Торцевые уплотнения применяются для исключения протечек валов машин. Сообразно специфике нашего сайта здесь будут рассмотрены торцевые уплотнения, применяющиеся для уплотнения валов насосов и перемешивающих устройств.
Аксиальное торцевое уплотнение в общем виде состоит из двух принципиальных частей: подвижной и неподвижной. Неподвижная часть представляет собой кольцо, закрепленное в корпусе насоса. Подвижная часть представляет собой ответное кольцо, при помощи пружины прижатое к неподвижному кольцу. Подвижная часть закреплена на валу и вращается вместе с ним.
Уплотняемая среда может просачиваться через торцевые уплотнения в двух направлениях: между подвижным и неподвижным кольцами и через зазор между подвижным кольцом и валом. Просачиванию между подвижным и неподвижным кольцом торцевого препятствует герметизация контактом между деталями; просачиванию через зазор между подвижным кольцом и валом — герметизация кольцами или сильфонами и т.д. из эластомерных, полимерных и других материалов.
Очевидно, что уплотнение между подвижным кольцом и валом работает в значительно более легких условиях, чем между подвижным и неподвижным кольцом.
В применяющейся реже, инвертированной схеме подпружинено кольцо неподвижное относительно вала.
Основным достоинством аксиальных торцевых уплотнений является то, что износ трущихся поверхностей компенсируется перемещением кольца в осевом направлении под действием пружины. Оно сохраняет герметичность за счет постепенного стирания рабочих колец, в первую очередь мягкого, как правило, находящегося в подвижной части. При правильном выборе материала трущихся поверхностей и использовании незначительного количества смазочного материала торцевое уплотнение может работать в течение долгого времени при хорошем состоянии контактируемых поверхностей, которые обеспечивают надежную герметизацию.
При наличии давления в полости контактирующие поверхности нагружены не только силой пружины, но и силами давления. Такая конструкция торцевого уплотнения называется неразгруженной. В некоторых случаях торцевые уплотнения выполняются разгруженными, то есть конструкция выполняется сбалансированной по давлению. Для поверхностей трения колец применяют пары, обладающие низким коэффициентом трения: сталь — баббит, закаленная или азотированная сталь — бронза, графитовые и угольные композиции, керамика, композиты.
В наиболее ответственных случаях применяют твердые сплавы на основе карбида вольфрама литые и металлокерамические в паре друг с другом или с более мягкими материалами. Поверхности трения обрабатывают до шероховатости Ra = 0,16 -г 0,32 мкм.
Для улучшения герметичности на поверхностях трения иногда выполняют мелкие кольцевые канавки.
Подвижные кольца должны быть хорошо направлены по цилиндрическим поверхностям, причем должна быть обеспечена строгая перпендикулярность относительно цилиндрической направляющей поверхности. Также должна быть обеспечена параллельность подвижного и неподвижного колец. Применяемая конструкция самоустанавливающегося подвижного кольца обеспечивает более надежный контакт между уплотняющими поверхностями.
В некоторых случаях достаточно применения простейшей конструкции в виде пластмассового кольца, устанавливаемого в замкнутой кольцевой полости и прижимаемого к стенкам полости действием разности давлений по обе стороны.
Для повышения надежности устанавливают последовательно две пары колец. Такая конструкция называется двойным торцевым уплотнением. Две пары колец, расположены одним из трех возможных способов: «спина-к-спине» («back-to-back»),то есть два неподвижных кольца находятся в середине торцевого уплотнения, лицом-к-лицу»(«face-to-face»), то есть два подпружиненных подвижных кольца находятся в середине торцевого уплотнения и тандем, когда две пары колец последовательно направлены в одну сторону.
В погружных насосах, работающих в среде, содержащей абразивные включения, существует повышенная вероятность повреждения торцевого уплотнения. Одновременно с этим нарушение герметичности и протечка среды в двигатель чреваты серьезной поломкой насоса. Для таких насосов применяют двойное торцевое уплотнение с так называемой масляной камерой, то есть в полость между двумя парами колец закачивается масло. Оно создает дополнительное сопротивление протечке, а кроме того служит для смазки колец торцевого уплотнения.
В химической, микробиологической, фармацевтической и т.п. промышленностях на насосах и перемешивающих устройствах, где имеются жесткие требования по изолированию технологического процесса от взаимодействия с окружающей средой применяются двойные торцевые уплотнения с затвором. Смысл конструкции такого торцевого уплотнения состоит в том, что в камеру между двумя парами колец под давлением, несколько превышающем рабочее давление в оборудовании закачивается так называемая затворная среда. В качестве затворной среды используют жидкости, масла, очищенный воздух, то есть среды совместимые с конкретным технологическим процессом. Так как в торцевых уплотнениях в особенности для валов большого диаметра, работающих с большим избыточным давлением, либо напротив в состоянии вакуума утечки неизбежны, затворная среда, проникая в оборудование не наносит ущерба технологическому процессу.
