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

Реверс-инжиниринг торцового уплотнения

Статья раскрывает особенности реверс-инжиниринга торцовых уплотнений, с указанием возможных проблем и последствий их функционирования в эксплуатации на примере высоконагруженных уплотнений для специального промышленного оборудования. В первой части приводится пример для высоконагруженного одинарного торцового уплотнения, спроектированного на рабочее давление 50 бар в среде подсолнечного масла и жиров. Вторая часть посвящена проблеме реверс-инжиниринга специального высоконагруженного и высокооборотного двойного торцового уплотнения, спроектированного для работы в нефтепродуктах с давлением до 100-150 бар при скоростях скольжения до 20-60 м/с.
Информация, изложенная в настоящей публикации, может быть полезна генеральным и прочим директорам, которые собираются организовывать или уже запланировали работы, связанные с обратным проектированием прецизионных наукоемких высоконагруженных специальных торцовых уплотнений по имеющимся (предоставленным) зарубежным образцам или чертежам от заказчика; либо может навести на правильные мысли ведущих и рядовых инженеров-конструкторов в области общего машиностроения, которые получили задание от своего руководства на вышеупомянутые конструкторские работы с целью выпуска рабочих чертежей для последующего изготовления опытных образцов.

Введение и последующее фактически тотальное расширение экономических санкций против России (по прошествии четырех лет СВО), привело к тому, что стандартные поставки ("купля и перепродажа") оригинальных высокотехнологичных и наукоемких узлов и запасных частей из Европы, США, Японии и других недружественных стран [даже через третьи страны], вероятно, начала давать сбои или вообще почти прекращается.

"Новая реальность" вынуждает оставшие промышленные предприятия нашей Родины либо существенно ухудшать (или упрощать) технологические процессы или даже приостановить свою деятельность вследствие невозможности должного технического обслуживания и(или) ремонта импортного оборудования, либо изыскивать альтернативные пути решения возникшей проблемы, например, с помощью обратного проектирования или реверс-инжиниринга. Для этих целей руководство таких предприятий привлекает своих сотрудников, либо обращается в специализированные конструкторские бюро или сервисные центры, которые непосредственно занимаются реверс-инжинирингом оборудования, узлов и деталей в области общего машиностроения.

Торцовые уплотнения - наукоемкие прецизионные [высокоточные] изделия специального машиностроения, проектирование и изготовление которых требует особого подхода с применением методов инженерного анализа и(или) компьютерного моделирования и обязательной экспериментальной проверкой высоконагруженного уплотнения на специальном стенде [1, 2, 3, 4].

В знаковой и, по нашему мнению, не вполне оцененной в свое время публикации [5], появившейся еще в 2010 году, отмечается, что переход на перспективные средства разработки любых наукоемких изделий [тем более, прецизионных (высокоточных) торцовых уплотнений], "призван обеспечить качественно новый уровень возможностей экономии времени, сокращения трудозатрат на исполнение проекта... по ожидаемой степени полноты и качества отработки конструкции на базе высокоразвитых расчетных методов и эффективных компьютерных технологий... наблюдаемый переход только на компьютерное проектирование для сложных наукоемких изделий не должен рассматриваться как переход на самодостаточный процесс с помощью которого можно, не прибегая к другим средствам, решать все задачи создания современных изделий . Автор также отмечает, что "... Выполнение этой задачи в полном объеме (от технического задания до готового работоспособного изделия с заданными показателями) практически невозможно и экономически не целесообразно, т.к. при больших затратах не приводит к ожидаемым результатам... при всем старании исполнителей завершенный ими проект будет иметь низкое качество из-за неполноты охвата многих существенных факторов, характерных для натурного изделия... и своевременно недополненных необходимым объемом экспериментальных знаний...".

В новой реальности частный заказчик старается сократить долгие и трудоемкие затраты и расходы, т.к. их компания "заточена на результат, и никаких технических трудностей при реверс-инжиниринге наукоемкого изделия не будет", тем не менее, практика очень часто доказывает обратное.

