Виды торцевых уплотнений: классификация по конструкции, компоновке и принципу работы

Виды торцевых уплотнений классифицируются по конструкции уплотнения (составное или картриджное), по способу монтажа (одинарное или двойное) и по принципу работы (разгруженное или неразгруженное, с кольцом или сильфонное, тип пружины и направление вращения). Эти три оси охватывают все встречающиеся на практике виды уплотнений и служат отправной точкой правильного подбора.

Оси классификации не исключают, а дополняют друг друга: одно изделие может одновременно быть картриджным узлом, двойной компоновкой, разгруженной конструкцией и многопружинным уплотнением. Поэтому правильный вопрос не сколько существует видов, а какой вариант верен по каждой оси для данного режима. Основы работы изложены в статье что такое торцевое уплотнение.

Ниже каждая ось рассмотрена по порядку, а в конце приведены две сравнительные таблицы: по применениям и по каталогу продукции.

Составное уплотнение — классическая конструкция, в которой вращающийся узел, ответное кольцо и эластомеры устанавливаются на насос по отдельности. Себестоимость ниже, а один и тот же корпус допускает разные комбинации материалов. Взамен требуется точно выставить рабочую длину пружины и не загрязнить рабочие поверхности; значительная часть ранних отказов возникает именно на этих шагах.

Картриджное уплотнение поставляется как единый предварительно собранный и отрегулированный на заводе узел: вращающееся кольцо, неподвижное кольцо, пружинный блок, защитная втулка вала и фланец. На объекте остаётся надеть картридж на вал, затянуть фланец и снять монтажные фиксаторы. Поскольку рабочая длина больше не зависит от монтажника, результат становится воспроизводимым.

Картриджный тип выбирают там, где простой дорог: на непрерывных производственных линиях и в двойных компоновках с затворной жидкостью. Одинарные и двойные картриджные уплотнения серии HUHNSEAL — типичный пример этой группы. Составные конструкции сохраняют позиции в серийном автомобильном производстве и бытовой технике, где решающим фактором остаётся себестоимость.

Одинарное торцевое уплотнение отделяет рабочую среду от атмосферы одной парой трения. Это самое экономичное решение для чистых, смазывающих и малоопасных сред; и это самый распространённый из видов насосных уплотнений. Поскольку пара трения — единственный рубеж защиты, смазывающая способность среды напрямую определяет ресурс.

Двойное торцевое уплотнение работает двумя парами трения, между которыми циркулирует затворная или буферная жидкость. На токсичных, летучих, кристаллизующихся и не смазывающих средах оно одновременно смазывает поверхности и удерживает утечку в атмосферу под контролем. Категории API 682 дают этим компоновкам общий язык описания.

Двойные уплотнения собирают тремя способами. В компоновке тандем оба уплотнения обращены в одну сторону, а межуплотнительная полость заполнена буферной жидкостью с давлением ниже рабочего. В компоновке «спина к спине» поверхности обращены в противоположные стороны, а полость заполнена затворной жидкостью с давлением выше рабочего, поэтому рабочая среда не выходит наружу. В компоновке «лицом к лицу» два неподвижных кольца установлены одно напротив другого.

В нашей линейке DR1-D указано как двойное промышленное уплотнение с пределами 25 бар и 200 °C, а HUHNSEAL выполняет ту же функцию в виде готового двойного картриджа.

• Тандем: буферная жидкость ниже рабочего давления, утечка первичного уплотнения собирается и контролируется.
• «Спина к спине»: затворная жидкость выше рабочего давления, выход среды в атмосферу сведён к минимуму.
• «Лицом к лицу»: короткая монтажная длина, лучшая переносимость сред с твёрдыми частицами.

Деление на разгруженные и неразгруженные уплотнения описывает, какая часть рабочего давления превращается в удельное давление на парах трения. Мерой служит отношение площади, нагруженной гидравлическим давлением, к площади трения; в разгруженной конструкции оно меньше единицы. В неразгруженной конструкции почти всё давление прижимает поверхности друг к другу, и с ростом давления теплота трения и износ растут стремительно.

В разгруженном торцевом уплотнении ступенька на валу или втулке уменьшает гидравлически нагруженную площадь. Результат при том же рабочем давлении — меньшая нагрузка на поверхности, меньше теплоты трения и более высокая допустимая величина PV. При высоком давлении, высокой окружной скорости, низкой вязкости и средах вблизи точки кипения разгруженный тип фактически обязателен.

Неразгруженные конструкции проще, короче и дешевле; на воде низкого давления, охлаждающей воде и насосах общего назначения их достаточно. По данным каталога MS-7 указано как неразгруженное одинарное уплотнение, IS-1 Istanbul предлагается в разгруженном и неразгруженном исполнении до 40 бар, а DR2-S достигает 30 бар благодаря разгруженной конструкции с защищёнными пружинами.

Первичное уплотнение всегда образуется между двумя поверхностями трения. Вторичное уплотнение изолирует вращающийся узел относительно вала, а неподвижный — относительно корпуса; именно его тип задаёт температурный предел и переносимость загрязнённых сред.

В уплотнении с кольцом (pusher) вторичный элемент перемещается по валу или втулке в осевом направлении, компенсируя износ поверхностей. Преимущества — широкий выбор эластомеров и высокая стойкость к давлению. Но если в зоне скольжения происходит кристаллизация или накапливаются твёрдые частицы, кольцо заклинивает и поверхность перестаёт отслеживать износ; именно здесь начинается утечка. DRM1-S и Europa — примеры конструкции с конической пружиной и кольцом.

