HighExpert.RU


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

Торцевое уплотнение для мешалки

На практике проектировщики мешалок, реакторов и т.п. перемешивающего оборудования часто оставляют обоснованный выбор уплотнения вала "на потом", наивно полагая, что всегда можно будет подобрать по параметрам какое-то стандартное простое торцевое уплотнение [для насоса] и поставить его в проектируемое оборудование без проблем. Однако, в реальности для обеспечения надежной и долгой работы уплотнительного узла этот подход во многих случаях не срабатывает, после чего возникает неизбежная необходимость более дорогостоящей модернизации оборудования.
В различных областях промышленности находят применение перемешивающие устройства, например, мешалки, миксера, смесители, реакторы и гомогенизаторы. Работа таких устройств связана с вращением вала, поэтому на практике возникает задача разделения полости с рабочей средой (перемешивающимся продуктом) и атмосферой по вращающемуся валу. Для решения этой задачи применяются различные уплотнения, в частности, сальниковые набивки (сальники), манжетные уплотнения (манжеты), торцевые уплотнения, а также, в ряде случаев, комбинированные уплотнения. Сальники и манжеты имеют ряд существенных недостатков, связанных с конструктивными отличительными особенностями: ограниченный рабочий диапазон перепадов давления (для манжет обычно не более 1 атм), ограниченная скорость вращения вала, фактически невозможность применения таких изделий в абразивной рабочей среде из-за износа вала и уплотнения, низкая надежность, относительно высокие величины утечек и т.д., как результат - сальниковые и манжетные уплотнения имеют ограниченную область применения для мешалок и подобного оборудования. Вместе с тем, даже сегодня встречаются случаи, когда проектировщики мешалок (миксеров) изначально закладывают в качестве уплотнения вала именно сальниковую набивку или манжету (а иногда и обычное резиновое кольцо круглого сечения!), исходя из их простоты и относительной дешевизны. После чего уже в процессе эксплуатации оборудования возникают проблемы с обеспечением герметичности, что отрицательно сказывается на эксплуатационных затратах оборудования. Основная проблема здесь кроется в том, что обычно проектировщики оборудования не уделяют должным образом внимание уплотнению, не проводят расчет его параметров, либо применяют технические решения не предназначенное для тех условий эксплуатации, которые существуют в реальности, а также не обеспечивают необходимые условия для надежной работы уплотнительного узла, после чего торцевые уплотнения выходят из строя.
Для мешалок, миксеров, смесителей, реакторов и гомогенизаторов в настоящее время применяются современные торцевые уплотнения, двойные торцевые уплотнения по схеме "тандем" или "спина к спине", и, в ряде случаев, комбинированные уплотнения либо уплотнительные комплексы (как правило, содержащие несколько уплотнений различных типов).


Специальный уплотнительный комплекс

Когда простые одинарные торцевые уплотнения [предназначенные для насосов] работают от 7 часов до 10-15 дней и разваливаются, а также при предъявлении требований к стерильности, жестких требований к надежности и продолжительному сроку службы для оборудования, связанного с приготовлением и перемешиванием умеренно-вязких или особо вязких рабочих сред, склонных к полимеризации, кристаллизации или склеиванию [сахарные сиропы, шоколадные и ореховые пасты с растительными и сливочными маслами, мальтодекстрин, патоки, сгущёное молоко, пенобетонные и бетонные смеси, медицинские препараты, гудроны, клея, лаки и краски, фармацевтические растворы и среды и т.п.], в условиях без смазки, в среде воздуха или инертного газа, при высоких и низких температурах, используются специальные уплотнительные комплексы (например, см. Фигура 1).
специальный уплотнительный комплекс мешалки реактора торцевое уплотнение для реактора, гомогенизатора, мешалки
Основу специального уплотнительного комплекса составляет торцевое уплотнение ТИП 22. Это прецизионное уплотнительное изделие проектируется под конкретные параметры для работы как при избыточном давлении, так и при разряжении в ёмкости мешалки или реактора. Модификации опытной продукции применимы для верхнего, нижнего и бокового расположения валов с диаметрами от 14 мм и до 120 мм.
При обеспечении необходимых и достаточных условий в эксплуатации специальный уплотнительный комплекс может работать до 24...32 месяцев без замены или ремонта. Экономия до 40% на каждом ремонте или замене путём применения ремонтных комплектов.

Применение простых одинарных торцевых уплотнений [например, таких как Джон Крейн 2100] или любых других простых технических решений в упомянутых выше условиях эксплуатации потребует останова и разборки оборудования, как правило, через каждые два-три рабочих цикла с полной заменой этого уплотнения вследствии быстрого выхода его из строя.

Комбинированное уплотнение

В большинстве практических случаев простые одинарные торцевые уплотнения при работе в мешалках, реакторах и гомогенизаторах, как правило, не работают долго и надежно ввиду того, что их конструкция и материалы не рассчитаны для применения в этом оборудовании, а необходимые условия, в том числе, для охлаждения и смазки также не обеспечиваются в эксплуатации. В связи с этим, одним из возможных решений задачи по уплотнению вращающегося вала при перемешивании маловязких рабочих сред, не склонных к склеиванию, полимеризации, является применение комбинированного уплотнения (например, см. Фигура 2).
комбинированное уплотнение рекатора мешалки торцевое уплотнение для реактора, гомогенизатора, мешалки
Основу специального комбинированного уплотнения составляет торцевое уплотнение ТИП 12 или торцевое уплотнение ТИП 22. Это прецизионное уплотнительное изделие проектируется под конкретные параметры для работы как при избыточном давлении, так и при разряжении в ёмкости мешалки, реактора или гомогенизатора. Модификации опытной продукции применимы для верхнего или нижнего расположения валов с диаметрами от 14 мм и до 60 мм [спец.исполнения до 120 мм].

При обеспечении необходимых и достаточных условий в эксплуатации комбинированное уплотнение может работать до 8...12 месяцев без замены или ремонта.


Специальные одинарные торцевые уплотнения мешалки

схема и чертежи торцевых уплотнений мешалки торцевое уплотнение мешалки
Когда к уплотнительному узлу не предъявляются требования стерильности, соответствия CIP/SIP и обеспечивается необходимый и достаточный теплоотвод от колец пар трения, в мешалках, миксерах и реакторах могут применяться торцевые уплотнения сухого трения. Целесообразность использования таких уплотнений основывается на инженерных расчётах и конкретных требований в эксплуатации к перемешиваемому оборудованию.
Область применения одинарных торцевых уплотнений сухого трения для мешалок существенно ограничена по критериям PV и t и условиями для надлежащего отвода тепла от колец пары трения, срок службы в эксплуатации намного меньше, чем у первых двух технических решений, а эксплуатационные затраты в разы больше.
На чертежах (см. Фигура 3) показаны две возможные схемы модернизации уплотнительного узла гомогенизатора мешалки (модернизация путём замены сальника на торцевое уплотнение). На фотографии изображено изготовленное одинарное торцевое уплотнение мешалки для схем, показанных выше.



01.08.2021