Пример реверс-инжиниринга торцового уплотнения

В качестве наглядного примера приведем историю, которая произошла прочти 20 лет назад, и связана с реверс-инжинирингом высоконагруженного торцового уплотнения специального зарубежного оборудования, установленного и эксплуатируемого на одном из крупных промышленных предприятий нашей страны.

С целью сокращения затрат от приобретения дорогостоящих торцовых уплотнений и, еще на тот момент, как предполагалось, достаточно длительного ожидания [2-4 месяца] их поставки из-за рубежа, руководство предприятия (как мы предполагаем) приняло решение и дало соответствующие указания своим сотрудникам осуществить импортозамещение. Инженер-механик по оборудованию из штата сотрудников предприятия выполнил замеры размеров колец пары трения и выпустил чертежи, которые прислал для возможной корректировки и согласования - до изготовления опытной партии прецизионных изделий.

чертежи колец пары трения торцового уплотнения

Следует отметить, что заказчик отказался предоставлять какую-либо связанную информацию для выполнения каких-либо инженерных [даже оценочных] расчетов или опытно-конструкторские работы, настаивая, что ему необходимо только подправить его чертежи (если необходимо) и изготовить кольца пары трения из карбида кремния. Все остальные детали уплотнения - пружины сжатия и вторичные уплотнения (резиновые кольца) заказчик решил заказать и заменить самостоятельно, а корпусные детали из нержавеющей стали использовать повторно.

Инженер-механик заказчика был твердо уверен, что если изготовить кольца пар трения из карбида кремния качественно "с зеркальным блеском", то его высоконагруженное торцовое уплотнение должно и будет работать "как родное", т.е. достаточно долго и надежно.

Исходя из вышеизложенного, в то время было принято решение помочь предприятию и инженеру-механику по эксплуатации оборудования. После анализа полученных чертежей стало понятно, что они по факту являются эскизами: отсутствуют допуски на размеры, допуски формы и расположения поверхностей их шероховатости, технические требования... Эти эскизы были переработаны в рабочие чертежи с последующим согласованием их с заказчиком и изготовителем - до момента их запуска в производство. В качестве материала-заменителя был выбран реакционно-спеченный карбид кремния (с содержанием графита до ~15%), обладающий минимальным коэффициентом сухого трения, высоким модулем упругости и самой высокой теплопроводностью. Впоследствии эти рабочие чертежи были переданы на предприятие, которое не первый год специализировалось на изготовлении колец пар трения обыкновенных [контактных] торцовых уплотнений, обладало необходимыми компетенциями и опытом в производстве подобных прецизионных деталей.

изготовленные кольца пары трения торцового уплотнения

Опытные образцы колец пар трения торцового уплотнения были изготовлены и далее прошли успешную проверку на предприятии-изготовителе: качество изготовления полностью соответствовало рабочим чертежам.

вид сзади изготовленные кольца пары трения торцового уплотнения

Последующий проведенный входной контроль качества изготовления колец пар трения уплотнения подтвердил соответствие прецизионных изделий рабочим чертежам и техническим требованиям, предъявляемым к торцовым уплотнениям [1, 2]. Были тщательно проведены проверки всех габаритных и присоединительных линейных и угловых размеров деталей, внешний осмотр, а также контроль отклонения от плоскостности рабочих торцовых поверхностей трения уплотнения с помощью оптического метода.

Отклонение от плоскостности рабочих торцовых поверхностей трения для всех опытных образцов не превышало ~0.6 мкм.

контроль отклонения от плоскостности рабочих торцовых поверхностей трения уплотнения с помощью оптического метода

Последствия реверс-инжиниринга торцового уплотнения

Заказчик после получения опытных образцов колец пар трения убедился самостоятельно в высоком качестве изготовления деталей - полном соответствии их рабочим чертежам. Установка и монтаж торцового уплотнения в сборе, по информации от инженера-механика заказчика, не вызвало затруднений, все собралось и установилось в оборудование без замечаний.

