© к.т.н. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.
Модернизированное торцевое уплотнение для насосов GEA Touchenhagen
На многих предприятиях пищевой, косметической и фармацевтической промышленности для перекачивания молока, пива, напитков, пастообразных сред, сверхчистой воды и эмульсий находят применение центробежные насосы GEA Touchenhagen VARIFLOW TP [модели TP1540, TP2030 и TP3050]; согласно их техническим данным корпусные детали насоса изготавливаются из холоднокатаной нержавеющей стали, максимальное рабочее давление до 16 Бар, насос по конструкции и материалам отвечает требованиям к CIP/SIP процессам.
Для герметизации вала и рабочей полости насоса применяются гидравлически разгруженное одинарное торцевое уплотнение [в том числе с промывкой] либо два одинарных торцевых уплотнения с затворной жидкостью [см. Фигура 1]. Одинарное торцевое уплотнение содержит подвижную в осевом направлении вращающуюся часть и неподвижное контркольцо. Штатные прецизионные изделия изготавливаются и поставляются с материалами колец пары трения графит-карбид кремния (стандартное исполнение), карбид кремния - карбид кремния, а также графит - нержавеющая сталь. Вторичные резиновые кольца из EPDM (стандартное исполнение) или FKM.
Фигура 1. Эскизы вариантов торцевых уплотнений насоса GEA Touchehagen Variflow TP.
Конструктивной особенностью насоса GEA Touchenhagen TP является импеллер (рабочее колесо насоса), изготовленный заодно со втулкой, обеспечивающей гидравлическую разгрузку уплотнения [см. Фото 1]. Передача крутящего момента от вала к импеллеру и далее ко вращающейся части стальной обоймы уплотнения осуществляется с помощью двух штифтов, расположенных под углом 120 градусов, заходящих в ответные пазы, выполненные во втулке рабочего колеса насоса.
Фото 1. Импеллер насоса GEA Touchenhagen TP.
На фотографии ниже приведен вид на полностью изношенное штатное уплотнение GEA Touchenhagen VARIFLOW TP [см. Фото 2].
Фото 2. Внешний вид торцевого уплотнения GEA Touchenhagen TP с полностью изношенными рабочими поверхностями.
Это уплотнение работало в насосе на одном из молочных заводов России. Насос перекачивал молочные продукты, воду, применялся CIP-процесс. Диапазон температур рабочих сред на входе в насос от +10 до +100 градусов Цельсия при перепаде давления до 9 атмосфер и скорости вращения вала 3000 1/мин. Особенностью эксплуатации насоса и уплотнения являются резкие перепады температур около 80...90 градусов, промывка рабочей полости и уплотнительной камеры кислотными и щелочными растворами. Как видно на фото при упомянутых режимах эксплуатации рабочие поверхности колец пары трения были значительно повреждены: вращающееся кольцо, запрессованное в стальную обойму, разрушилось полностью, а ответное неподвижное контркольцо имеет сквозную радиальную трещину и множество мелких трещин в результате воздействия циклических термических нагрузок, превышающих допустимые значения. Радиальные следы на рабочей поверхности контркольца указывают на незначительный осевой износ менее 0,15 мм. Контркольцо имеет паз под штифт, хвостовая часть контркольца частично разрушена от рабочей кромки с наружного диаметра отломан кусок керамики размерами около 4 x 7 мм, причиной этого послужило [с большой долей вероятности] слипание колец пары трения и далее резкий пуск насоса без проверки от руки свободного вращения вала.
Как проводилась модернизация уплотнительного узла
Компания, эксплуатирующая насос GEA Touchenhagen VARIFLOW TP, обратилась к нашим специалистам за помощью в модернизации уплотнительного узла с целью повышения надежности работы торцевого уплотнения. Решение поставленной задачи потребовало проведения комплексного инженерного подхода с анализом некоторых характеристик и размеров образца штатного уплотнения.Предварительные опытно-конструкторские работы и модернизацию уплотнительного узла центробежного насоса GEA Touchenhagen TP наша группа проводила на основе инженерного подхода с учётом многолетнего опыта в области уплотнительной техники:
- выполнив анализ размеров предоставленного образца штатного уплотнения;
- запросив необходимые размеры сопряженной с ними втулки колеса насоса и вала;
- проведя предваительные оценочные необходимые инженерные расчёты. Трехмерная модель модернизированного опытного торцевого уплотнения TYPE 10 SPC показана на Фото 3.
- Применение для колец пар трения современных специальных твердых износостойких материалов с высокой теплопроводностью повышает трещиностойкость и надежность в 4...5 раз по сравнению со штатными материалами.
- Использование специальных высокотемпературных и химически стойких эластомеров для уплотнительных колец позволяет повысить герметичность и их срок службы в эксплуатации в 3...15 раз по сравнению со стандартной резиной.
По результатам многолетнего опыта эксплуатации подобных уплотнений с теми же материалами и технологией изготовления - одно модернизированное торцевое уплотнение может заменить в эксплуатации от 3-х до 10-ти уплотнений штатного исполнения [в зависимости от условий эксплуатации и технического состояния оборудования].
Фото 3. Модернизированное торцевое уплотнение для насоса GEA Touchenhagen TP.
Официальную заявку или запрос на проведение опытно-конструкторских работ с возможным последующим изготовлением опытной продукции со специальными материалами с повышенной трещиностойкостью можно отправить по электронной почте см. Контакты.