Все новости

Главная » Статьи о торцевых уплотнениях » Почему торцевые уплотнения Джон Крейн 2100 не работают при любых условиях

© к.т.н. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.

Почему торцевые уплотнения Джон Крейн 2100 не работают при любых условиях

Предисловие

Настоящая статья была подготовлена нашей группой специалистов благодаря многочисленной информации, поступившей в наш адрес за последние три-четыре года, и, к сожалению или счастью, продолжающая периодически поступать в наш адрес как от наших потенциальных заказчиков, так и сторонних предприятий и организаций, которые столкнулись с тем, что торцевые уплотнения Джон Крейн 2100 [профессионально подобранные по параметрам разными сервисными центрами, подобными торговыми компаниями и научно-производственными предприятиями], установленные в разное оборудование [насосы, мешалки и др.] часто выходили из строя, т.е. фактически не работали при любых условиях. Краткий анализ существующей проблемы, а также наша краткая оценка рекламных слоганов ряда компаний, частично раскрываемая в настоящей статье, может навести наших благосклонных читателей [возможно и наших потенциальных заказчиков] на правильные выводы.


Как "правильно" подобранное торцевое уплотнение Джон Крейн 2100 не работало в гомогенизаторе мешалки


Торцевое уплотнение Джон Крейн тип 2100, краткое описание, характеристики

Торцевое уплотнение известной и уважаемой английской фирмы Джон Крейн тип 2100 является простым одинарным торцовым уплотнением, содержащим резиновый сильфон. Благодаря простой и относительно недорогой конструкции это торцевое уплотнение получило широкое распространение во всём мире, включая нашу страну. Торцевое уплотнение тип 2100 [John Crane] предлагается многочисленными организациями в качестве "универсального уплотнителя" и даже "оборудования", способного работать в широком диапазоне "давлений и скоростей", для целого спектра рабочих сред [жидкостей], "при любых условиях [эксплуатации]" и т.д. и т.п.

Вид торцевого уплотнения Джон Крейн 2100 из каталога

Внимательному читателю следует отбросить рекламные причуды, нацеленные на завлечение и продажу товара и обратиться к первоисточнику:

Краткое описание торцевого уплотнения Джон Крейн 2100

Обратите внимание, что мы привели информацию на английском языке - языке оригинала. Как мы видим, в технических характеристиках этого уплотнения указан действительно широкий диапазон температур и давлений, но давайте будем читать дальше оригинальное описание...

Ограничения по параметрам для торцевого уплотнения Джон Крейн тип 2100

Здесь мы увидим оценочную информацию [и это важно] об ограничениях по перепаду давления, температуре и скорости вращения вала для торцевого уплотнения Джон Крейн тип 2100. Для оценки пределов применения компанией предлагается использовать специальный корректирующий коэффициент [Multiplier Factor]. Для воды, в качестве рабочей жидкости уплотнения, приведен свой отдельный график для определения дополнительного корректирующего коэффициента.

Корректирующий коэффициент для торцового уплотнения 2100 вода

Таким образом, к примеру, для торцевого уплотнения тип 2100, комплектуемого контркольцом с Г-образной резиновой манжетой ("седла" типа M), с материалами SIC vs SIC (S1S1 - по обозначению Джон Крейн), для диаметра вала, предположим 28 мм, при скорости вращения вала 2900 1/мин, для рабочей жидкости - горячая вода с температурой +115 град Цельсия, оценочный критический перепад давления на торцовом уплотнении составит:

 

15 Бар x 0.5 x 0.75 x 0.9 x 0.85 ~ 4,3 Бар.

 

Практика применения торцевого уплотнения Джон Крейн 2100

 

Обратимся к данным, полученным экспериментальным путём, при эксплуатации насоса Grundfos в одной из котельных России.

торцевое уплотнение Джон Крейн тип 2100 

Фото 1. Торцевое уплотнение Джон Крейн 2100.

Параметры эксплуатации:

  • перепад давления 2,5...3,0 Бара (максимум);
  • скорость вращения вала 2900 [1/мин];
  • температура воды на входе в насос +110...+115 град С (максимум);
  • постоянная работа насоса.

Торцевое уплотнение тип 2100 с материалами AS1S1 (также применялись с материалами GS1S1/GR1S1) под диаметр вала 28 мм - вышло из строя в течение недели эксплуатации при указанных выше параметрах, с запасом по перепаду давления [исходя из ранее проведенной оценки критического перепада давления].

Очевидный фактор выхода из строя уплотнения: разрыв резинового сильфона по его центральной части в самом тонком месте.

Причины выхода из строя:  превышения допустимых напряжений для материалов деталей (допустимого крутящего момента) в результате воздействия высокой температуры рабочей среды и недостаточного охлаждения (перегрева), и возникновения режима “сухого трения”.



Обратимся к экспериментальным данным при эксплуатации мешалок на одном из пищевых предприятий России.

торцевое уплотнение Джон Крейн тип 2100 разорвалось 

Фото 2. Торцевое уплотнение Джон Крейн 2100 разорвалось.

