Торцевое уплотнение. Принцип работы. Стандарты и ГОСТ
Торцевое уплотнение [торцовое уплотнение, механическое уплотнение] представляет собой прецизионный уплотнительный узел, предназначенный для герметизации полости оборудования (например, насос, мешалка, реактор, гомогенизатор, ротационное соединение и т.п.), которая находится под давлением или разряжением рабочей среды, и вращающимся валом, проходящим через эту полость. Существует общая мировая тенденция замены сальниковой набивки (сальника) на торцевое уплотнение, которое обеспечивает меньшие утечки рабочей среды при фактическом отсутствие необходимого обслуживания и износа поверхности вала или защитной втулки.
Конструктивное исполнение
Торцевое уплотнение конструктивно содержит два кольца пары трения, выполненные в виде поверхностей вращения, расположенных соосно и перпендикулярно оси вращающегося вала. Одно из колец пары трения - "контркольцо" неподвижно и закреплено либо в корпусе, либо во фланце оборудования. Ответное кольцо - подвижное в осевом направлении, обычно динамически или статически закреплено на валу и вращается вместе с ним. Кольца пары трения изготавливаются из специальных, как правило, твердых износостойких материалов, обладающих высокой теплопроводностью и низким коэффициентом трения.
Если в качестве рабочей среды уплотнений используется жидкость, то такие уплотнения обычно называют "жидкостными". Если в качестве рабочей среды для таких устройств используется газ, то такие прецизионные изделия обычно называют "сухими" или "газовыми". Последние модификации способны работать в условиях "сухого" трения, где в качестве смазки используется газообразная рабочая среда. Торцевые уплотнения классифицируются на типы с внутренним расположением, когда рабочая среда взаимодействует с наружной поверхностью уплотнения и с наружным расположением, когда эта среда находится между внутренней поверхностью уплотнения и вращающимся валом. Отдельно следует выделить торцевые уплотнения сухого трения для мешалок, для которых рабочей и одновременно охлаждающей средой является окружающий воздух. Эта особенность ограничивает диапазон применения таких уплотнений невысокими значениями перепадов давлений и скоростей скольжения, а также характеризуется непродолжительным периодом работы оборудования.
Принцип работы
Герметичность в паре трения обыкновенного торцового уплотнения обеспечивается за счёт создания контактного давления. Начальное контактное давление определяется рабочим усилием упругого элемента - пружины или набора пружин сжатия. При отсутствии вращения вала рабочие поверхности колец пары трения прижаты друг к другу усилием упругого элемента. Для обеспечения герметичности между контркольцом и корпусом (фланцем) оборудования, а также подвижным в осевой направлении кольцом и валом используются вторичные уплотнения: резиновые кольца круглого сечения, сильфоны, манжеты и т.п. детали, изготавливаемые из эластомеров. При вращении вала тепловая энергия трения частично отводится в рабочую среду, другая её часть расходуется на повышение температуры колец пары трения, поэтому обеспечение необходимого и надежного отвода тепла от которой, в значительной мере, влияет на надежность работы всего уплотнительного узла.
В процессе работы оборудования кольца пары трения могут быть дополнительно прижаты друг к другу гидравлическим усилием, создаваемым положительным перепадом давления рабочей среды на этом прецизионном устройстве. Перепад давления рабочей жидкости в зазоре пары трения создает гидростатическую несущую способность смазочного слоя этой жидкости, а наличие волнистости на рабочих торцовых поверхностях [при определённых условиях] способствует возникновению гидродинамического давления в паре трения. В результате обыкновенное торцевое уплотнение работает в условиях баланса осевых сил, с автоматическим поддержанием минимального зазора между кольцами пары трения.
