HighExpert.RU


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

Торцевое уплотнение для мешалки

В различных областях промышленности находят применение перемешивающие устройства, например, мешалки, миксера, смесители, реакторы и гомогенизаторы. Работа таких устройств связана с вращением вала, поэтому на практике возникает задача разделения полости с рабочей средой (перемешивающимся продуктом) и атмосферой по вращающемуся валу. Для решения этой задачи применяются различные уплотнения, в частности, сальниковые набивки (сальники), манжетные уплотнения (манжеты), торцевые уплотнения, а также, в ряде случаев, комбинированные уплотнения. Сальники и манжеты имеют ряд существенных недостатков, связанных с конструктивными отличительными особенностями: ограниченный рабочий диапазон перепадов давления (для манжет обычно не более 1 атм), ограниченная скорость вращения вала, фактически невозможность применения таких изделий в абразивной рабочей среде из-за износа вала и уплотнения, низкая надежность, относительно высокие величины утечек и т.д., как результат - сальниковые и манжетные уплотнения находят крайне ограниченную область применения для мешалок и подобного оборудования. Вместе с тем, даже сегодня встречаются случаи, когда проектировщики мешалок (миксеров) изначально закладывают в качестве уплотнения вала именно сальниковую набивку или манжету (а иногда и обычное резиновое кольцо круглого сечения!), исходя из их простоты и относительной дешевизны. После чего уже в процессе эксплуатации оборудования возникают проблемы с обеспечением герметичности, что отрицательно сказывается на эксплуатационных затратах оборудования. Основная проблема здесь кроется в том, что обычно проектировщики оборудования не уделяют должным образом внимание уплотнению, не проводят расчет его параметров, либо применяют технические решения не предназначенное для тех условий эксплуатации, которые существуют в реальности, а также не обеспечивают необходимые условия для надежной работы уплотнительного узла, после чего торцевые уплотнения выходят из строя.
Для мешалок, миксеров, смесителей, реакторов и гомогенизаторов в настоящее время находят применение современные торцевые уплотнения, двойные торцевые уплотнения по схеме "тандем" или "спина к спине", и, в ряде случаев, комбинированные уплотнения либо уплотнительные комплексы (как правило, содержащие несколько уплотнений различных типов).

Специальный уплотнительный комплекс

Когда простые торцевые уплотнения работают от 7 часов до 10-15 дней и разваливаются, а также при предъявлении более жестких требований к надежности и продолжительному сроку службы для оборудования, связанного с приготовлением и перемешиванием умеренно-вязких или особо вязких рабочих сред, склонных к полимеризации, кристаллизации или склеиванию [сахарные сиропы, шоколадные и ореховые пасты, мальтодекстрин, патоки, сгущёное молоко, пенобетонные и бетонные смеси, медицинские препараты, гудроны, клея, лаки и краски, фармацевтические растворы и среды и т.п.] находят применение специальные уплотнительные комплексы (например, см. Фигура 1).
специальный уплотнительный комплекс мешалки реактора торцевое уплотнение для реактора, гомогенизатора, мешалки
Основу специального уплотнительного комплекса составляет торцевое уплотнение ТИП 22. Это прецизионное уплотнительное изделие проектируется под конкретные параметры для работы как при избыточном давлении, так и при разряжении в ёмкости мешалки или реактора. Модификации опытной продукции применимы для верхнего, нижнего и бокового расположения валов с диаметрами от 14 мм и до 120 мм.
На практике проектировщики мешалок, реакторов и т.п. оборудования часто оставляют обоснованный выбор уплотнения вала "на потом", наивно полагая, что всегда можно будет подобрать по параметрам какое-то стандартное простое торцевое уплотнение и поставить его в проектируемое оборудование без проблем, однако, в реальности для обеспечения надежной работы уплотнительного узла оборудования для указанных выше рабочих средах и условиях работы этот подход не срабатывает в 99% случаев после чего возникает неизбежная необходимость модернизация уплотнительного узла.

