремниевых и углеродных материалов, пропитывается жидким реагентом – расплавом кремния, с образованием вторичного карбида кремния, который связывает исходные компоненты в плотный материал.
2. Горячепрессованный- спеченный карбид кремния (SSIC/Q1) — получается при предварительном размоле смеси кремния с графитом, и спеканием прессовок в аргоне в течении 15 мин. При этом получаются карбидокремниевые материалы с размером пор 0,2 мкм. Его подвидом, также является карбид кремния сплошной, спеченный без давления (SSIC), который на сегодняшний день наиболее применим для концентрированных щелочно-кислотных сред.
Параметры Реакционно-спеченный Горячепрессованный-спеченный
Тип SIC (Q2) SSIC (Q1)
Содержание SiC. % >=90 >=98
Плотность г/см3 3,05 3,1
Прочность при изгибе, МПа 4,41 х 102 4,9 х 102
Прочность на растяжение, МПа 2,75 х 102 2,8 х 102
Прочность на сжатие, МПа 2,94 х 103 3,0 х 103
Модуль упругости, МПа 4,12 х 105 4,10 х 105
Твёрдость по Шору, НS 110-125 120-130
Теплопроводность, W/m.k 141 147
Коэффициент температурного линейного расширения при 20…100 ºС, 10-6/ ºС 4,3 x 10-6 4,0 x 10-6
Предельная рабочая температура, ºС 1600 1650
• Материал EPDM
Характеристика EPDM
EPDM каучук обладает хорошими механическими свойствами и очень широким температурным диапазоном применения. Благодаря насыщенной структуре EPDM обладает очень хорошей устойчивостью к озону, воздействию атмосферы и старению, но абсолютно не стоек к минеральным маслам. Минеральные масла и жиры, а также животные и растительные масла и жиры способствуют недопустимо сильному набуханию. Специальное строение смягчителей допускает также применение резиновых уплотнений на основе EPDM в тормозных жидкостях на гликолевой основе (SL-DOT4). Для применения в таких средах необходимо соблюдение местных нормативов допуска и наличие соответствующих разрешений. Устойчивость к облучению является относительно высокой.
Ниже приведены данные по устойчивости резиновых изделий из EPDM каучука на воздействие определенных сред.
УСТОЙЧИВ К: ОТСУТСТВИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К:
• горячая вода
• водяной пар
• большое количество органических и неорганических оснований и кислот
• окислительная среда
• органические и неорганические спирты
• кетоны
• трудновоспламеняемые гидравлические жидкости типа HSC, HSD
• тормозные жидкости на базе гликоля
• фреона R134a
• моющие средства, натриевые (содовые) и калиевые щелочи
• солевые растворы и окисляющие действующие среды
• большое количество растворителей (напр., алкоголь=спирты, кетоны, сложный эфир) • алифатические углеводороды (пропан, бутан, бензин)
• минеральные масла и жиры
• ароматические и хлорированные углеводороды
• растительные и животные масла и жиры
• биологически разлагающиеся гидравлические жидкости
• тяжело воспламеняющиеся пневматические жидкости группы
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН: -20°C to +120 °C
Область применения изделий из EPDM
Основная область применения EPDM — это резиновая деталь в торцевые уплотнениях (сильфон, кольца круглого сечения) в насосном оборудовании. Более того, EPDM является наиболее пригодным материалом для применения в горячей воде или в горячем паре (при установке необходимо смазывать силиконовыми жирами).
Преимущественное использование:
— специальные детали для моющих установок;
— штыковые и поршневые уплотнения;
— кольца круглого сечения;
— уплотнения для тормозных систем автомобилей.
Основные физико-механические характеристики EPDM
Свойства Единица измерения Значение
Твердость SHORE A 85±5
Плотность г/см3 1,22±0,02
Прочность на разрыв Н/мм2 ≥12
Прочность на растяжение % ≥80
Остаточная деформация 100oС/22ч % ≤10
Прочность при широком разрыве Н/мм 10
Эластичность отскока % 38
Истираемость мм3 140
Минимальная температура применения °C -20
Максимальная температура применения °C +120
• Материал NBR (нитрильный каучук)
Наиболее универсальный материал для производства уплотнений.