Требования к изготовлению
К деталям прецизионных уплотнительных изделий предъявляются повышенные требования к их точности изготовления на соответствия рабочим чертежам с целью обеспечения необходимых размеров, выполнения допусков формы и расположения поверхностей, их шероховатости, а также общих технических требований чертежей. Шероховатость рабочих поверхностей колец обычно не хуже Ra ~ 0.16 мкм (тонкая притирка) и зависит от свойств материала и технологии изготовления, отклонение от плоскостности не хуже 0.0012 мм, а допуск на торцевое биение относительно оси вращения вала не более 0.05 мм. Остальные требования в изготовлении соответствуют 6...8 степени точности. Соединение рабочих колец пар трения со стальными обоймами может осуществляться за счёт термических деформаций с целью обеспечением гарантированного натяга и применения средних прессовых посадок. Рабочие поверхности колец пары трения торцевого уплотнения механически обработаны таким образом, что в процессе функционирования средний зазор между этими деталями обычно не превышает 0.001 мм [в процессе работы уплотнения не постоянная величина]. Однако для некоторых специальных конструкций [и режимов эксплуатации] этот параметр может достигать 0.0025...0.0055 мм. Несмотря на повышенную точность изготовления все рабочие поверхности колец пары трения имеют дефекты [связанные с особенностями материалов и технологией изготовления], в частности, такие как волнистая рабочая поверхность. Амплитуда волн может варьироваться от 0.1 до 1.5 микрометров, что соизмеримо с рабочим зазором в паре трения и существенно влияет на характеристики уплотнения. К сопряженным с уплотнением поверхностям оборудования также предъявляются соответствующие требования, которые обычно регламентированы в стандартах и чертежах, например, шероховатость рабочих поверхностей вала и посадочного гнезда не хуже Ra ~ 2.5 мкм, отклонение от соосности (радиальное биение) посадочного диаметра под неподвижное кольцо отностительно оси вала не более 0.05 мм, торцевое биение поверхности этого посадочного гнезда не более 0.04 мм и осевой люфт вала обычно не более 0.15 мм.
Компонентное и картриджное исполнение
Герметичный уплотнительный узел по конструкции может быть компонентного или картриджного исполнения. Компонентное уплотнение содержит обычно две собранные части - вращающуюся и неподвижную, которые устанавливаются в оборудование каждая по отдельности в определенном порядке в соответствии с инструкцией по монтажу. Картриджное уплотнение представляет собой модульное автономное устройство - один полностью законченный сборочный узел, предварительно собранный и готовый к установке в уплотнительную камеру оборудования. Конструктивно торцевое уплотнение может быть гидравлически нагруженным или гидравлически разгруженным. Гидравлически нагруженные уплотнительные узлы предназначены для работы при перепадах давлениях ниже 10 Бар, в то время как гидравлически разгруженные конструкции способны работать при давлении рабочей среды до 25 Бар и выше.
Ремонтопригодные уплотнения
С целью обеспечения одного из основных правил надежности, технические решения некоторых торцевых уплотнений могут проектироваться ремонтопригодными и допускают простую замену быстроизнашивающих деталей или отдельных элементов без разработки и переналадки всего изделия. Ремонт таких уплотнений на месте эксплуатации заключается в замене колец пары трения и вторичных уплотнений на новые из ремонтного комплекта, стальные детали можно использовать многократно. Это позволяет экономить на каждом ремонте - замене до 40% от цены уплотнения в сборе, а кроме того проверять, как ведут себя в эксплуатации различные материалы колец пары трения. Практические задачи инновационного импортозамещения уплотнительных узлов успешно решаются с использованием ремонтопригодных торцевых уплотнений для зарубежных насосов: Hilge, Grundfos, KSB, Salmson, Wilo и многих других.
Выбор материалов
Давление или разряжение рабочей среды, её тип, физические и химические свойства, рабочая температура в уплотнительной камере, скорость вращения вала, а также особые условия эксплуатации оказывают влияние на работоспособность оборудования, поэтому рациональный выбор необходимых материалов для деталей торцевого уплотнения осуществляется на основе инженерных расчетов, эксплуатационных испытаний и мирового опыта.
