© к.т.н. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.
Торцевое уплотнение сухого трения для мешалки
Статья посвящена торцевому уплотнению сухого трения типа SEALMIX-1 для установки на вертикальный вал мешалки. С помощью компьютерного моделирования показана невозможность продолжительной работы такого уплотнения при максимальных параметрах p-v-t, приведенных в каталоге.
При разработке и изготовлении мешалок и реакторов с вертикальным расположением вала, проектировщики оборудования часто стремятся подобрать готовые торцевые уплотнения сухого трения, обосновывая такой выбор максимальными параметрами, указанными в технической документации (в каталоге) и удешевлением уплотнительного узла [и самого оборудования] вследствие отсутствия дополнительной системы охлаждения и смазки.
Совместные инженерные расчеты уплотнения и оборудования, в большинстве случаев, не выполняются ввиду отсутствия необходимых знаний и опыта у проектировщиков-изготовителей перемешивающих устройств.
Техническая информация по торцевому уплотнению сухого трения
На изображении в разрезе показано торцевое уплотнение сухого трения типа SEALMIX-1 [аналог EagleBurgmann SeccoMix]. Уплотнение по конструкции с гидравлической разгрузкой, наружного расположения для вертикального вала с реверсивным вращением. Указаны максимальные рабочие параметры из каталога: давление 6 бар, температура +150°С, скорость скольжения в паре трения 2 м/c. Вращающееся кольцо из углеграфита установлено в стальную обойму. Ответное контркольцо из карбида кремния установлено также в стальную обойму и фиксируется на фланце с помощью винтов с определённым моментом затяжки.
Информация по работе мешалки с торцевым уплотнением типа SEALMIX-1
⊛ Оборудование эксплуатируется в закрытом помещении, температура окружающего воздуха у мешалки около +30°С;
⊛ Рабочая (охлаждающая) среда снаружи уплотнения: окружающий воздух;
⊛ Рабочая среда внутри ёмкости мешалки: воздух с парами и температурой около +80...+100°С;
⊛ Избыточное давление внутри ёмкости мешалки 1,5...2,0 кгс/см2;
⊛ Диаметр вала мешалки 60 мм;
⊛ Частота вращения вала 150-300 об/мин (используется электрический привод);
⊛ Материал корпуса оборудования: аустенитная нержавеющая сталь типа S316;
⊛ Установлено торцевое уплотнение сухого трения типа SEALMIX-1.
⊛ Рабочая (охлаждающая) среда снаружи уплотнения: окружающий воздух;
⊛ Рабочая среда внутри ёмкости мешалки: воздух с парами и температурой около +80...+100°С;
⊛ Избыточное давление внутри ёмкости мешалки 1,5...2,0 кгс/см2;
⊛ Диаметр вала мешалки 60 мм;
⊛ Частота вращения вала 150-300 об/мин (используется электрический привод);
⊛ Материал корпуса оборудования: аустенитная нержавеющая сталь типа S316;
⊛ Установлено торцевое уплотнение сухого трения типа SEALMIX-1.
После запуска электропривода мешалки в течение рабочей смены торцевое уплотнение выходит из строя, герметичность рабочей ёмкости перемешивающего устройства не обеспечивается.
Необходимо выяснить почему уплотнение не работает долго и надёжно при параметрах ниже максимальных по каталогу.
Результаты расчета торцевого уплотнения по максимальным параметрам
Результаты оценочного инженерного расчёта торцевого уплотнения сухого трения по максимальным параметрам размещены по этой ссылке. Режим работы торцевого уплотнения - граничный сухой с высоким коэффициентом трения, температура в рабочей зоне может превышать +300°С.
Расчетная диаграмма PV торцевого уплотнения сухого трения
С целью построения ориентировочной расчетной диаграммы PV торцевых уплотнений сухого трения типа SEALMIX-1 [аналог EagleBurgmann SeccoMix], был использован программный комплекс MSLC. Компьютерное моделирование проводилось для уплотнений с диаметром вала от 20 до 80 мм, для двух фиксированных скоростей 150 и 300 оборотов в минуту. Результаты расчетов показаны на графике ниже. Непродолжительная работа уплотнения с охлаждением окружающим воздухом возможна в областях ниже и левее отмеченных на графике кривых.
Выводы
1) Торцевое уплотнение сухого трения для мешалки не является универсальным устройством и не может продолжительно работать одновременно при указаных в каталоге максимальных параметрах в условиях недостаточного охлаждения.2) В результате компьютерного моделирования в Mathcad получена расчётная диаграмма PV для торцевого уплотнения сухого трения типа SEALMIX-1.
3) Рациональный выбор технического решения торцевого уплотнения для мешалки должен основаться на результатах совместных инженерных расчётов уплотнения с оборудованием, опыте и навыках эксплуатации.