По своим характеристикам cоответствует группам резины 1, 2, 3 по ГОСТ 8752-79.
Уплотнительные кольца из резины NBR имеют высокую устойчивость к набуханию по отношению к бензолам, маслам и жирам, работают при высоких температурах — это основной материал для производства колец круглого сечения, они используются в областях с соответствующими требованиями, как например, гидравлика, двигателестроение, машиностроение, нефтяная промышленность, аппаратостроение.
УСТОЙЧИВ: ОТСУТСТВИЕ СТОЙКОСТИ:
• алифатические углеводороды, т.е.пропан, бутан, бензин, минеральные масла (смазочное масло, гидравлические масла групп H , H — L , H — LP )
• большинству минеральных масел и пластичных смазок на их основе
• негорючие гидравлические жидкости типа: HSA , HSB (масляно-водные эмульсии) и HSC (смеси полигликоля с водой)
• минеральные масла и смазки
• масла растительного и животного происхождения
• солевым растворам при невысокой температуре
• вода до 60°C
• сточные воды
• калий нитрат
• вино • ароматические и хлорированные углеводороды, напр., бензол, трихлорэтилен, тетрахлорметан
• эфиры и полярные растворители
• масла и силиконовые смазки
• гидравлические жидкости типа HSD (на основе полиэфиров и хлорированных углеводородов)
• тормозным жидкостям на гликолевой основе
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН : -30 °C до +40 °C, кратковременно до +60 °C
Резина NBR (или нитрилоакрильный каучук) – один из наиболее часто используемых в промышленности видов резины, имеет высокую стойкость к алифатическому ряду углеводородных масел и горящих веществ. Существует различная классификация нитрильного каучука в зависимости от его производителя. Чем больше NBR содержит нитрил акриловой кислоты (НАК), тем выше его нефтестойкость, но эластичность NBR при низкой температуре уменьшается.
Характеристика NBR
NBR имеет высокую эластичность и износоустойчивость, стойкость против атмосферных воздействий и ароматической нефти. Нитрил каучук можно использовать при температуре до -30°C, но специальные классы NBR можно также применять при более низких температурах. Далее приведен список свойств NBR:
• Нитрил каучук принадлежит к группе ненасыщенных сополимеров акрилонитрила и бутадиена.
• Физические и химические свойства нитрильного каучука варьируют в зависимости от полимерной композиции акрилонитрила.
• Доступны различные классы NBR. Чем больше содержание акрилонитрила, тем выше его нефтестойкость.
• Имеет хорошую стойкость к горючим топливам и другим химикатам.
• Может выдержать широкий диапазон температур.
• Нитрильный каучук также стойкий к алифатическим углеводородам (пропан, бутан, бензин, минеральные масла (смазочное масло, гидравлические масла групп H, H — L, H — LP)
• Имеет меньшую стойкость к озону, углеводородам ароматического ряда (АРУ), эфирам кетокислоты, альдегидам.
• NBR имеет высокую эластичность и износоустойчивость.
• Нитрил каучук можно использовать при температуре до -30°C, но специальные классы NBR можно также применять при более низких температурах
Применение NBR
NBR синтетический нитрил каучук наиболее надежное средство в эксплуатации на автоматических и промышленных установках.
В автотранспортной отрасли NBR используется как материал для механизмов водоотлива, шлангов, патрубков, гидравлических рукавов механизмов, которые воздействую с горючими топливами и нефтью. Также, как материал для механических уплотнений, втулок, изолирующих втулок для проводов. С температурным диапазоном от -40°С до +125 °С, NBR можно применять в автоматике. Эта форма синтетического каучука из-за своей отличной износоустойчивости подходит для одноразовой лабораторной чистки и производства смотровых перчаток.