Широкое распространение в качестве материалов для колец пары трения получили карбиды кремния и их композиции, металлокерамика на основе карбидов вольфрама и титана, специальные углеграфиты с пропиткой смолами или металлами. Вместе с тем, такие материалы как графит и керамика на основе оксида алюминия, а также мягкая аустенитная нержавеющая сталь, имеют ограниченную область применения ввиду неудовлетворительных показателей по фактору PV, износостойкости, трещиностойкости, работы в условиях полусухого и сухого трения и т.п., поэтому неизбежно уступают место новым перспективным материалам с повышенной износостойкостью, теплопроводностью и низким коэффициентом трения, обеспечивающим более высокие показатели надежности. В качестве материалов вторичного уплотнения применяются различные резины на основе синтетических каучуков: NBR (нитрильно-бутадиенный каучук), EPDM (этилен-пропилен-диеновый каучук) и VITON (фторкаучук и его комбинации). Для особых условий и повышенных требований в эксплуатации используются специальные эластомеры, обладающие исключительными характеристиками. Такие эластичные материалы могут обеспечить в эксплуатации повышение срока службы элементов уплотнения до 10 раз по сравнению с обычной резиной.
Стандарты и ГОСТ
Европейский стандарт EN 12756/DIN 24960
Европейский стандарт EN 12756 (DIN 24960) определяет установочные размеры одинарных и двойных торцевых уплотнений для внутреннего расположения, размеры уплотнительной камеры оборудования, фиксацию контрколец от их возможного проворота, технические требования посадочных и сопряженных с уплотнением поверхностей уплотнительной камеры оборудования, а также обозначения материалов для деталей этих прецизионных устройств. Этот документ содержит информацию о стандартных по установочным размерам уплотнений для диаметров валов от 10 мм до 100 включительно.
Международный стандарт ISO 3069 [Насосы центробежные с односторонним всасыванием] устанавливает размеры посадочных гнезд под герметизирующие уплотнения: размеры полостей торцевых уплотнений ступенчатых валов, гладких валов и сальниковой набивки. Стандарт применяется для уплотнений средней и высокой нагруженности с предельным избыточным давлением в камере уплотнения 40 Бар, за исключением процессов, подразумевающих перекачивание жидкостей с высоким содержанием твердых включений, или работу с растворами. В документе приводятся установочные размеры одинарных торцевых уплотнений [в том числе, имеющих гидравлическую разгрузку] для диапазона диаметров валов от 18 мм до 100 мм. Этот стандарт предъявляет более жесткие требования к рабочим поверхностям вала и уплотнительной камеры насоса.
Международный стандарт ISO 21049. ГОСТ 32600-2013
Международный стандарт ISO 21049 (ГОСТ 32600-2013) [Насосы, Уплотнительные системы вала для центробежных насосов] устанавливает общие технические требования и даёт рекомендации к уплотнительным системам центробежных и роторных насосов, применяемых в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности. В документе указывается, что его пользователи должны знать, что для отдельных применений могут потребоваться дополнительные или особые требования. Этот стандарт является самостоятельным документом по уплотнениям и ссылается в нормативных аспектах на ISO 13709 (ГОСТ 32601-2013, Насосы центробежные для нефтяной, нефтехимической и газовой промыленности. Общие технические требования), рекомендуется к применению к новым и модифицируемым насосам. Документ распространяется на уплотнения валов насосов с диаметром от 20 мм до 110 мм, и посвящён трём категориям [картриджное контактное одинарное жидкостное уплотнение с неподвижной дросселирующей втулкой - щелевым уплотнением вала, два одинарных уплотнения в картриджном узле с буферной жидокостью между ними и два уплотнения в картриджном узле с газовой средой между ними или без таковой], трём типам [тип A - гидравлически разгруженная конструкция картриджного типа с подвижным в осевом направлении вторичным уплотнением, тип B - торцевое уплотнение с металлическим сильфоном в качестве вращащейся части, где вторичные уплотнения - резиновые кольца круглого сечения и тип C - высокотемпературное торцевое уплотнение с неподвижным металлическим сильфоном картриджного типа и вторичными уплотнениями из терморасширенного (податливого/гибкого) графита], а также трём конфигурациям ["спина к спине", "лицом к лицу" и "тандем"]. Приведены преимущества уплотнений с металлическим сильфоном типа С, но, к сожалению, не указаны их недостатки. Примечательно, что первая категория уплотнений валов предназначена для использования в уплотнительной камере насосов, спроектированных не по ГОСТ 32601. Одним из требований (раздел п. 4.2 Требования) уплотнительной системы вала является то, что все уплотнения должны работать непрерывно 25 000 часов без необходимости замены, что соответствует примерно трём годам непрерывной работы оборудования [по ссылкам других зарубежных источников]. Примечательно, что указанные часы наработки уплотнения до выхода его из строя никак и ничем не обусловлены в этом разделе ГОСТа...
