Что такое уплотнение?
Как известно, уплотнение является одним из основных элементов центробежных насосов. Его применение обязательно во всех центробежных насосах, за исключением насосов с магнитной муфтой (без уплотнения). В этой статье мы постараемся рассказать вам о видах уплотнений и механике их работы.
Основная задача уплотнения в центробежном насосе — обеспечивать герметичность между влажной и сухой зонами насоса. Влажная зона — это сторона корпуса насоса, где жидкость находится под давлением и механическая энергия преобразуется в гидравлическую. Сухая зона, в свою очередь, — это сторона, находящаяся вне влажной зоны и включающая вал, подшипники и двигатель.
Чтобы лучше понять назначение уплотнения и принцип его работы, полезно кратко рассмотреть логику работы центробежного насоса.
Прежде всего, двигатель, находящийся в сухой зоне, получает энергию из сети, преобразует электрическую энергию в механическую и передаёт эту энергию валу насоса через муфту. Один конец вала соединён со стороной муфты, то есть с сухой зоной, а другой конец — с рабочим колесом, расположенным в корпусе насоса, который мы называем влажной зоной. Таким образом вал вращает рабочее колесо внутри корпуса. Рабочее колесо, в свою очередь, благодаря своим лопастям создаёт давление в жидкости, преобразуя механическую энергию в гидравлическую.
Если посмотреть на этот механизм работы, основная проблема с герметичностью возникает из-за того, что часть вала находится в сухой зоне, а другая часть (создавая отверстие в корпусе насоса) — во влажной зоне, а также из-за того, что вал является подвижным, то есть вращающимся элементом. Чтобы предотвратить утечку жидкости наружу из корпуса, можно предложить два разных решения. Первое решение — приводить рабочее колесо насоса в движение не с помощью вала, соединённого с двигателем, а иным способом; в этом случае целесообразно использовать насос с магнитной муфтой. Другое решение — использовать дополнительный элемент, который позволит валу вращаться и одновременно сведёт утечку из корпуса насоса к минимуму. Именно этот элемент мы называем уплотнением.
Наиболее часто используемые сегодня типы уплотнений — это механическое уплотнение и мягкая сальниковая набивка. Хотя у обоих типов есть свои преимущества и недостатки, доля использования механического уплотнения растёт по мере повышения качества промышленного производства. Причина этого станет ясна, когда мы вскоре опишем принцип работы обоих типов уплотнений.
Мягкая сальниковая набивка
Мягкую сальниковую набивку можно определить как элемент, обеспечивающий герметичность за счёт физического заполнения упомянутого выше зазора между валом и корпусом. Мягкая набивка наматывается вокруг вала «или втулки, надетой на вал для защиты его от износа» в несколько витков. Таким образом достигается герметичность при одновременном сохранении возможности вращения вала. Однако следует помнить, что мягкая набивка никогда не обеспечивает полную герметичность, и это даже нежелательно. Из-за постоянно возникающей силы трения набивка нагревается, и поверхностное трение увеличивается. Поэтому на набивке всегда должна присутствовать жидкость, чтобы она охлаждалась и трение хотя бы частично снижалось. Хотя теоретически объём такой утечки оценивается в 1–2 капли в минуту, полевые наблюдения показывают, что даже в лучших системах этот показатель достигает 5–10 капель в минуту. Величина этой утечки регулируется прижимным элементом набивки на насосе.
Механическое уплотнение
Механические уплотнения используются точно с той же целью, однако их принцип работы совершенно иной. Механическое уплотнение состоит из двух частей — неподвижного и подвижного элементов. Неподвижный элемент устанавливается на насосе и не перемещается. Подвижный элемент, в свою очередь, устанавливается на валу или на втулке, надетой на вал, и вращается синхронно с валом.
Принцип работы механического уплотнения таков: когда жидкость проходит через насос, неподвижный элемент на стороне корпуса (в зоне высокого давления) под действием давления жидкости прижимается к подвижному элементу на стороне двигателя. Пружина на подвижной стороне обеспечивает это перемещение и поддерживает поверхность подвижного уплотнения. Таким образом поверхности подвижного и неподвижного элементов почти соприкасаются друг с другом. Однако, поскольку одна сторона постоянно вращается, а другая остаётся полностью неподвижной, если бы эти поверхности полностью соприкасались, они быстро изнашивались бы и разрушались от трения, и уплотнение переставало бы выполнять свою функцию. Поэтому между поверхностями неподвижного и подвижного элементов образуется очень небольшой зазор. Длина этого зазора составляет около 0,0008 мм. Образовавшийся зазор заполняется перекачиваемой в насосе жидкостью, образуя между двумя поверхностями очень тонкую плёнку.
Поскольку о принципе работы механического уплотнения существует множество статей, видео и анимаций, мы кратко изложили эту тему. Если вы хотите подробно изучить принцип работы или задать вопрос, вы можете связаться с нами.
Мягкая набивка или механическое уплотнение?
У обоих типов уплотнений есть свои преимущества и недостатки. При выборе уплотнения необходимо учитывать потребности системы и объекта. Например, если перекачивается дорогостоящая жидкость, целесообразно использовать механическое уплотнение, чтобы свести утечку к нулю. Аналогичным образом, если перекачиваемая жидкость представляет опасность для человека и окружающей среды и поэтому также требуется нулевая утечка, механическое уплотнение является наиболее правильным выбором. Однако в условиях, где насос испытывает большие нагрузки или где часто происходят небольшие смещения основания, на котором установлен насос, более уместно использовать мягкую набивку, поскольку она гораздо лучше переносит осевое смещение.
| Механическое уплотнение | Мягкая набивка | |
| Преимущества (+) |
||
| Обеспечивает герметичность, близкую к 100% | Ценовое преимущество | |
| Не требует частого обслуживания | Простота монтажа | |
| Длительный срок службы | Высокая устойчивость к осевому смещению | |
| Недостатки (-) |
||
| Высокая цена | Требует частого обслуживания | |
| Монтаж сложнее. | Не обеспечивает 100%-ную герметичность | |
| Очень низкая устойчивость к осевому смещению. | Быстро повреждает вал или втулку | |
Выше кратко изложены положительные и отрицательные стороны механического уплотнения и мягкой набивки. Однако не стоит забывать, что наиболее правильный выбор в этом вопросе сделают производители насосов. Ведь тип уплотнения — это материал, который следует выбирать с учётом перекачиваемой среды, системы, в которой работает насос, и конструкции самого насоса. Кроме того, производители насосов, вероятно, хорошо знакомы с условиями площадки и среды, для которых требуется подбор, и у них уже есть насосы, работающие в таких системах. Поэтому они также порекомендуют наиболее подходящее уплотнение, исходя из своего опыта.
