Торцевое уплотнение для насосов GEA Touchenhagen VARIFLOW TP

На предприятиях пищевой, косметической и фармацевтической промышленности для перекачивания молока, пива, напитков, пастообразных сред, сверхчистой воды и эмульсий применяются центробежные насосы GEA Touchenhagen VARIFLOW TP (модели TP1540, TP2030 и TP3050).

Из инженерно-технической документации на насос следует, что его корпусные детали изготавливаются из холоднокатаной нержавеющей стали для максимального рабочего давления 16 Бар. Оборудование по конструкции и материалам отвечает требованиям к CIP/SIP технологическим процессам.

Для герметизации вала и рабочей полости насоса применяются гидравлически разгруженное обыкновенное торцевое уплотнение, комбинированное уплотнение с манжетным радиальным уплотнением, либо двойное торцовое уплотнение с затворной жидкостью [см. Фигура 1] по схеме расположения "лицо к лицу".

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 выполнены из эластомеров EPDM или FKM, соответствующие требованиям FDA.

Отличительной 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.

На фотографии ниже приведен вид на полностью изношенное штатное уплотнение GEA Touchenhagen VARIFLOW TP [см. Фото 2].

Торцевое 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 частоте вращения вала 3000 мин^-1. Особенностью эксплуатации насоса и уплотнения являются резкие перепады температур около 80...90 градусов Цельсия, промывка рабочей полости и уплотнительной камеры кислотными и щелочными растворами.

Как видно на фото 2 и фото 3 при указанных ранее режимах эксплуатации оборудования рабочие торцовые поверхности колец пары трения были значительно повреждены. Вращающееся кольцо, запрессованное в стальную обойму, разрушилось полностью. На наружной поверхности вращающейся части стальной обоймы видны множественные местные выровы, возникшие в результате комплексных причин, одна из-которых - возможная кавитация жидкости, а также химическое воздействие от щелочных и кислотных растворов при осуществлении CIP-процесса.

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. По конструкции контркольцо имеет паз под штифт для его радиальной фиксации от возможного проворота. 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.

Модернизация торцевого уплотнения

Предварительные опытно-конструкторские работы по модернизации уплотнительного узла центробежного насоса GEA Touchenhagen TP наша группа специалистов 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 предварительные оценочные необходимые инженерные расчёты.

Трехмерная модель модернизированного опытного торцевого уплотнения TYPE 10 с современными материалами для колец пары трения и вторичных уплотнений показана на Фото 4.