Однако мировая практика и многолетний опыт проектирования, испытаний и эксплуатации торцевых уплотнений показывает, что их срок службы на ~90% зависит от условий эксплуатации и технического состояния оборудования [обеспечения необходимых и достаточных условий оборудованием для надежной и долгой работы уплотнения], которые меняются во времени. Поэтому конкретный срок службы торцевых уплотнений валов не может быть рассчитан в часах по какой-либо методике [см. например, Mechanical seal practice for improved performance. Edited by J.D. SUMMERS-SMITH, IMechE Guides for the Process Industries., LONDON, 1992 и др.].
В дальнейшем при общем обзоре, анализе стилистики и терминологии ГОСТ 32600-2013, у нас создалось стойкое впечатление, что этот документ был составлен на основе перевода английского стандарта ISO 21049 с применением не характерных для российской (а до этого советской) школы и терминологии, применяемой в области торцевых уплотнений. Иными словами, составители этого документа (вероятно, это были переводчики, т.е. не специалисты в уплотнительной технике), скорее всего, никогда не изучали и не читали отечественные справочники и литературу по торцевым уплотнениям валов.
Наконец, следует отметить, что этот государственный стандарт не предписывает поставщику отказываться от предложений или покупателю от приобретения оборудования другого технического решения, отличающегося от указанных в этом стандарте.
⊗ В настоящий момент времени не существует каких-либо ГОСТ на конкретные зарубежные конструкции торцевых уплотнений.
ГОСТ Р 54806-2011 и ГОСТ Р 52743-2007
ГОСТ Р 54806-2011 [Насосы центробежные. Технические требования. Класс I ] устанавливает ряд требований к конструкции валов насосов под установку торцевого уплотнения. ГОСТ Р 52743-2007 [НАСОСЫ И АГРЕГАТЫ НАСОСНЫЕ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКОСТЕЙ [Общие требования безопасности] определяет требования к выбору типа уплотнения вала в зависимости от перекачиваемой жидкости и зоны установки насосного агрегата, отведению дренажной жидкости и утечек от уплотнения. Государственный стандарт устанавливает необходимость применения двойного уплотнения в случае взрывоопасной зоны установки насосного агрегата; давление затворной (охлаждающей) жидкости для двойного торцевого уплотнения должно быть, как минимум, на 0.05 МПа выше давления уплотняемой жидкости, утечка которой или прорыв её паров в окружающую среду является недопустимой. Приводятся обязательные требования к эксплуатации насоса и его уплотнения в соответствии с эксплуатационными документами.
Срок службы и надежность
Многочисленные мировые исследования и эксплуатационные испытания ведущих фирм в области разработки конструкций и изготовления торцевых уплотнений выявили невозможность прогнозирования показателей надёжности и конкретного срока службы этих прецизионных устройств, т.к. все эти показатели являются статистическими параметрами. Поэтому надёжность торцевых уплотнений является функцией многих переменных: конструктивные особенности, применяемые материалы, правильность монтажа, и в значительной степени - условия эксплуатации (режимы работы уплотнительного узла), техническое состояние этого оборудования, а также другие многочисленные неучтённые факторы, учесть которые полностью на практике не всегда представляется возможным. В связи с этим, для каждого конкретного случая надёжность уплотнительного узла будет всегда разная. В нашей работе мы встречались и встречаемся с тем, что одни и те же уплотнения из одной и той же партии с одинаковыми материалами и качеством изготовления работают в одном и том же оборудовании до выхода из строя разное время, что полностью подтверждается многочисленным мировым опытом исследований в области уплотнительной техники. Необходимо особо отметить, что при неизбежном ухудшении технического состояния оборудования - возникновении недопустимых вибраций и биений вала, а также при недостаточном отводе тепла от колец пары трения - перегреве уплотнения, срок его службы будет существенно снижаться, что приведет к ускоренному износу или повреждению этих деталей, а также быстрому старению или деструкции вторичных уплотнительных элементов. В любом случае такие условия эксплуатации являются недопустимыми.
