Все новости

Главная » Статьи о торцевых уплотнениях » Проектирование и расчет уплотнений ротационных соединений

 

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

Проектирование и расчет уплотнений ротационных соединений

Ротационные соединения [ротационные уплотнительные соединения] являются прецизионными устройствами, обеспечивающими герметичность между неподвижной частью оборудования (например, подводящей трубой или штуцером со шлангом) и вращающейся частью оборудования (например, барабаном, цилиндром или шпинделем) с целью прохождения рабочей среды как через неподвижную, так и через вращающуюся часть оборудования. В качестве рабочих сред могут применяться различные жидкости и газы: вода, пар, горячее масло, воздух, смазочная-охлаждающая жидкость (СОЖ), хладогенты, и т.п.

Прецизионные устройства находят широкое применение:
•    в металлообработке для подачи воздуха, СОЖ, масла в станки, обрабатывающие центры и другое специальное металлообрабатывающее оборудование;
•    в металлургической промышленности для подачи охлаждающей воды;
•    при производстве продукции из пластика и резины с целью подачи воды и горячего масла;
•    в целлюлозно-бумажной промышленности для подачи пара и горячего масла;
•    в других областях промышленности.   

Ротационные уплотнительные соединения могут иметь различное конструктивное исполнение, размеры и характеристики, однако содержат четыре основных компонента: корпус, вал, подшипник или несколько подшипников и механическое уплотнение. Последнее, во многих случаях, является торцовым уплотнением - главным компонентом устройства. В зависимости от типа и параметров рабочей среды, а также условий эксплуатации находят применение одинарные, двойные или комбинированные уплотнения.

 

Ротационные уплотнительные соединения изготавливаются многими зарубежными компаниями. Мировыми лидерами являются Deublin, GAT, OTT-JAKOB GmbH & Co Spanntechnik KG и др., имеющие многолетний опыт в проектировании и изготовлении прецизионных изделий. Десятилетиями специалисты этих фирм проводят научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, нацеленные на создание уникальной продукции высокого качества. Например, около 90% всех ротационных соединений компании Deublin до их передачи заказчикам проходят дополнительный контроль качества на специальных стендах.

ротационные соединения проектирование и расчет, изготовление опытных образцов

Выполнение импортозамещения в России ставит перед отечественными проектировщиками и изготовителями различного отечественного оборудования задачи, нацеленные на замену зарубежных изделий на российскую продукцию, обеспечивающую аналогичные или даже лучшие характеристики. Проблема импортозамещения применительно к ротационным соединениям в значительной мере связана с нахождением рационального технического решения торцового уплотнения, выполнением комплекса проектно-расчетных работ с выбором материалов для деталей уплотнения, а также применением необходимых технологий для производства такой прецизионной продукции.


Ситуация с обеспечением необходимой надежности значительно усложняется если торцовое уплотнение должно работать в широком диапазоне скоростей скольжений от 0 до 36 000 мин-1 и давлений рабочей среды от 0 до 50 Бар и более, в загрязнённой рабочей среде с наличием вибраций, других особенностей эксплуатации. Если обратиться к справочной литературе и каталогам ротационных соединений, то изготовители указывают на недопустимость или ограниченность работы уплотнений в условиях сухого трения, невозможность функционирования устройства при своих предельных значениях температур и давлений, определяют требования к тонкости фильтрации рабочей среды и т.д. Для высоких перепадов давлений применяются гидравлически разгруженные торцовые уплотнения. Ротационные соединения часто выходят из строя в эксплуатации - не могут выполнять свою функцию, несмотря на то, что зарубежные компании имеют десятилетия опыта в области проектирования и изготовления таких прецизионных изделий, а также проверяют большинство из них на специальных стендах.


Исследования и расчеты показывают, что повышение нагрузочной способности и расширение области работы торцовых уплотнений ротационных соединений до PV = 600...800 [Бар м/с] связано с применением специальных композитных материалов, обладающих более высокой теплопроводностью и меньшим коэффициентом трения, а также использованием новых технологий при изготовлении колец пар трения с целью создания в зазоре между ними гидродинамического или термогидродинамического эффекта.

 

Наша группа специалистов выполняет по техническому заданию заказчика комплекс проектно-расчетных работ для торцовых уплотнений ротационных соединений:
•    анализ предлагаемых либо поиск других технических решений;
•    проектно-расчетные работы с выбором рационального технического решения уплотнения, результатом этих работ является подготовка отчёта с необходимыми рекомедациями;
•    разработка чертежей опытных образцов торцовых уплотнений с последующей их передачей изготовителю, изготовление опытных образцов.

Впоследствии российские компании могут самостоятельно изготавливать ротационные уплотнительные соединения с использование разработанных чертежей опытных образцов торцовых уплотнений.