Параметры эксплуатации:

  • мешалка с рабочими средами: сахарный сироп, патока, сгущённое молоко;
  • перепад давления менее 0.1 Бар;
  • скорость вращения вала 1500 [1/мин];
  • температура рабочей среды +90...+120 град С (максимум);
  • периодическая работа мешалки.

Торцевое уплотнение Джон Крейн тип 2100 с материалами AS1S1 (также применялись с материалами GS1S1/GR1S1) под диаметр вала 35 мм - вышло из строя в течение нескольких дней эксплуатации при указанных выше параметрах, с запасом по перепаду давления [исходя из ранее проведенной оценки критического перепада давления].

Очевидный фактор выхода из строя уплотненияразрыв резинового сильфона по его центральной части в самом тонком месте.

Причины выхода из строя:  превышения допустимых напряжений для материалов деталей (допустимого крутящего момента) в результате воздействия высокой температуры рабочей среды и недостаточного охлаждения (перегрева), слипания (склеивания) колец пар трения.

 

Обратимся к экспериментальным данным при эксплуатации насосов на одном из молочных предприятий России.

торцевое уплотнение Джон Крейн разрыв сильфона 

Фото 3. Торцевое уплотнение Джон Крейн 2100 - разрыв сильфона.

Параметры эксплуатации:

  • насос с рабочими средами: вода, смесь воды и щелочи, смесь воды и кислоты, CIP - мойка;
  • перепад давления не более 3 Бар;
  • скорость вращения вала 2800...3000 [1/мин];
  • температура рабочей среды +85...+95 град С (максимум);
  • периодическая работа насоса.

Торцевое уплотнение Джон Крейн тип 2100 с материалами AS1S1 (также применялись с материалами GS1S1/GR1S1) под диаметр вала 22 мм - вышло из строя в течение трёх дней эксплуатации при указанных выше параметрах, с запасом по перепаду давления [исходя из ранее проведенной оценки критического перепада давления].

Очевидный фактор выхода из строя уплотненияразрыв резинового сильфона по его центральной части в самом тонком месте, перегрев деталей.

Причины выхода из строя:  превышения допустимых напряжений для материалов деталей (допустимого крутящего момента) в результате воздействия высокой температуры рабочей среды и недостаточного охлаждения (перегрева), а также инверсии давлений на уплотнении.

Ограничения применимости торцевых уплотнений Джон Крейн 2100

В связи с особенностями, заложенными изначально в конструкцию торцевого уплотнения тип 2100, имеется ряд ограничений по применимости торцевых уплотнений этого типа и других подобных конструкций с резиновым сильфоном:

 

  • невысокая надежности при работе в горячей воде с температурой выше +110 град Цельсия и перепадах давления 3,0 Бар и выше при скорости вращения вала 2900 1/мин и выше, частая причина выхода из строя - разрыв резинового сильфона.
  • не предназначено для работы в относительно вязких и склеивающихся рабочих средах, например, в горячем сахарном сиропе с температурой от +80 град Цельсия до +100 град Цельсия и выше даже при скоростях вращения вала 1500 1/мин и небольших перепадах давления, частая причина выхода из строя - разрыв (скручивание) резинового сильфона, терморастрескивание колец из материала S, ускоренный износ при применении материала R1 [подбирают по параметрам и ставят народные умельцы].
  • не предназначено для работы в высокоабразивных рабочих средах (количество абразивных частиц более 5% по объёму), например, в измельчённой среде - смеси, получаемой из сахарной свеклы в процессе производства сахара, частая причина выхода из строя разрыв (скручивание) резинового сильфона, ускоренный износ при применении материала R1 [подбирают по параметрам и ставят народные умельцы].
  • не годится для работы в любых вязких рабочих средах, например, в цементных растворах и т.п. средах.
  • не предназначено для работы в вязких маслах.
  • не предназначено для работы в нефтепродуктах, в частности, сырой нефти, мазуте.
  • не пригодно для работы в высокоагрессивных жидкостях при достаточно высокой их температуре.

 

Выводы:

  • Торцевое уплотнение Джон Крейн тип 2100 не работает при любых условиях [эксплуатации], а работает только когда обеспечиваются все необходимые условия для его работоспособности (см. например, нашу статью).
  • Подбор торцевого уплотнения тип 2100 по параметрам не всегда приемлем - специальный корректирующий коэффициент, он же Multiplier Factor, служит лишь для грубой оценки [целесообразно проводить подбор торцевого уплотнения только по результатам расчета рабочих параметров уплотнения исходя из технического задания заказчика с проверкой в реальных условиях эксплуатации].
  • Не всегда следует реально воспринимать рекламную информацию так, как она подаётся на многих сайтах торгующих компаний, предлагающих торцевые уплотнения Джон Крейн тип 2100 [там может быть написана "полнейшая ахиницея", нацеленная только на продвижение сайта через поисковые системы, например, это любит Яндекс].
  • Неужели всё так плохо? - Вовсе нет, это уплотнение целесообразно к применению, но не для любых условий.

 

Продолжение - как торцовое уплотнение Джон Крейн 2100 не работало в гомогенизаторе мешалки