© к.т.н., инж. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.
Паспорт на торцевое уплотнение
В статье приводится паспорт с техническими требованиями на серийно выпускаемое торцевое уплотнение с резиновым сильфоном и манжетой, а также анализ этого документа.
Введение экономических санкций против России [в связи с началом специальной военной операции с 24 февраля 2022 года] по прошествии нескольких месяцев практически полностью парализовало деятельность некоторых торговых компаний и западных филиалов, которые закупали торцевые уплотнения, а также другие узлы и комплектующие в недружественных странах. Это вынудило многие фирмы и предприятия временно приостановить свою деятельность в нашей стране и искать возможности решения данной проблемы.
В системе консервативного капитализма в России ранее был провозглашен лозунг "мы всё купим", который в сегодняшней новой реальности превратился в "кому надо уже поехали в третьи страны" для закупки импортных узлов наукоёмкой продукции, что подтверждается недавним интервью одного из вице-премьеров РФ; этот тупиковый путь развития наукоёмкой экономики РФ в данный момент является основным решением вышеупомянутой проблемы.
Альтернативный, второй путь - это новая [социалистическая] индустриализация разных отраслей экономики России с реальным импортозамещением наукоёмкой продукции и созданием "25 миллионов высокотехнологичных рабочих мест". Для этого необходимы квалифицированные специалисты в своих областях науки и техники, что требует повышение уровня образования и инженерно-технических знаний.
В нашей системе высшего образования с 2007 года была введена Болонская система, по которой студенты получали общие знания и становились бакалаврами или магистрами. Как недавно сообщали в СМИ, постепенно в верхах наконец-то начали осознавать бесперспективность Болонской системы в условиях новой российской действительности: c сентября 2022 года, прежняя система высшего образования, возможно, будет заменена фактически на ранее существовавшую советскую модель, в которой были специалисты - инженеры и научные работники.
Однако, за последние пятнадцать лет в нашей стране окончательно сформировался и утвердился особый класс гуманитариев - "потребителей и обывателей" [менеджеров по продажам], что вполне укладывалось в ранее озвученную систему ценностей "чем меньше человек знает, тем проще им управлять и легче его обманывать". Такие "потребители и обыватели" следуют видоизменённым первым путём решения проблемы с минимальными вложениями и затратами, переложением всей ответственности на поставщиков или изготовителей продукции внутри РФ. В связи с технической малограмотностью в области уплотнительной техники, эффектом Даннинга-Крюгера, менеджеры по продажам как умеют, так и составляют паспорта на "серийную" наукоёмкую продукцию - торцевые уплотнения, в которых указывают невыполнимые технические требования и информацию, противоречущую практике, логике, законам физики и природы, а также здравому смыслу. Чтобы не быть голословными приведем в качестве примера недавно полученный паспорт на "серийно" выпускаемое уплотнение торцовое TYPE J028 и наш краткий анализ этого технического документа.
Паспорт на уплотнение TYPE J028
Паспорт на уплотнение торцовое TYPE J028 за номером 154 был прислан менеджером по продажам одной из торговых компаний с целью подбора, поиска и возможности поставки уплотнения, полностью соответствующего паспорту. На листе содержится картинка (эскиз), на котором показано гидравлически нагруженное одинарное торцевое уплотнение с резиновой защитной оболочкой (сильфоном) и контркольцом с Г-образной резиновой манжетой. Эта конструкция [техническое решение] является прототипом серийных торцовых уплотнений типа Джон Крейн 2100 (Англия) или опытных торцевых уплотнений TYPE 2(3) по нашим патентам РФ №53744 и №72741.Условия эксплуатации
Под заголовком "Условия эксплуатации" приводятся рабочие параметры для "серийно" выпускаемого уплотнения TYPE J028, "рассчитанного на долговременную эксплуатацию в среде пластовой жидкости, масел... при температуре +200С... Допускается кратковременная эксплуатации (до 8 часов) при температуре +250С". В действительности, согласно открытым специализированным мировым источникам, если сильфон и Г-образная манжета уплотнений, изготовлены из эластомера VITON (FPM), как указано в паспорте, срок службы этого материала при температуре +200oС, как правило, не может быть долговременным, и обычно не превышает 700...1000 часов [максимум 1...3 месяца].В паспорте прописано "давление окружающей среды в МПа (кгс/см2) ... не более 40(400)". Однако, для торцевого уплотнения вала правильно указывать перепад давления на уплотнении, иначе невозможно провести расчёт уплотнения и, тем более, прогнозировать его долговременную эксплуатацию. Если перепад давления всё же составляет 40 МПа, то такое гидравлически нагруженное одинарное торцевое уплотнение с резиновым сильфоном и Г-образной резиновой манжетой не будет работать от слова "совсем".