Однако, по сообщению инженера-механика заказчика, эксплуатационная проверка торцового уплотнения с изготовленными качественными кольцами пары трения в составе уплотнительной системы оборудования привело к "сгоранию" прецизионного изделия в течение нескольких минут.

Возможные причины выхода из строя торцового уплотнения

Для того, чтобы достоверно выяснить причины выхода из строя торцового уплотнения, необходимо проанализировать данные мониторинга рабочих параметров во времени - это обязательное требование европейских изготовителей [компания Eagle Burgmann] при предоставлении гарантий на серийно изготавливаемые торцовые уплотнения в сборе.

Кроме того, эти требования не позволяют предоставлять какие-либо гарантии [работоспособности] в результате отсутствия полной и достоверной информации от заказчика по особенностям монтажа и эксплуатации серийно изготавливаемого торцового уплотнения...

В данном случае заказчик самостоятельно принял решение заказать изготовление опытных образцов деталей колец пар трения без предоставления полной и достоверной информации, не согласился на проведение необходимых оценочных расчетов, посчитал, что его специалисты обладают необходимыми знаниями и опытом в области уплотнительной техники - торцовых уплотнений.

Инженер-механик заказчика посчитал верным провести опытную проверку в эксплуатации на свой страх и риск, т.к. никакие гарантии работоспособности торцового уплотнения в сборе нельзя было предоставить на опытные изделия (детали), требующие обязательной экспериментальной проверки.

К сожалению, инженер-механик заказчика не предоставил данные мониторинга рабочих параметров торцового уплотнения и оборудования во времени, т.к. такой мониторинг фактически отсутствовал. В этих условиях точную причину выхода из строя торцового уплотнения в сборе выявить не представляется возможным, однако, можно выполнить оценочный инженерный анализ, опираясь на теорию, мировой опыт и практику торцовых уплотнений.

Рабочая жидкость - подсолнечное масло и жиры с начальной температурой +10...+30 градусов Цельсия. Частота вращения вала не известна, но можно оценочно предположить, что она находится в диапазоне от 750 до 1500 мин^-1. Динамическая вязкость подсолнечного масла при начальной температуре +30^oC составляет около 57 мПа•c, что примерно в 71 раз вязче воды с той же температурой.

Такая вязкая рабочая жидкость с трудом проникает в зазор "плоских" колец пары трения, которые идеально притерты для обеспечения необходимой герметичности и имеют отклонение от плоскостности, как мы выяснили, менее 0.6 мкм.

В результате, в первый пуск оборудования происходит резкий нагрев колец пары трения и снижение вязкости рабочей жидкости, которая под возрастающим давлением (от нуля до 50 бар) все же начинает проникать в зазор колец пары трения.

При температуре подсолнечного масла +100^oC его динамическая вязкость падает, но превышает вязкость воды в ~28 раз. Во столько же раз больше тепловыделение в зазоре колец пары трения торцового уплотнения по сравнению с однотипным уплотнением, при тех же условиях, с рабочей жидкостью вода.

При рабочем давлении 50 бар кольца пары трения торцового уплотнения прижимаются друг к другу с усилием порядка ~645 кгс (при коэффициенте гидравлической нагрузки 0.75 [какой этой коэффициент на самом деле - не ясно, т.к. конструкция торцового уплотнения не известна]). То есть одно кольцо давит на другое с силой более полутонны на ширине пояска всего лишь 6 мм!

Следует иметь ввиду, что масло, в отличие от воды, имеет в 4-5 раз худшие характеристики по отводу тепла конвекцией от колец пары трения. При температуре подсолнечного масла выше +100^oC возникает риск локального перегрева масла, его окисление и полимеризация, с образованием на рабочих торцовых поверхностях колец пары трения липких отложений с неизбежным увеличением сил вязкого трения в несколько раз.

В результате, в этих условиях может возникнуть перегрев торцового уплотнения. При этом температура колец пары трения может превысить +180^oC, что приведет к полимеризации масла и последующему взрывному росту коэффициента трения, а далее последует перегрев и "термический шок", после чего уплотнение может "сгореть" в течение десятков секунд.

