© к.т.н., инж. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.
Торцевое уплотнение DBUE насоса Grundfos TP
Статья посвящена торцевому уплотнению насоса Grundfos TP 125-310. Приведены результаты экспертизы уплотнения и компьютерного моделирования. Для насоса этой серии выполнены предварительные опытно-конструкторские работы, а также показан прототип нового торцевого уплотнения.
Одноступенчатые центробежные насосы Grundfos TP с соосными патрубками ("ин-лайн"), оснащённые электродвигателем и торцевым уплотнением вала, широко применяются в России в котельных и на производстве для перекачивания теплоносителя (конденсата) с температурой до +140 градусов Цельсия.
Шильдик насоса Grundfos TP 125-310/4 A-F-A-DBUE с информацией о его некоторых параметрах приведен на изображении.
Изображение. Шильдик насоса Grundfos TP 125-310.
Внешний вид торцевого уплотнения насоса
На фотографии (см. Фото 1) показан вид на оригинальное торцевое уплотнение насоса Grundfos (артикул 96121648) совместно с фланцем корпуса и втулкой разгрузочной. Сбоку на фланце имеется краник для ручного выпуска воздуха из уплотнительной камеры насоса. Результаты нашей экспертизы этого уплотнения приведены ниже.
Фото 1. Оригинальное торцевое уплотнения насоса Grundfos [артикул 96121648].
Информация по работе насоса Grundfos
⊛ Электронасосный агрегат эксплуатируется в котельной, температура окружающего воздуха +20...+25°С;
⊛ Рабочая (охлаждающая) и она же перекачиваемая жидкость снаружи уплотнения: вода;
⊛ Температура воды на входе в насос +140°С;
⊛ Избыточное давление воды 9,0 кгс/см2;
⊛ Частота вращения вала 1450...1465 об/мин (используется электрический привод);
⊛ Рабочая (охлаждающая) и она же перекачиваемая жидкость снаружи уплотнения: вода;
⊛ Температура воды на входе в насос +140°С;
⊛ Избыточное давление воды 9,0 кгс/см2;
⊛ Частота вращения вала 1450...1465 об/мин (используется электрический привод);
⊛ Герметичность уплотнительной камеры насоса и вала обеспечивается торцевым уплотнением типа DBUE, которое предлагается по цене 175 000 рублей [при курсе валюты 1 EUR - около 90 рублей].
Экспертиза уплотнения насоса
Оригинальное торцевое уплотнения насоса Grundfos серии TP 125 имеет обозначение DBUE: по конструкции специальное с гидравлической разгрузкой, внутреннего расположения, может применяться для вала с реверсивным вращением. Стальная обойма уплотнения содержит отверстия с метрической резьбой под установочные винты, а также отверстие под штифт. Штифт установлен с натягом во фланец втулки разгрузочной для передачи крутящего момента от этой втулки к стальной обойме уплотнения. Начальное контактное давление в паре трения обеспечивается набором мелких пружин сжатия из нержавеющей стали.Вращающееся кольцо
Подвижное в осевом направлении вращающееся кольцо пары трения изготовлено из углеграфита (см. Фото 2) и установлено в стальную обойму. Крутящий момент от стальной обоймы уплотнения к вращающемуся кольцу передаётся с помощью штампованных поводков обоймы. Герметичность по валу насоса обеспечивается вторичными уплотнительными кольцами, одно из них на основе фторопласта, а другое из синтетической резины EPDM. Кольцо из этилен-пропилен-диенового каучука частично потеряло свои упругие свойства, форма его поперечного сечения свидетельствует о существенной остаточной деформации сжатия.
Фото 2. Вращающееся кольцо пары трения с вторичными уплотнениями.
Фото 3. Вид на внутренюю поверхность вращающегося кольца пары трения.
Вращающееся кольцо торцевого уплотнения насоса потеряло осевую подвижность вследствие отложений на наружной поверхности разгрузочной втулки.
Неподвижное контркольцо
Ответное неподвижное контркольцо из металлокерамки устанавливается с натягом во фланец насоса с помощью другого уплотнительного резинового кольца. Внешний вид рабочей поверхности контркольца показан на фото (см. Фото 4). На этой поверхности невооруженным глазом видны следы износа глубиной менее 0,2 мм, соотвествующие ширине рабочего пояска ответного вращающегося кольца пары трения. На обратной стороне неподвижного кольца у кромки паза под штифт имеется скол неправильной формы размером около 2x3 мм (на фото не показан).