В сильфонном торцевом уплотнении вторичное уплотнение обеспечивает упругий сильфон; скользящего элемента нет, поэтому риск заклинивания исключён. Конструкции с эластомерным сильфоном компактны и экономичны и являются стандартом в автомобильных водяных насосах, садовых и бассейновых насосах и бытовой технике. FA (промышленное) и 6A представляют эту группу.

В уплотнении с металлическим сильфоном эластомер полностью исключён из упругой функции, и температурный предел задают только материалы пар трения и статической прокладки. Теплоносительные масла, горячая вода и среды, вызывающие набухание эластомеров, — область этого типа. В линейке MEGASEAL есть разгруженные одинарные уплотнения с металлическим сильфоном по EN 12756 с температурной стойкостью до 220 °C.

Пружина создаёт предварительное поджатие, удерживающее поверхности вместе при пуске и при падении давления. Тип пружины определяет и осевую монтажную длину, и переносимость загрязнённых сред.

В однопружинной конструкции работает одна мощная витая пружина; большое сечение проволоки обеспечивает стойкость к засорению и коррозии, что подходит вязким средам с твёрдыми включениями. В многопружинной конструкции малые пружины распределены по окружности, создавая равномерное поджатие и лучшее распределение нагрузки на больших диаметрах вала; взамен пружины должны оставаться чистыми или выноситься из рабочей среды. DR2-S использует защищённые многопружинные блоки, а DPS — разгруженная многопружинная конструкция для пищевых применений.

Волновая пружина создаёт то же поджатие при значительно меньшей осевой длине и применяется в узких уплотнительных камерах и компактных картриджах. Коническая пружина сочетает стойкость однопружинной схемы к загрязнению с короткой монтажной длиной; к этой группе относятся DRM1-S, Europa и Simplex. В серии MEGASEAL MS применяются пластинчатые пружины в неразгруженных одинарных уплотнениях по EN 12756; MS-7 охватывает диаметры вала от 14 до 200 мм.

Зависимость от направления вращения означает, что из-за направления навивки пружины или геометрии поводка уплотнение работает корректно только в одну сторону. При обратном вращении пружина может раскручиваться, а утечка появиться уже в первые часы работы. В данных каталога DRM1-S указано как зависимое от направления вращения, и эта особенность используется сознательно, чтобы вязкие среды не забивали уплотнение.

Конструкции, независимые от направления вращения, безопасно работают в обе стороны. Там, где возможен реверс или ориентацию при монтаже нельзя гарантировать на объекте, это реальный запас надёжности. Большая часть каталога — DPS, DR2-S, UWP2, HUHNSEAL и FUGESCO — независима от направления вращения.

Уточнение направления вращения вала до заказа — мелкая проверка, которая дорого обходится при пусконаладке. При ранних утечках несовпадение направления вращения относится к частым причинам; подробности — в руководстве отказы и обслуживание торцевых уплотнений.

В разъёмном уплотнении все детали изготовлены из двух половин, поэтому его можно установить, не снимая насос и муфту. Такой тип выбирают для крупных насосов сточных вод, мешалок и оборудования с долгой разборкой, где важно сократить простой.

Сухое газовое уплотнение работает бесконтактно: микроканавки на поверхностях создают тонкую газовую плёнку. Поскольку вместо жидкостной плёнки используется газовая, теплота трения и потери мощности очень малы; тип разработан для газовых компрессоров. Чистота и контроль давления запирающего газа здесь критичны.

Вращающееся соединение часто путают с торцевым уплотнением, но задача у него другая: оно передаёт среду с неподвижной линии во вращающийся цилиндр или барабан. Внутри есть пара трения, однако назначение — передача среды, а не уплотнение вала. К этой категории относятся вращающиеся соединения HERO и Rotary Joint Series 100 для воды, пара и горячего масла.

Сальниковая набивка — не вид торцевого уплотнения, а альтернативная технология: плетёные кольца сжимаются грундбуксой и работают с контролируемой капельной утечкой. Премиальные набивки, соответствующие API 622, например GR8800, применяются там, где важны низкие эмиссии. Подробное сравнение двух технологий — в статье торцевое уплотнение и сальниковая набивка.

После выбора типа уплотнения второе решение, определяющее ресурс, — комбинация пары трения и эластомеров. Если одна из поверхностей мягче другой, износ развивается контролируемо; сочетания двух твёрдых поверхностей оставляют для абразивных сред.

• SiC/SiC: абразивные среды с твёрдыми частицами и химически агрессивные жидкости; высокая твёрдость и теплопроводность.
• SiC/углеграфит: чистая вода, химические процессы и общее применение; низкое трение и малая утечка.
• WC (карбид вольфрама)/углеграфит: высокие механические нагрузки и риск термического удара.
• Оксид алюминия/углеграфит: экономичное решение для чистой воды и слабонагруженных режимов.
• Эластомеры: NBR — минеральное масло и охлаждающая вода, EPDM — горячая вода и щёлочи, FKM — углеводороды и масла, FFKM — широкая химическая стойкость, PTFE — агрессивные среды.

Таблица ниже служит инструментом предварительного отбора; окончательный выбор делается вместе с анализом среды, размерами уплотнительной камеры и рабочей точкой. По материалам смотрите руководство выбор материалов для уплотнительной продукции.

Meccanotecnica Umbra Turkey — турецкая компания итальянского производителя торцевых уплотнений Meccanotecnica Umbra S.p.A. Из промышленной зоны Икителли в Стамбуле компания производит и поставляет торцевые уплотнения, сальниковые набивки, прокладки и вращающиеся соединения для автомобильной промышленности, бытовой техники и промышленных насосов. Таблица ниже размещает основные серии этого каталога из 189 изделий по описанным осям классификации.

Полный перечень, технические чертежи и файлы STEP/DWG доступны в каталоге продукции; для подбора под конкретное применение обращайтесь к нашей инженерной группе.