Уплотнительное устройство

Уплотнительное устройство — устройство или способ предотвращения или уменьшения утечки жидкости, газа путём создания преграды в местах соединения между деталями машин (механизма) состоящее из одной детали и более. Существуют две большие группы: неподвижные уплотнительные устройства (торцевые, радиальные, конусные) и подвижные уплотнительные устройства (торцевые, радиальные, конусные, комбинированные).

• Неподвижные уплотнительные устройства:
  • герметик (вещество с высокой адгезией к соединяемым деталям и нерастворимое в запорной среде);
  • прокладки из различных материалов и различной конфигурации;
  • кольца круглого сечения из эластичного материала^[1];
  • уплотнительные шайбы;
  • пробки;
  • применение конусной резьбы;
  • контактное уплотнение.

• Подвижные уплотнительные устройства (позволяют совершать различные движения, такие как: осевое перемещение, вращение (в одном или двух направлениях) или сложное движение):
  • канавочные уплотнения;
  • лабиринты;
  • кольца круглого сечения из эластичного материала;
  • войлочные кольца;
  • маслоотражательные устройства;
  • манжеты различной конфигурации;
  • лепестковое уплотнение;
  • шевронные многорядные уплотнения;
  • сальниковые устройства;
  • сильфонные уплотнения;
  • торцевые механические уплотнения;
  • торцевые газовые уплотнения.

Манжета (уплотнение манжетного типа)

Рис. 2. Манжета.

Манжета (фр. manchette) — рукавчик), широко распространённое в технике уплотнение. Является контактным радиальным уплотнением. Позволяет вращение и осевое перемещение валов и штоков гидро- и пневмоцилиндров, надёжно обеспечивая герметичность. Различают манжеты армированные для уплотнения вращательного движения (в народе сальник) и манжеты гидравлические и пневматические для уплотнения возвратно-поступательного движения.

Торцевое механическое уплотнение

Рис. 3. Схема торцевого механического уплотнения:
1) установочный винт;
2) кольцо круглого сечения (вторичное подвижное уплотнение)^[2];
3) штифт передающий вращение подвижному кольцу 4; 4) подвижное кольцо;
5) неподвижное кольцо;
6) кольцо круглого сечения (вторичное уплотнение);
7) корпус;
8) штифт удерживающий неподвижное кольцо 5;
9) вал (втулка);
10) пружины обеспечивающие прижим подвижного кольца к неподвижному.

Торцевое механическое уплотнение, также механическое уплотнение, является типом уплотнения, используемым во вращающемся оборудовании, для обеспечения герметизации вала, передающего механическую энергию к рабочему органу механизма, типа насосов, компрессоров, химических реакторов, вакуумных фильтров-сушилок и т. д., то есть там, где необходимо разделить две среды и обеспечить минимальные утечки. Ранние модели насосов использовали сальниковые устройства. Начиная со Второй мировой войны, торцевые механические уплотнения успешно заменяют сальниковые устройства во всех применениях.

Технические данные

• Типы торцевых уплотнений:
  • одинарное торцевое уплотнение;
  • двойное торцевое уплотнение;
    • «спина-к-спине» («back-to-back»);
    • «лицом-к-лицу»(«face-to-face»);
    • тандем;
  • уплотнение картриджного типа
    • одинарное картриджное уплотнение;
    • двойное картриджное уплотнение;
      • «спина-к-спине» («back-to-back»);
      • «лицом-к-лицу»(«face-to-face»);
      • тандем;

В торцевом механическом уплотнении используются основное уплотнение и вспомогательные (подвижные и неподвижные) уплотнения, которые находятся в контакте с уплотняемой средой позволяя вращающемуся элементу пройти через камеру уплотнения.