Фото 4. Внешний вид рабочей поверхности неподвижного контркольца уплотнения насоса.
Втулка разгрузочная
Втулка разгрузочная изготовлена из зарубежной нержавеющей стали с малыми магнитными свойствами. На внутренней поверхности втулки (см. Фото 5) выполнена канавка, в которую установлено уплотнительное резиновое кольцо, имеющее удовлетворительное техническое состояние. На наружной поверхности втулки имеется значительное количество твердых отложений, которые послужили одной из причин потери осевой подвижности вращающегося кольца пары трения.
Фото 5. Вид на внутреннюю поверхность втулки разгрузочной уплотнения насоса.
Моделирование параметров торцевого уплотнения насоса
Результаты оценочного инженерного расчёта торцевого уплотнения для насоса Grundfos TP серии 125 с торцевым уплотнением типа DBUE размещены по этой ссылке. Режим трения торцевого уплотнения - смешанный, температура в рабочей зоне может превышать +160°С (см. Фигура 1) при циркуляции воды, обеспечивающей разность температур между входом в уплотнительную камеру насоса и выходом из неё не более 5°С.
Фигура 1. Расчетное распределение температур по сечениям колец пары трения торцевого уплотнения насоса Grundfos TP 125-310.
Результаты моделирования свидетельствуют, о том, что при указанных ранее рабочих параметрах насоса и верхнем расположении торцевого уплотнения, оно будет работать на режимах близких к критическим.
В процессе эксплуатации электронасосного агрегата при последующем скоплении пузырьков воздуха под фланцем насоса [в результате деаэрации воды], условия для отвода тепла от колец пары трения будут неблагоприятными.
Вследствие этого, без автоматического удаления этого воздуха при эксплуатации оборудования и недостаточной циркуляции воды через уплотнительную камеру насоса, при отсутствии сертифицированного мониторинга рабочих параметров, с вероятностью более 90%, торцевое уплотнение насоса будет работать на критических режимах.
В этом случае температура в паре трения достигнет и превысит температуру кипения воды, что приведёт к возможной кавитации и более интенсивному естественному износу колец пары трения и скоращению срока службы уплотнения.
Модернизированный ремкомплект для уплотнения насоса Grundfos
По результатам выполненной экспертизы и оценочных инженерных расчётов, нашей группой инженеров была проведена опытно-конструкторская работа, в результате была разработана рабочая документация, инструкция по монтажу и эксплуатации торцевого уплотнения с модернизированным ремонтным комплектом пары трения.
Изготовление минимальной партии модернизированного ремкомплекта для торцевого уплотнения насоса Grundfos TP 125-310 возможно с разными материалами по конкурентной цене.
Ремкомплект включает не только пару трения, но все вторичные уплотнения, в том числе, уплотнительные резиновые кольца для втулки разгрузочной и фланца насоса. Сборочный эскиз торцевого уплотнения и 3D-модель пары трения показаны ниже (см. Фигура 2).
Фигура 2. Сборочный эскиз торцевого уплотнения насоса Grundfos TP 125-310 и ремонтный комплект колец пары трения.
Прототип торцевого уплотнения для насоса Grundfos
С целью инновационного импортозамещения оригинальных торцевых уплотнений типа DBUE для насосов Grundfos, наша группа инженеров проводит проектно-расчётные работы с последующим изготовлением ремонтопригодных опытных торцевых уплотнений (см. Фигура 3) взмен более дорогих (артикулы 96121645, 96121646, 96121647, 96121648, 96121649 и 96121650).
Фигура 3. Трёхмерная модель прототипа ремонтопригодного торцевого уплотнения, надетого на втулку разгрузочную насоса.
Выводы
1) Проведена экспертиза и компьютерное моделирование торцевого уплотнения насоса Grundfos TP 125-310.2) Для насоса этой серии выполнены предварительные опытно-конструкторские работы.
3) Разработан прототип (3D-модель) ремонтопригодного торцевого уплотнения для насосов Grundfos TP взамен дорогих уплотнений типа DBUE.