Законы физики и природы обмануть пока еще никому не удавалось: для обыкновенных (контактных) торцовых уплотнений с "плоскими" рабочими торцовыми поверхностями при недостаточном теплоотводе и режимах сухого или полусухого трения неизбежен перегрев и выход из строя, тем более, при эксплуатации на вязком масле при высокой нагруженности PV.

Примерно в 99% случаев при возникновении подобных ситуций неквалифицированные заказчики (не специалисты по торцовым уплотнениям) твердо уверены, что торцовое уплотнение не работает долго и надежно, т.к. "оно не качественное и материал выбран не верно", что является заблуждением. Кольца пары трения изготовлены качественно и полностью соответствуют рабочим чертежам и техническим требованиям, тонкая притирка рабочих торцовых поверхностей трения выполнена очень качественно, отклонение от плоскостности идеально для таких размеров колец торцового уплотнения. Выбранный материал - реакционно-спеченный карбид кремния обладает минимальным коэффициентом сухого трения благодаря содержанию графита в своей структуре. Возможные причины и последствия выхода из строя достаточно ясно и подробно разъяснены выше... Любой карбид кремния не выдержал бы такого градиента температур и "сгорел".

По факту оборудование заказчика не обеспечило необходимые и достаточные условия для надежной и долгой работы обыкновенного высоконагруженного торцового уплотнения, в том числе, надлежащую смазку и теплоотвод от колец пары трения.
Заказчик, с большой долей вероятности, также нарушил инструкцию к оборудованию - не прогрел рабочую жидкость (оборудование) до температуры, обеспечивающей более благоприятный режим работы уплотнения, т.к. вязкость подсолнечного масла при температуре +10^oC в ~100-120 раз выше вязкости воды, а вязкость большинства жиров при указанной заказчиком температуре такова, что эти жиры являются уже не жидкостью, а твердыми телами... а значит ни о какой жидкой смазки в зазоре колец пары трения не могло быть и речи - это грубое нарушение инструкции по эксплуатации любого жидкостного торцового уплотнения.

Важный вывод: инженер-механик по эксплуатации оборудования являлся неквалифицированным заказчиком.

Почему штатное торцовое уплотнение могло работать...

Штатное или, как говорят некоторые, "родное" торцовое уплотнение могло работать гораздо дольше, чем аналогичное, выполненное по реверс-инжинирингу изделие по следующей ключевой причине: при изготовлении оригинальных колец пары трения применялись специальные новые технологии, обеспечивающие более благоприятный гидродинамический режим трения.
Применение новых технологий - создание специальной микрогеометрии "особого профиля" на поверхностях трения, который не виден и не может быть просто так обнаружен или замерен обычными средствами измерений типа штангенциркуля, микрометра и даже оптическим методом с помощью специальной стеклянной пластины, характерно для всех современных высоконагруженных торцовых уплотнений.
Именно благодаря комплексу причин: новые технологии - материал - обеспечение необходимого и достаточно тепловода - хорошее техническое состояние оборудования и т.д. [перечислять можно долго], оригинальное специальное торцовое уплотнение при давлении 50 бар могло функционировать дольше аналога с идеально "плоскими зеркальными торцами".

Проблема реверс-инжиниринга специального высоконагруженного двойного торцового уплотнения

В насосах, предназначенных для перекачивания нефти и нефтепродуктов, могут устанавливаться специальные высоконагруженные двойные торцовые уплотнения Eagle Bugrmann тип SHPV-D, соответствующие стандартам API 682 / ISO 21049, для диаметра вала от 40 до 250 мм.

высоконагруженное двойное торцовое уплотнение Eagle Burgmann SHPV-D

Ключевые особенности уплотнения SHPV-D

Двойное торцовое уплотнение картриджного конструктивного исполнения.
Схема расположения "лицо к лицу / face-to-face".
Гидралически разгруженное.
Встроенный импеллерный насос.
Использование множества мелких пружин сжатия.
Вращающееся кольцо установлено с натягом в стальную обойму.

