ТОРЦЕВЫЕ УПЛОТНИТЕЛИ НАСОСОВ. ВЫБОР. ПРИЧИНЫ ПОЛОМКИ. СРОК СЛУЖБЫ.

Торцевое уплотнение является критически важным узлом центробежного насоса, отвечающим за герметизацию вала и предотвращение утечки перекачиваемой среды. Правильный выбор этого элемента напрямую влияет на надежность, срок службы оборудования и стоимость его обслуживания. Ключевым этапом в процессе подбора является расшифровка стандартного обозначения (маркировки) уплотнителя, которое содержит исчерпывающую информацию о его конструкции и материалах.

Структура обозначения

В отечественной и международной практике (согласно стандартам ГОСТ и ISO) маркировка торцевого уплотнения представляет собой буквенно-цифровой код. Хотя у разных производителей могут быть незначительные отличия, общая структура кода выглядит следующим образом:

[Тип] - [Исполнение] / [Материал вращающегося кольца] - [Материал неподвижного кольца] - [Материал вторичных уплотнений] - [Параметры пружины]

Рассмотрим каждый элемент этого кода подробнее:

Тип и исполнение. Обычно обозначается буквами (например, 1Т — одинарное торцевое, 2Т — двойное, ТН — с металлическим сильфоном). Это указывает на принципиальную конструкцию узла.

Пары трения: материал вращающегося и неподвижного кольца.

Carbon - Углеграфит - Для водяной и масляной среды. Рабочий диапазон до +200С.

Ceramic - Керамика - Для обычной и загрязненной холодной воды.

SiC - Карбид кремния - Стойкий к износу, коррозии, нагреву. Для промышленных, погружных и дренажных насосов.

TC - Карбид вольфрама - Максимально стойкий к износу и высоким температурам материал. Используется в промышленном оборудовании на производстве, при добыче и перекачивании нефтепродуктов, а также в погружных, дренажных и канализационных насосах.

Сильфоны: материал вторичных уплотнений.

NBR - Бутидиен-нитрильный каучук - Подходит для воды, мазута, бензина и смазочных материалов. Диапазон температур: от -20С до +40С

EPDM - Этиленпропиленовый каучук - Стойкий к высоким и низким температурам. Подходит для перекачивания некоторых химических реагентов. Диапазон температур: -50С до +120С

Viton - Фторкаучук - Подходит для перекачивания смазочных материалов, пива, молока, некоторых химических реагентов. Стойкий к высоким температурам. Диапазон температур: от -20С до +120С. Кратковременно: до +150С.

Металлические элементы: параметры пружины.

SS304 - Сталь марки SUS 304 - Сталь коррозийно стойкая обыкновенная.

SS316 - Сталь марки SUS 316 - Нержавеющая сталь повышенной коррозийной стойкости.

Пример расшифровки: Уплотнение с маркировкой MG1-25 G60 SIC/SIC VITON

Диаметр вала 25 мм, неподвижное кольцо 60мм.

Материал пары трения - Карбид кремния (SIC)/Карбид кремния (SIC)Материал сильфона - VIT (≈180°С)

MG1-25 G60 SIC/SIC VITON

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ТОРЦЕВЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ.

Торцевые уплотнения выходят из строя из-за сочетания факторов, связанных с эксплуатацией, ошибками монтажа, конструктивными особенностями или воздействием рабочей среды. Повреждения не возникают «внезапно» — их причина всегда связана с нарушением смазки, загрязнением, ошибками монтажа или изменением условий работы.

Эксплуатация

• Перегрев и работа без смазки. Когда в зоне уплотнения отсутствует жидкостная плёнка, трение вызывает быстрый рост температуры. Эластомеры теряют эластичность, на твёрдых поверхностях появляются трещины.
• Загрязнения и абразив. Взвешенные частицы, соли, осадки или волокна нарушают работу зазора, оставляют борозды и задиры, увеличивают утечки. Длинные волокна могут застопорить и увеличить напряжения кручения пары трения. Например, для материала резинового сильфона превышение допустимых напряжений кручения может привести к его разрыву из-за адгезии или склеивания колец пары трения.
• Сухой пуск насоса. Когда насос работает без жидкости, происходит «сухой ход». В результате сухого трения происходит перегрев пары трения, она трескается или крошится, и торцовое уплотнение быстро выходит из строя.
• Вибрация. Если насос неверно смонтирован на опоре или фундаменте, не отцентрован, это приводит к вибрациям. Возможно сильное осевое и радиальное расхождение вала, что может привести к разрушению уплотнения и утечкам жидкости через торцовое уплотнение.
• Запуск насоса с неверным направлением вращения. Например, уплотнения с одинарной пружиной с определённым направлением навивки и без дополнительных элементов передачи крутящего момента могут выйти из строя при резком пуске без частотника в обратную сторону.

Монтаж

• Несоблюдение монтажной длины.
• Перекос седла.
• Несоосность вала и недостаточный контроль осевого биения приводят к заклиниванию и неравномерному износу.
• Неправильная установка «седла» под наклоном — может привести к усиленному износу вращающейся поверхности уплотнения.
• Неверная длина поджатия уплотнения — недожали или пережали.
• Неправильно подсоединили трубки промывки камеры уплотнения — в результате промывка не работает, уплотнение перегревается или быстро износится пара трения.