Комбинированное уплотнение

В большинстве практических случаев простые торцевые уплотнения при работе в мешалках, реакторах и гомогенизаторах, как правило, не работают долго и надежно ввиду того, что их конструкция и материалы не рассчитаны для применения в этом оборудовании, а необходимые условия, в том числе, для охлаждения и смазки также не обеспечиваются в эксплуатации, поэтому одним из возможных решений задачи по уплотнению вращающегося вала при перемешивании маловязких рабочих сред, не склонных к склеиванию, полимеризации является применение комбинированного уплотнения (например, см. Фигура 2).
комбинированное уплотнение рекатора мешалки торцевое уплотнение для реактора, гомогенизатора, мешалки

Основу специального комбинированного уплотнения составляет торцевое уплотнение ТИП 12. Это прецизионное уплотнительное изделие проектируется под конкретные параметры для работы как при избыточном давлении, так и при разряжении в ёмкости мешалки, реактора или гомогенизатора. Модификации опытной продукции применимы для верхнего расположения валов с диаметрами от 14 мм и до 60 мм [спец.исполнения до 120 мм].

Применение простых одинарных торцевых уплотнений [например, таких как Джон Крейн 2100] или любых других простых технических решений в упомянутых выше условиях эксплуатации потребует останова и разборки оборудования, как правило, через каждые два-три рабочих цикла с полной заменой этого уплотнения вследствии быстрого выхода его из строя.


Специальные одинарные торцевые уплотнения мешалки

схема и чертежи торцевых уплотнений мешалки торцевое уплотнение мешалки
В некоторых случаях, по большей части для нижнего привода, когда рабочая жидкость содержит незначительное количество абразивных включений, не склонна к склеиванию, полимеризации, кристаллизации, обладает незначительной вязкостью, полностью обеспечивает теплоотвод от колец пар трения, в мешалках, миксерах и реакторах находят применение специальные одинарные торцевые уплотнения.
Область применения одинарных торцевых уплотнений для мешалок и реакторов существенно ограничена по критериям PV и t.
На чертежах (см. Фигура 3) показаны две возможные схемы модернизации уплотнительного узла мешалки (модернизация путём замены сальника на торцевое уплотнение). Применённые торцевые уплотнения специального конструктивного исполнения с твёрдыми износостойкими кольцами пар трения, износостойкими и химически стойкими вторичными уплотнениями (резиновыми кольцами) способно работать как при давлении, так и при разряжении вязкой, абразивной и агрессивной рабочей среды, находящейся снаружи вращающейся части уплотнения.
На фотографии показано изготовленное торцевое уплотнение мешалки (миксера) для схем, показанных выше. Опытное изделие имеет специальное конструктивное исполнение и рассчитано для работы в маловязкой, абразивной (или агрессивной) рабочей среде, для перепадов давлений от -1 атм (разряжение) до 15 атм в зависимости от параметров рабочей среды и скорости вращения вала.


Двойное торцевое уплотнение мешалки

Решение задачи обеспечения герметичности вала мешалки (реактора) особенно усложняется для оборудования, которое предназначено для перемешивания вязких, абразивных и (или) агрессивных рабочих сред, например, цементных растворов, пенобетона, различных мелкоабразивных составов, включающих вязкие жидкости с мелкодисперсными включениями - крема, краски, а также при высоких температурах до +250 градусов Цельсия и т.п. В этих условиях возникает необходимость применения специальных двойных торцевых уплотнений с обязательным обеспечением условий для их надежной работы.
двойное торцевое уплотнение мешалки

На сборочном эскизе (см. Фигура 4) показан один из возможных технических решений картриджного двойного торцевого уплотнения мешалки, которое спроектировано для большого диаметра вала от 75 мм до 180 мм включительно. Особенностью данного технического решения является полная ремонтопригодность и возможность работы оборудования как при давлении, так и при разряжении внутри перемешивающей ёмкости.

20.10.2020