Отличительные черты уплотнения SHPV-D

Торцовое уплотнение оптимизировано по рабочим деформациям для эксплуатации при высоких перепадах давления и скоростях скольжения (статическое давление до 500 бар, динамическое давление до 150 бар).
Обеспечение необходимого теплоотвода оптимизировано путем применения встроенного насосного импеллера.
Конструкция уплотнения маловосприимчива к возможным деформациям и биениям вала.
Стык колец пары трения не раскрывается даже при отсутствии затворной жидкости.
Бандаж колец обеспечивает надежную работу уплотнения.

Материалы уплотнения SHPV-D

В качестве материалов для колец пары трения применяется специальная композиция карбида кремния с графитом (Q3), углеграфит с пропиткой сурьмой (A) или карбид кремния (Q). Вторичные уплотнения (резиновые кольца круглого сечения) изготаливаются из эластомеров FKM(V), FFKM(K). Пружины сжатия выполнены из сплава Hastelloy C-4(M). Стальные корпусные детали изготавливаются из специальных материалов с высоким пределом текучести: хромо-никель-молибденовая сталь (G), дуплексная сталь (G1, G4), титан (T2) или сплав Hastelloy C-4(M). Выбор материалов зависит от типа рабочей жидкости и ее параметров, условий эксплуатации оборудования.

Особенности реверс-инжиниринга уплотнения типа SHPV-D

С первого взгляда для рядового инженера-конструктора, который занимается проектированием и конструированием изделий общего машиностроения (корпуса, валы, шестерни, прицепы для автомобилей...) или металлоконструкций (фермы, каркасы, ворота, заборы, калитки...), и даже матрасы для кроватей [пишем как есть из нашей практики, встречали и таких специалистов], в этой конструкции нет ничего сложного: "корпус, втулки, пружинки... главное чтобы торцы колец имели зеркальный блеск Ra 0.025 мкм", то есть "всё должно работать, нет ничего сложного, кольца будут просто тереться и всё".

По факту это наукоемкое прецизионное [сверхточное] изделие специального машиностроения, в котором каждая деталь рассчитана и оптимизирована для работы в конкретной рабочей жидкости с определенными параметрами.
Уплотнение изготавливается в единичных экземплярах [не серийно], проходит доводку на специальном стенде до передачи заказчику.

Специалисты компании Eagle Burgmann занимались проектированием, расчетом и оптимизацией конструкции и технологий, с доводкой уплотнения на специальном стенде и в эксплуатации в течение нескольких лет: только это в комплексе позволило добиться успеха в создании высокотехнологичного наукоемкого изделия, что подтверждает авторитетное мнение автора работы [5].

Для выполнения обратного проектирования (реверс-инжиниринга) аналога торцового уплотнения уровня Eagle Burgmann SHPV-D для высоких давлений и работе в нефти или нефтепродуктах, обычного инженера-конструктора (механика) недостаточно.

Потребуется узкая специализация в области специального машиностроения (уплотнительной техники), т.е. привлечение специалиста на стыке гидравлики, трибологии, теплотехники, прочности и материаловедения. По факту, для решения этой сложной проблемы должна работать сплоченная команда специалистов в своих областях науки и техники, дополняя друг друга.

Навыки инженера-конструктора

Профильное образование и опыт работы в области торцовых уплотнений.
Владение специализированным инженерным программным обеспечением, в том числе, "нишевыми" системами инженерного анализа для торцовых уплотнений.
Знания в области трибологии, теплотехники, прочности и материаловедения.
Навыки прецизионного нормирования, расчета и взаимоувязки допусков и посадок, натягов - при подготовке и выпуске рабочих чертежей.

Основная проблема на этапе обратного проектирования таких торцовых уплотнений - не в отсутствии станков, а в нехватке инженеров-расчетчиков и проектировщиков, понимающих физику процессов, в том числе, трибологию и гидродинамику тонких пленок, особенности возникающих деформаций, обеспечение необходимого и достаточного теплоотвода от колец пары трения и т.д.