Одним из необходимых факторов для обеспечения надежности и продолжительного срока службы уплотнения является рациональный выбор его конструктивного решения, сочетания материалов для колец пары трения, а также для вторичных уплотнительных деталей - всё это связано с выполнением комплекса опытно-конструкторских, проектно-расчетных работ, а также эксплуатационными испытаниями опытных образцов. Определение рабочих характеристик прецизионного уплотнительного изделия осуществляется применением специализированной методики расчёта уплотнения, реализованной в системе Mathcad. Другим важным фактором является изготовление деталей и сборка узлов уплотнения в полном соответствии с требованиями их чертежей, проведение входного контроля на качество изготовления.
Обеспечение более лёгкой подвижности соединений, повышение их герметичности и продление срока службы вторичных уплотнений возможно при нанесении на их рабочие поверхности небольшого количества специальной пластичной силиконовой смазки. Уплотнительный узел достаточно быстро выйдет из строя в том случае, когда для него не обеспечиваются необходимые и обязательные условия эксплуатации. Поэтому торцевое уплотнение не является универсальным и не может работать при любых условиях. Снижение вероятности отказа и определение наиболее вероятных причин выхода из строя уплотнения основывается на диагностике и мониторинге рабочих параметров. Монтаж и эксплуатация оборудования с установленным в него уплотнением должны выполняться только обученным и аттестованным персоналом с соблюдением всех положений соответствующих инструкций. Особые требования к хранению торцовых уплотнений в целом соответствуют срокам и условиям хранения вторичных уплотнительных элементов - резиновых колец и манжет, эти параметры указываются в техническом задании на этапе конструирования специальной опытной продукции, а также в паспорте и(или) инструкции по её установке и эксплуатации.
Герметичность. Допустимая утечка
Герметичность - способность торцевого уплотнения не пропускать через пару трения и вторичные уплотнительные элементы рабочую среду.
В связи с тем, что абсолютно геметичных изделий не существует, герметичность численно характеризуется величиной допустимой утечки.
Минимальная граница диапазона соответствует подтеканию практически без видимого каплеобразования, максимальная граница диапазона соответствует капельным утечкам.
Величина удельной капельной утечки через торцевое уплотнение варьируется от 10 мм3/(м • с) и может доходить до 50 мм3/(м • с) в соответствии с классами негерметичности уплотнений РД 26.260.011-99.
В зарубежных источниках литературы для малых диаметров валов считают допустимой утечку 0.17 см3/мин. Для этой величины может применяться термин "нулевая утечка", что вводит в заблуждение - утечка рабочей жидкости существует, хотя капли могут и не образовываться.
Двойное торцевое уплотнение
Требования к величине утечки рабочей среды, безопасности окружающей среды, надежности и срока службы, как и многие другие показатели, непосредственно влияют на выбор схемного решения уплотнительного узла. Для отделения перекачиваемой (перемешиваемой) рабочей среды от атмосферы находят применение технические решения в виде двух одинарных торцевых уплотнений (основное и вспомогательное - представляющие собой двойное торцевое уплотнение) с подачей между ними затворной смазочно-охлаждающей жидкости. Различие условий эксплуатации основного и вспомогательного уплотнений обуславливает рациональный выбор их типов, конструктивных особенностей и применяемых материалов.
Двойное торцевое уплотнение находит применение:
• для газообразных рабочих сред с плохой смазывающей способностью;
• для рабочих сред, находящихся под высоким давлением и (или) с высокой температурой;
• для рабочих сред склонных к кристаллизации или полимеризации в зазоре пары трения при испарении жидкой фазы;
• для рабочих сред, содержащих твёрдые и абразивные включения;
• для рабочих сред, являющихся вредными веществами и оказывающими токсическое воздействие на человека и окружающую среду;
• для рабочих сред, являющихся легковоспламеняемыми или горючими.
