Что такое уплотнение вала?
Как известно, уплотнение вала является одним из основных компонентов центробежных насосов. За исключением насосов с магнитной муфтой (без уплотнения), его использование обязательно во всех центробежных насосах. В этой статье мы постараемся рассказать вам о типах уплотнений вала и механике их работы.
Основная функция уплотнения вала в центробежном насосе — обеспечивать герметичность между мокрой и сухой зонами насоса. Мокрая зона — это сторона корпуса насоса, где жидкость находится под давлением и механическая энергия преобразуется в гидравлическую. Сухая зона, в свою очередь, — это сторона вала, подшипников и двигателя, находящаяся за пределами мокрой зоны.
Чтобы лучше понять функцию и принцип работы уплотнения вала, полезно кратко остановиться на логике работы центробежного насоса.
Сначала двигатель, расположенный в сухой зоне, получает энергию из сети, преобразует электрическую энергию в механическую и передаёт эту энергию на вал насоса через муфту. Один конец вала соединён со стороной муфты, то есть с сухой зоной, а другой конец соединён с рабочим колесом в корпусе насоса, который мы называем мокрой зоной. Таким образом, вал вращает рабочее колесо внутри корпуса. Рабочее колесо, в свою очередь, с помощью своих лопастей повышает давление жидкости, преобразуя механическую энергию в гидравлическую.
Рассматривая этот механизм работы, можно увидеть, что основная проблема герметичности возникает из-за того, что часть вала сухая, а часть находится в мокрой зоне (создавая отверстие в корпусе насоса), и в то же время вал является подвижным, то есть вращающимся элементом. Мы можем предложить два разных решения, чтобы предотвратить утечку жидкости из корпуса наружу. Первое решение — приводить рабочее колесо насоса в движение не с помощью вала, соединённого с двигателем, а другим способом; в этом случае целесообразно использовать насос с магнитной муфтой. Другое решение заключалось бы в использовании дополнительного элемента, который одновременно позволял бы валу вращаться и сводил бы к минимуму утечку из корпуса насоса. Именно этот элемент мы и называем уплотнением вала.
Сегодня наиболее широко используемыми типами уплотнений вала являются механическое уплотнение и мягкая сальниковая набивка. Хотя у каждого типа есть свои преимущества и недостатки, по мере повышения качества промышленного производства доля использования механических уплотнений также растёт. Причина этого станет очевидной чуть позже, когда мы объясним принцип работы обоих типов уплотнений.
Мягкая сальниковая набивка
Мягкую сальниковую набивку можно описать как элемент, обеспечивающий герметичность за счёт физического заполнения упомянутого выше зазора между валом и корпусом. Кольца набивки наматываются вокруг вала — или вокруг втулки, надетой на вал для защиты его от износа, — в различном количестве витков. Это одновременно обеспечивает герметичность и позволяет валу вращаться. Однако не следует забывать, что мягкая набивка никогда не обеспечивает полную герметичность, да это и не является желательным. Дело в том, что из-за непрерывно возникающей силы трения набивка нагревается, и поверхностное трение возрастает. По этой причине на набивке всегда должна присутствовать жидкость, чтобы одновременно охлаждать её и хотя бы частично снижать трение. Хотя теоретически величина этой утечки указывается как 1-2 капли в минуту, наблюдения на объектах показали, что даже в лучших системах этот показатель составляет от 5 до 10 капель в минуту. Величина этой утечки регулируется с помощью нажимной втулки (сальникового грундбукса), имеющейся на насосе.
Механическое уплотнение
Механические уплотнения используются точно с той же целью, но их принцип работы совершенно иной. Механические уплотнения состоят из двух частей: неподвижного и вращающегося элементов. Неподвижный элемент устанавливается на насосе и не двигается. Вращающийся элемент, в свою очередь, устанавливается на валу или на втулке, надетой на вал, и вращается синхронно с валом.
Система работы механического уплотнения такова: по мере прохождения жидкости через насос неподвижный элемент со стороны корпуса (в зоне высокого давления) под действием давления жидкости прижимается к вращающемуся элементу со стороны двигателя. Пружина, расположенная на вращающейся стороне, обеспечивает это перемещение и поддерживает поверхность вращающегося уплотнения. Таким образом, поверхности вращающегося и неподвижного элементов почти прилегают друг к другу. Однако, поскольку одна сторона постоянно вращается, а другая остаётся неподвижной, если бы эти поверхности полностью соприкасались друг с другом, они бы быстро изнашивались и разрушались от трения, и уплотнение переставало бы выполнять свою функцию. По этой причине между поверхностями неподвижного и вращающегося элементов образуется очень небольшой зазор. Величина этого зазора составляет примерно 0,0008 мм. Перекачиваемая жидкость заполняет образовавшийся зазор и формирует очень тонкую плёнку между двумя поверхностями.
Поскольку о принципе работы механического уплотнения существует множество статей, видео и анимаций, мы кратко изложили эту тему здесь. Если вы хотите подробно изучить логику работы или задать вопрос, вы можете обратиться к нам.
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. Аналогично, если перекачиваемая жидкость представляет риск для здоровья человека и окружающей среды и по этой причине также требуется нулевая утечка, механическое уплотнение является наиболее правильным выбором. Однако в условиях, где нагрузки на насос высоки или где часто происходят небольшие подвижки грунта, на котором установлен насос, мягкая набивка будет более подходящим решением, поскольку она намного лучше переносит осевую несоосность.
| Механическое уплотнение | Мягкая сальниковая набивка | |
| Преимущества (+) |
||
| Обеспечивает герметичность, близкую к 100% | Ценовое преимущество | |
| Не требует значительного обслуживания | Простота монтажа | |
| Длительный срок службы | Высокая устойчивость к осевой несоосности | |
| Недостатки (-) |
||
| Высокая цена | Требует значительного обслуживания | |
| Монтаж сложнее. | Не обеспечивает 100% герметичность | |
| Очень низкая устойчивость к осевой несоосности. | Быстро повреждает вал или втулку | |
Выше кратко изложены преимущества и недостатки механических уплотнений и мягкой набивки. Однако следует помнить, что наиболее правильный выбор в этом вопросе сделают производители насосов. Это связано с тем, что тип уплотнения — это компонент, который необходимо выбирать с учётом жидкости, системы, в которой установлен насос, и собственной конструкции насоса. В то же время производители насосов, скорее всего, знакомы с условиями площадки и окружающей среды, для которых делается выбор, и у них есть насосы, уже работающие в таких системах. По этой причине они также порекомендуют наиболее подходящее уплотнение, исходя из накопленного опыта.