Для высоконагруженных торцовых уплотнений метод "проб и ошибок" не сработает без проведения комплекса инженерных расчётов, компьютерного моделирования и последующих испытаний на специализированном стенде. Для таких уплотнений расчеты проводятся под конкретные физические параметры рабочей (и затворной) жидкости.

Форма зазора между кольцами пары трения существенно меняется при высокой нагруженности PV, что напрямую влияет на утечку и режим трения. Обычные "плоские" кольца и стандартные технологии для их изготовления не обеспечат функциональность уплотнения при перепадах давления 100-150 бар.

Нельзя использовать в конструкции узлы и механизмы, работоспособность которых сомнительна и требует экспериментальной проверки.

В инженерной практике 100% копирование прецизионного торцевого уплотнения (или его деталей и сборочных узлов) невозможно, а микронные допуски оригинала при реверс-инжиниринге остаются «черным ящиком», что связано с неизбежными техническими рисками проекта. Если замеряются только фактически номинальные размеры с погрешностью (с допусками в дестяки и сотни микрон), то это уже будет не копия, а приблизительная реконструкция. Следует отметить, что отличия даже в 0.5-0.9 мкм существенно влияют на работоспособность уплотнения. В этих условиях, в отсутствии 100% идентичности копии оригиналу (разные допуски и посадки, неизвестные натяги, разные физико-механические свойства материалов и т.д.) не представляется возможным создать сразу полностью работоспособное прецизионное изделие. В итоге реверс-инжиниринг сводится к проектированию торцевого уплотнения заново на основе оригинального прецизионного изделия с последующей доводкой нового уплотнения на стенде и далее в эксплуатации.

Ключевые проблемы импортозамещения

1. Проблема квалифицированного персонала (специалистов в области торцовых уплотнений):

Дефицит квалифицированных кадров - критический риск при импортозамещении высоконагруженных уплотнений Eagle Burgmann типа SHPV-D.

В статье [5] доктор технических наук и заслуженный конструктор России отмечает: "Сейчас эта профессия [инженера-конструктора] находится в упадке, дефицит конструкторов на машиностроительных предприятиях с каждым годом только возрастает. Реально возрастает и угроза потери этой достойной профессии в будущем в связи с проводимой реформой высшего технического образования в России. ...всесильное Министерство образования и науки, испытывая комплекс преклонения перед Западом, присоединилось в 2003 г. к пресловутому Болонскому процессу пересмотра высшего образования и неуклонно исполняет его исходные установки... Вместо полноценного инженерного образования готовят полузнаек-бакалавров (т.е. увенчанных лавром) для работы на заводском конвейере и магистров (т.е. начальников, учителей) для управления этими кадрами и работой конвейера, на котором будет собираться, скорее всего, чужая техника для уже недееспособной на это России. "

Для решения таких сложных задач следует выстраивать взаимовыгодные партнерства и не пытаться делать все самостоятельно. Привлечение научных работников и соответствующих инженерно-технических специалистов помогает «‎добрать»‎ узконаправленные компетенции, которые в бизнесе нужны непостоянно. Если затраты на подключение научных организаций к НИОКР превышают 5% бюджета на эти работы, следует задуматься о переводе требуемых компетенций в штат.

Конструирование высоконагруженных изделий с узлами уплотнений для нестандартных условий эксплуатации должно выполняться в тесном сотрудничестве разработчика такого изделия и специалиста по конструированию узлов уплотнений.

Основная часть качества продукции закладывается на стадии проектирования и разработки, и поскольку она находится в начале процесса, то и воздействует на все, что расположено после нее. Таким образом, совершенствование конструкции может улучшить последующие процессы. Ключевое значение в вопросах обеспечения качества нового изделия играют ранние этапы проектирования, так как в них определяется схема построения изделия и основные характеристики, в том числе и технологические.