Конструкция

• Неправильный выбор типа и материалов торцового уплотнения. Необходимо учитывать температуру, вязкость, липкость, агрессивность, плотность жидкости, наличие твёрдых частиц и другие свойства жидкости. Материалы должны быть совместимы с жидкостью, перекачиваемой насосом.
• Дефекты подвижной и неподвижной части уплотнения. Например, поломка неподвижной части из-за неправильного монтажа или демонтажа

Среда

• Химическая несовместимость. Неправильно подобранные эластомеры разбухают, покрываются трещинами или полностью разрушаются при контакте с рабочей жидкостью.
• Кристаллизация перекачиваемых сред. Кристаллы действуют как абразивные частицы, вызывая ускоренный износ поверхностей пары трения. Особенно опасно попадание кристаллов между торцевыми поверхностями, что приводит к их механическому повреждению и нарушению герметичности.
• Отложения со стороны атмосферы (у вала) из-за утечки рабочей среды через зазор пары трения уплотнения в атмосферу. Подобные отложения могут ограничивать осевую подвижность уплотнения, в результате оно может не обеспечивать необходимую герметичность.

Для точного определения причин повреждения уплотнения необходимо анализировать условия работы насоса. Хотя визуальный осмотр повреждённого узла позволяет выявить характер дефекта, истинная причина поломки зачастую кроется в особенностях эксплуатации оборудования.

А теперь самое интересное – срок службы торцевых уплотнителей.

Рассмотрим пример, в котором имеется три одинаковых по габаритно-присоединительным размерам гидравлически нагруженных торцевых уплотнения (например, Джон Крейн 2100, BS2100 или других аналогичных по конструкции, которые применяются для многочисленных циркуляционных насосов)

с материалами

CAR/CER/NBR (вариант 1) ,

CAR/SIC/HNBR (вариант 2),

TC/TC/VITON (вариант 3).

Насос продолжительно работает и перекачивает чистое фильтрованное масло с температурой +80 град С при перепаде давления на уплотнении не более 5 Бар. Первое, что обычно интересует покупателей - это цена. Ниже приведен график, показывающий относительную цену уплотнений для рассматриваемых вариантов.

Цена уплотнения для насоса с материалами CAR/CAR/NBR (графит - керамика Al2O3 или обозначение BR1C1) принята нами за единицу.

Уплотнения с более дорогими материалами стоят дороже: углеграфит - карбид кремния с улучшенной маслобензостойкой резиной (CAR/SIC/HNBR) - примерно в 2,5 раза дороже,

со специальными металлокерамическими кольцами пары трения и эластомером из фторкаучука (TC/TC/VITON) - почти в 5 раз дороже.

На первый взгляд, если остановиться только на цене, выбор уплотнения вполне очевиден: только графит - керамика и маслобензостойкая резина CAR/CER/NBR или BR1C1, но не всё так просто...

Срок службы до предельного износа и ресурс уплотнений

Пойдём несколько дальше и выполним оценку по вероятностному сроку службы пары трения рассматриваемых уплотнений, а также ресурсу эластомеров в эксплуатации. В первом случае график получен в предположении максимального износа колец пары трения на величину до 1,5 мм, оценка проведена исходя из известных величин износов материалов колец пары трения в эксплуатации.

Сразу бросается в глаза тот факт, что самое дешевое уплотнение (материалы CAR/CER/NBR) может проработать чуть больше полугода, второй вариант может эксплуатироваться до примерно полутора лет, а третий показывает исключительный срок службы до предельного износа колец пары трения - более двух с половиной лет. Если условия работы будут менее благоприятные, и, например, в перекачиваемой насосом жидкости будут присутствовать абразивные частицы, то дешевые варианты уплотнений 1 и 2 дополнительно существенно проиграют варианту 3. При неизбежном ухудшении технического состояния насоса в эксплуатации, в особенности связанном с частой его разборкой и сборкой для замены вышедшего из строя уплотнения, первые два варианта уплотнений износятся ещё быстрее последнего. Оценочный ресурс эластомеров уплотнения насоса получен исходя из известных экспериментальных данных и на основе программного комплекса MSLC.

С резиновыми деталями уплотнений и их оценочным ресурсом картина ещё более резкая: маслобензостойкая резина NBR поработает в масле около полугода, улучшенная маслобензостойкая резина (HNBR) продержится почти год, а более дорогой фторкаучук (VITON) может противостоять старению около пяти лет.

Количество торцевых уплотнений для насоса

Идем ещё дальше и рассчитаем исходя из определенных ранее данных необходимое количество торцевых уплотнений, которых потребуется на 5 лет непрерывной работы насоса - эту цифру мы взяли исходя из возможного минимального срока службы насосного агрегата.

Получаем, что за время эксплуатации насоса в течение упомянутого выше периода времени нам бы потребовалось заменить:

- не менее 12 штук уплотнений графит - керамика Al2O3 и резина NBR (кодировка BR1C1);

- не менее 7 штук уплотнений с материалами углеграфит - карбид кремния и улучшенной маслобензостойкой резины HNBR ;

- всего 2 штуки уплотнений с парой трения из металлокерамики и резины на основе фторкаучука (VITON).

ВЫБОР ЗА ВАМИ.

С уважением дир по производству ООО "НевадаЭлектро"