Основное уплотнение — это пара трения двух колец (подвижного и неподвижного) из различных материалов (углеграфиты, металлы, карбиды (карбид вольфрама с различними связками, карбид кремния), керамика (окислы металлов), пластмассы), как одного и того же материала так и в сочетании различных материалов (нерж. сталь — капутька, Al₂O₃ 99 % (керамика) — углеграфит). Для обеспечения необходимого контакта между кольцами применяются пружина, блок пружин или упругий сильфон. В процессе эксплуатации на торцевые поверхности действуют гидравлические силы и при положительно давлении уплотняемой среды стремятся сжать пары трения, что увеличивает тепловыделение. Теоретически зазор между уплотнительными поверхностями равен высоте шероховатости этих поверхностей и не превышает 1 мкм.

Таблица 1

Шероховатость колец, мкм

Материал	Шероховатость
Карбид вольфрама	0,01
Карбид кремния	0,04
Нерж. сталь	0,15
Углеграфит	0,10
Окись алюминия	0,15
Углегафит с карбидом кремния	0,15

Вспомогательное (подвижное и неподвижное) уплотнение — герметезирует все стыки торцевого соединения с корпусом механизма и вала в камере уплотнения. Неподвижное вспомогательное уплотнение как правило герметезирует неподвижное кольцо с корпусом механизма и подвижное кольцо с валом. Подвижное вспомогательное уплотнение обеспечивает уплотнение между подвижным кольцом и валом или корпусом торцевого уплотнения. Рабочая подвижность этого уплотнения зависит от точности изготовления подвижного кольца, торцевого биения неподвижного кольца относительно вала и не превышает 0,2 мм и внешних сил стремящихся раскрыть уплотнение.

Утечка в стыке уплотнительных колец определяется статическим зазором между этими кольцами, геометрией колец, вибрацией, режимом эксплуатации, внешними силами раскрывающим кольца, правильностью монтажа, свойствами уплотняемой среды.

Двойное торцевое уплотнение требует промывную (затворную) среду. Назначение этой жидкости: промыть первичное торцевое уплотнение от уплотняемой среды с целью предотвратить её попадание во внешнюю среду, промыть первичное торцевое уплотнение от твердой фазы уплотняемой среды, уравновесить (запереть) гидравлически разгрузить первичное торцевое уплотнение.

Торцевое уплотнение с механизмом обратного нагнетания

Гидродинамическое уплотнение с V- или U-образным карманами, расположенными на поверхности скольжения одного из колец, от середины кольца к внутреннему краю кольца со стороны рабочей среды. Изобретены с начала 80-х годов 20-го века.

Торцевое газовое уплотнение (газодинамическое бесконтактное уплотнение)

Является дальнейшим развитием торцевого механического уплотнения. Применяются с середины 80-х годов 20-го века. Принцип действия основан на создании тонкой газовой прослойки между кольцами торцевого уплотнения (зазор около 3 мкм), это происходит благодаря специальным V- или U-образным карманами, с толщиной сопоставимой с толщиной торцевого зазора, расположенными на поверхности скольжения одного из колец, от середины кольца к внешнему краю кольца со стороны затворного газа. При вращении кольца происходит нагнетание затворного газа в промежуток кармана, что приводит к образованию зазора что приводит к бесконтактному газовому скольжению: это обеспечивает минимальные потери на трение и износ уплотнения. В качестве затворного газа применяется технический воздух или азот под давлением более чем рабочая среда на 5…10 %. Идеально подходит для работы при низких температурах, с низкотемпературно кипящими жидкостями, для обеспечения чистоты производственного процесса (полностью исключает утечки).

Примечания

1. ↑ Для деталей машин работающих при высоких температурах до 1100 °C используются металлические пустотелые кольца О- и С-образного сечения.
2. ↑ Из-за осевого и частично радиального биения кольцо круглого сечения совершает движения.

Ссылки

• Уплотнение — статья из Большой советской энциклопедии
• Сальник — статья из Большой советской энциклопедии
• Лабиринтное уплотнение — статья из Большой советской энциклопедии
• Магнитожидкостное уплотнение