Схемы расположения "тандем" и "спина к спине" являются наиболее распространенными и простыми по конструкции. Основное уплотнение разделяет рабочую среду и затворную жидкость, а вспомогательное уплотнение разделяет затворную жидкость и атмосферу. Для схемы "спина к спине" давление затворной жидкости всегда должно превышать давление рабочей среды на 0,05...0,2 МПа. Для схемы "тандем" давление затворной жидкости ниже давления рабочей среды. Температура и расход затворной смазочно-охлаждающей жидкости через уплотнительную камеру должны обеспечивать необходимый теплоотвод от колец пар трения обоих уплотнений для надежной работы всего уплотнительного узла.
Комбинированное уплотнение
В ряде случаев находят применение специальные комбинированные уплотнения, содержащие как основное торцевое, так и вспомогательное - радиальное или щелевое уплотнение. В качестве вспомогательного радиального уплотнения вала может применяться резиновая манжета. Затворная смазочно-охлаждающая жидкость циркулирует через уплотнительную камеру, обеспечивая необходимый и достаточный отвод тепла от колец пары трения, препятствуя утечке рабочей среды в атмосферу.
Специальный уплотнительный комплекс
При предъявлении более жестких требований к герметичности, надежности и продолжительному сроку службы для оборудования, связанного перекачиванием или перемешиванием сыпучих, особо вязких рабочих сред, склонных к полимеризации, кристаллизации или склеиванию [сахарные сиропы, мальтодекстрин, шоколадная масса, шоколадная и ореховая паста, патоки, сгущенное молоко, пенобетонные и бетонные смеси, гудроны, клея, лаки и т.п.] применяются специальные уплотнительные комплексы, содержащие несколько различных уплотнений - контактные торцевые или радиальные уплотнения, и динамическое щелевое уплотнение.
Выбор типа торцевого уплотнения
Обоснованный выбор типа торцевого уплотнения, а также материалов для его деталей основывается на инженерных расчетах и анализе опыта эксплуатации. Не существует единственного универсального решения, поэтому для обеспечения надежной и продолжительной работы уплотнительного узла применяются разные типы уплотнений в зависимости от параметров рабочей среды и особенностей эксплуатации. Если торцевое уплотнение часто выходит из строя, проработав меньше 1-3 месяцев с разрывом резинового сильфона или износом колец пары трения, целесообразно провести анализ [экспертизу] и выяснить возможные причины, после чего применить, более эффективное техническое решение, либо обеспечить необходимые условия для надежной работы уплотнительного узла.
Литература
Имеется множество технических справочников, книг и публикацией, посвящённых уплотнительной технике, и, в частности, торцевым уплотнениям. Такая техническая литература представлена хорошими отечественными инженерными справочниками, но особенно широко область уплотнительной техники раскрывается в зарубежных публикациях.
Если в качестве рабочей среды уплотнений используется жидкость, то такие уплотнения обычно называют "жидкостными". Если в качестве рабочей среды для таких устройств используется газ, то такие прецизионные изделия обычно называют "сухими" или "газовыми". Последние модификации способны работать в условиях "сухого" трения, где в качестве смазки используется газообразная рабочая среда. Торцевые уплотнения классифицируются на типы с внутренним расположением, когда рабочая среда взаимодействует с наружной поверхностью уплотнения и с наружным расположением, когда эта среда находится между внутренней поверхностью уплотнения и вращающимся валом. Отдельно следует выделить торцевые уплотнения сухого трения для мешалок, для которых рабочей и одновременно охлаждающей средой является окружающий воздух. Эта особенность ограничивает диапазон применения таких уплотнений невысокими значениями перепадов давлений и скоростей скольжения, а также характеризуется непродолжительным периодом работы оборудования.