При превышении перепада давления более 1.5-2.0 МПа сильфон и Г-образная манжета, изготовленные из эластомера, будут выдавлены в зазоры с экструзией этих деталей и потерей герметичности. С дальнейшим повышением давления до 10-15 МПа и выше кольцо вращения из углеграфита будет полность разрушено.
Оценочные графики по предельному перепаду давления для подобных уплотнений приведены как в каталоге компании John Crane, так и в каталоге EagleBurgmann. В действительности, конструкция торцевого уплотнения типа TYPE J028 может быть рассчитана на перепад давления от 0.5 до 1.2 МПа - в зависимости от материалов колец пары трения, скорости вращения вала, типа рабочей жидкости и её температуры, абразивности рабочей жидкости, а также условий охлаждения - величины циркуляции этой жидкости через уплотнительную камеру оборудования и т.п.
Далее сообщается о том, что в рабочей среде (пластовой жидкости или масле) допустимо содержание свободного газа по объему до 70% включительно! Если это действительно так, то для надежной работы такого прецизионного уплотнительного изделия потребуется подача в уплотнительную камеру смазочно-охлаждающей жидкости от отдельного источника, а также установка в верхней части уплотнительной камеры автоматического устройства для выпуска свободного газа, о чём в исследуемом документе не сообщается.
Технические характеристики
В технических характеристиках содержится фраза: "потребляемая мощность" торцовым уплотнением ... "не более 35 Вт". Эта мощность трения не является постоянной величиной, она зависит от скорости вращения вала [которая в паспорте не приведена], а также от коэффициента трения между рабочими поверхностями уплотнительных колец и многих других факторов. Даже по оценочному инженерному расчёту при перепаде давления в 40 МПа "потребляемая мощность" трения намного превысит заявленную в паспорте.
В зарубежных источниках литературы для малых диаметров валов (как и в нашем случае - диаметр вала 28 мм) 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.
В тексте документа приводится расход (утечка) рабочей жидкости "не более 0,14 мл/ч". Для одинарных торцевых уплотнений подобных конструкций заявленная в паспорте величина утечки рабочей жидкости [фактически не более 0,0023 см3/мин] не является достижимой при условии их "долговременной эксплуатации". Величина такой утечки означает, что уплотнение будет работать в области сухого трения, т.е. с экстремально высоким коэффициентом трения и "потребляемой мощностью", а значит и с очень большим тепловыделением, и выйдет из строя вследствие износа и возможного разрушения колец пары трения в очень короткий промежуток времени.
Ниже в технических требованиях к уплотнению указывается шероховатость рабочих поверхностей Ra "не более 0,2". Примечательно, что шероховатость приведена без единицы измерения. Более того, такая шероховатость на практике не позволяет провести контроль отклонения от плоскостности рабочих поверхностей колец пары трения, с обеспечением "не более 0,6" микрометров. Указанный уровень отклонения от плоскостности в две световые волны монохроматического света выполнить затруднительно, тем более, для подвижного кольца, изготовляемого из углеграфита.
Применяемые материалы
Из раздела "Применяемые материалы" следует, что подвижное кольцо уплотнения изготавливается из углеграфита, пропитанного модифицированными смолами, а неподвижное кольцо из керамики Al2O3. Из мирового опыта и основ уплотнительной техники такое сочетание материалов применяется только для чистых маловязких рабочих жидкостей, т.е. не годится для пластовой жидкости с абразивными частицами или для масла. Более того, такая пара трения не рекомендуется к применению при температуре рабочей жидкости выше примерно +80 градусов Цельсия вследствие повышения вероятности терморастрескивания кольца из керамики Al2O3, интенсивного износа и отслоения графитовых частиц в пластовой жидкости или масле. Применение пары трения с такими материалами, как указано в паспорте, тем более не допускается для "долговременной эксплуатации" при температуре +200oС .Рекомендации по установке уплотнения
Указанный в разделе "Рекомендации по установке" рабочих ход уплотнения 26,5±2,5 мм противоречит вышеупомянутому установочному осевому размеру 26,5±0,5 мм. Для цилиндрической пружины сжатия уплотнения такой конструкции с полем допуска 5 мм затруднительно обеспечить необходимое начальное контактное давление в паре трения.Выводы
- Из всего вышеизложенного следует, что такие паспорта на "серийно" выпускаемые торцовые уплотнения составляются с применением эффекта Даннинга-Крюгера техническими малограмотными специалистами в области уплотнительной техники.
- Информация в таких и подобных технических документах может вводить в заблуждение не только реальных заказчиков, но и потенциальных изготовителей уплотнений.
- На основании проведенного выше анализа, условия эксплуатации, технические характеристики уплотнения торцового, указанные в паспорте за номером 154, по сути являются недостоверной информацией. Таким образом, найти и "подобрать аналог" или, тем более, изготовить торцевое уплотнение в соответствии с требованиями этого паспорта теоретически и практически не представляется возможным.
Читать по теме ⇛ Торцевые уплотнения. Интернет-статьи гуманитариев.