Использование промышленного NBR
Промышленный нитрил каучук используется для изготовления целого ряда различных продуктов:
• Гидрошланги – шланги для подачи воды
• Конвейерная лента (лента конвейера, транспортерная лента, ленточный конвейер, транспортерный ремень)
• Графика, полиграфия, гравюра
• Гидравлическая манжета, пакер для нефтепромышленности
• Уплотнители для всех видов прокладочных работ (прокладка труб, механизмов и тд.)
• Впрыскивание или перемещение в формовые изделия/отформированные изделия.
• Прессование труб или прокладка трубопроводов (тюбинг).
• Каландрированные листы и пластины (коврики для салонов автомобиля и тд., промышленные ремни)
• Различные губки
• Шлемы
• Уплотнители/сальники/ торцевые уплотнения
• O-rings – уплотнительные кольца
• Мембраны для карбюраторов, насосов для подачи горючего: бензонасосы, топливные насосы, топливораздаточная колонка, нефтяной насос, топливонасос, бензопомпа, бензиновый насос, насос для жидкого топлива)
• Топливные системы (система питания топливом, система питания горючим)
• Кегли для боулинга
• Прокладка катков
• Компоненты со связкой резина – метал
• Резиновые соединители
• Материал Viton (фторкаучук)
Резина Витон, Viton, FKM, FPM — это торговая марка фторкаучука, принадлежащая компании DuPont, на сегодняшний день из всех существующих фторкаучуков Viton считается лучшим. На основе фторкаучука изготавливают резиновую смесь, из которой, затем делают деталь. В соответствии с различными системами стандартизации словосочетание «фторкаучук» обозначается различными аббревиатурами, но смысл от этого и сам материал не изменяются.
Аббревиатура FPM — в соответствии с указаниями международной организации стандартизации (ISO), аббревиатура FKM — в соответствии с обозначением, принятым Американским обществом тестирования и материалов (ASTM). Т.е. FPM — международное название, а FKM — американское название одного и того же материала. В России принято сокращение — ФК.
Витон / FPM / FKM / VITON (Фторкаучук) — имеет высокую химической стойкостью, а также стойкость к повышенной температуре. Обладает отличными механическими и физическими свойствами, содержание в резиновой смеси фтора обеспечивает негорючесть данного материала. Фтористые эластомеры имеют небольшое газопропускание и минимальную потерю веса при работе в вакууме.
УСТОЙЧИВ: ОТСУТСТВИЕ СТОЙКОСТИ:
• агрессивным химическим соединениям
• масла и минеральные смазки также с легирующими добавками
• ароматические и алифатические углеводороды
• трудновоспламеняемые гидравлические жидкости на базе фосфорных эфиров и хлорированных углеводородов ( HSC )
• синтетические масла для авиадвигателей
• морская и солоноватая вода
• шампуни для волос
• молоко, молочная сыворотка
• пиво, соки
• пульпа • тормозным жидкостям на гликолевой основе
• органическим кислотам, например октовой и муравьиной
• флюсовой кислоте
• хлорносульфоновая кислота
• кетонам (ацетон, ацетофенон)
• раскаленному водяному пару
• аммиаку, аминам
• раскаленный водяной пар
• полярным растворителям (ацетон, метилэтилкетон, диоксан)
• Уплотнения из фторкаучука для фреона R134a не рекомендуются!
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН : -20°C до +120 °C, кратковременно — до +150°C
• Компания ООО «ПроВижнГрупп» поможет подобрать аналоги уплотнений вала для различных производителей:
Eagle Burgmann
Roten
Roplan
AESeal
Hecker Werke
John Crane
Chetra
• Также наша компания имеет большой опыт подборки торцевых уплотнений насосов и уплотнений валов для оборудования распространённых индустриальных марок :
Alfa Laval
APV
Ampco Pumps
Allweiler
Calpeda
Grundfos
Fristam
IPP
Ebara
Edur
GEA Hilge
Inoxpa
SPX
SCF
Sterling SIHI
Netzsch
Robot Pumps
И многих других