Широкое распространение в качестве материалов для колец пары трения получили карбиды кремния и их композиции, металлокерамика на основе карбидов вольфрама и титана, специальные углеграфиты с пропиткой смолами или металлами. Вместе с тем, такие материалы как графит и керамика на основе оксида алюминия, а также мягкая аустенитная нержавеющая сталь, имеют ограниченную область применения ввиду неудовлетворительных показателей по фактору PV, износостойкости, трещиностойкости, работы в условиях полусухого и сухого трения и т.п., поэтому неизбежно уступают место новым перспективным материалам с повышенной износостойкостью, теплопроводностью и низким коэффициентом трения, обеспечивающим более высокие показатели надежности. В качестве материалов вторичного уплотнения применяются различные резины на основе синтетических каучуков: NBR (нитрильно-бутадиенный каучук), EPDM (этилен-пропилен-диеновый каучук) и VITON (фторкаучук и его комбинации). Для особых условий и повышенных требований в эксплуатации используются специальные эластомеры, обладающие исключительными характеристиками. Такие эластичные материалы могут обеспечить в эксплуатации повышение срока службы элементов уплотнения до 10 раз по сравнению с обычной резиной.
Международный стандарт ISO 3069 [Насосы центробежные с односторонним всасыванием] устанавливает размеры посадочных гнезд под герметизирующие уплотнения: размеры полостей торцевых уплотнений ступенчатых валов, гладких валов и сальниковой набивки. Стандарт применяется для уплотнений средней и высокой нагруженности с предельным избыточным давлением в камере уплотнения 40 Бар, за исключением процессов, подразумевающих перекачивание жидкостей с высоким содержанием твердых включений, или работу с растворами. В документе приводятся установочные размеры одинарных торцевых уплотнений [в том числе, имеющих гидравлическую разгрузку] для диапазона диаметров валов от 18 мм до 100 мм. Этот стандарт предъявляет более жесткие требования к рабочим поверхностям вала и уплотнительной камеры насоса.
Одним из необходимых факторов для обеспечения надежности и продолжительного срока службы уплотнения является рациональный выбор его конструктивного решения, сочетания материалов для колец пары трения, а также для вторичных уплотнительных деталей - всё это связано с выполнением комплекса опытно-конструкторских, проектно-расчетных работ, а также эксплуатационными испытаниями опытных образцов. Определение рабочих характеристик прецизионного уплотнительного изделия осуществляется применением специализированной методики расчёта уплотнения, реализованной в системе Mathcad. Другим важным фактором является изготовление деталей и сборка узлов уплотнения в полном соответствии с требованиями их чертежей, проведение входного контроля на качество изготовления.
Обеспечение более лёгкой подвижности соединений, повышение их герметичности и продление срока службы вторичных уплотнений возможно при нанесении на их рабочие поверхности небольшого количества специальной пластичной силиконовой смазки. Уплотнительный узел достаточно быстро выйдет из строя в том случае, когда для него не обеспечиваются необходимые и обязательные условия эксплуатации. Поэтому торцевое уплотнение не является универсальным и не может работать при любых условиях. Снижение вероятности отказа и определение наиболее вероятных причин выхода из строя уплотнения основывается на диагностике и мониторинге рабочих параметров. Монтаж и эксплуатация оборудования с установленным в него уплотнением должны выполняться только обученным и аттестованным персоналом с соблюдением всех положений соответствующих инструкций. Особые требования к хранению торцовых уплотнений в целом соответствуют срокам и условиям хранения вторичных уплотнительных элементов - резиновых колец и манжет, эти параметры указываются в техническом задании на этапе конструирования специальной опытной продукции, а также в паспорте и(или) инструкции по её установке и эксплуатации.
Схемы расположения "тандем" и "спина к спине" являются наиболее распространенными и простыми по конструкции. Основное уплотнение разделяет рабочую среду и затворную жидкость, а вспомогательное уплотнение разделяет затворную жидкость и атмосферу. Для схемы "спина к спине" давление затворной жидкости всегда должно превышать давление рабочей среды на 0,05...0,2 МПа. Для схемы "тандем" давление затворной жидкости ниже давления рабочей среды. Температура и расход затворной смазочно-охлаждающей жидкости через уплотнительную камеру должны обеспечивать необходимый теплоотвод от колец пар трения обоих уплотнений для надежной работы всего уплотнительного узла.