Проектирование является важнейшим этапом жизненного цикла изделия, в процессе которого закладывается основные качественные показатели создаваемого продукта. На практике, на этапах разработки изделий, разработчик, в подавляющем большинстве случаев опирается на личный опыт и интуицию (учитывая данные по изделиям-прототипам). Однако, такое положение дел ведет к ошибкам прогноза получаемого результата и к ограничению итогового качества изделий, так как при низком уровне подготовки специалиста разработчика, прямое копирование, без понимания особенностей построения конструкции прототипа, его физических, технологических и других тонкостей "НОУ-ХАУ", приводит к отрицательному интегральному результату (копия как правило хуже оригинала). А в случаях, когда разработчик, исходя из неких нетехнических соображений, пытается "доработать" или "видоизменить" прототип, не имея фундаментального понимания особенностей работы и построения конструкции прототипа, приводит к удорожанию разрабатываемого изделия и/или снижению итогового качества (следствие низкой квалификации).

Использование метода "проб и ошибок", назначение общих допусков и произвольный выбор натягов - это кратчайший путь к техногенной аварии.

Без компьютерного моделирования и инженерных расчетов невозможно рассчитать деформацию колец от воздействия перепада давления и температуры, несущую способность смазочного слоя затворной жидкости в зазоре, коэффициент трения, вероятностную величину утечки; также затруднительно назначать необходимые допуски на размеры, допуски формы и расположения поверхностей, шероховатости с их совместной увязкой.

2. Проблема оборудования: специальные приспособления и станки для притирки и создания особого микрорельефа, например, оборудование для нанесения лазерного профиля требует высокоточных лазерных установок и специализированного программного обеспечения для расчета гидродинамики.

Для контроля плоскостности и волнистости поверхностей трения требуется современное высокотехнологичное оборудование, которое позволит проводить измерения с точность в ~0,1 мкм.

Риски "копирования" высоконагруженного торцового уплотнения

Риски применения метода «копирования по образцу» без серьезной инженерной базы:

◍ Вместо 6-12 месяцев аналог уплотнения проработает от нескольких часов до месяца максимум.

◍ Возможен почти мгновенный перегрев и растрескивание колец пары трения ("термический шок"), выдавливание резиновых уплотнительных колец...

◍ Фиктивная экономия на цене наукоемкого прецизионного уплотнительного узла в 2–3 раза дешевле оригинала из Германии перекроется стоимостью простоя магистрального насоса или даже риском пожара на объекте.

Выводы

◉ Импортозамещение высоконагруженных торцовых уплотнений на давления в 100-150 бар - это не просто инженерная, а наукоемкая задача.

◉ Прямое копирование геометрии оригинального уплотнения не позволит учесть скрытые расчетные деформации, которые проявляются только под рабочим давлением.

◉ Без применения систем инженерного анализа и без доводки уплотнения на специальном стенде, создание полноценно работающей копии прецизионного уплотнительного изделия невозможно, тем более, с материалами, обладающими другими физико-механические свойствами.

◉ Изготовление колец пар трения для высоконагруженных торцовых уплотнений с применением обычных технологий для "плоских колец" - пустая трата времени и ресурсов.

Литература

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев и др. – М: Машиностроение, 1994. 448 c.
2. Мельник В.А. Торцовые уплотнения валов: справочник. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
3. Шепелев В.А., Шепелев А.В. Методика расчета обыкновенного торцового уплотнения вала и ее реализация в системе Mathcad // Машиностроение и инженерное образование. 2024. № 1−2 (74). С. 35.
4. Шепелев В.А., Шепелев А.В. Методика расчета торцового уплотнения с микроканавками // Машиностроение и инженерное образование. 2025. № 2−3 (77). С. 11.
5. Салтыков М.А. О проблемах конструирования среднеоборотных дизелей, влиянии кризисов и формы собственности на судьбу предприятий и профессию конструктора // Вестник машиностроения, 2010. №8.

Читать по теме ⇛ Паспорт на торцевое уплотнение