Классификация торцевых уплотнений

Торцовые уплотнения применяются в различных отраслях промышленности и в быту:

• в транспортной технике повсеместно используются в автомобилях и тепловозах, в судовых двигателях и экскаваторах;
• в бытовой технике — в стиральных машинах и моечно-сушильных агрегатах, посудомоечных машинах, центрифугах, топливных и циркуляционных насосах систем тепло- и водоснабжения;
• в энергетике — в конденсатных и питательных насосах котельных агрегатов, в водяных и
  паровых турбинах, в насосах транспорта сжиженных газов, в компрессорах, холодильных установках и вакуумных насосах;
• в химической и нефтегазовой промышленности — для герметизации валов перемешивающих устройств, испарителей и смесителей, реакторов, каландров, насосов транспорта нефти и асфальта, вентиляторов, центрифуг, компрессоров;
• в авиационной и космической технике — в самолетах и ракетных двигателях для герметизации валов газовых турбин, турбокомпрессоров, турбонасосов подачи компонентов топлива, в том числе жидкого кислорода и водорода.

Устройства для применения торцевых уплотнений

Если от огромного перечня объектов применения указанных уплотнительных устройств перейти к видам использованных в этих объектах комплектующих изделий или узлов с торцовыми уплотнениями, то перечень этот ограничится уплотнениями валов насосов, компрессоров, центрифуг, турбин, реакторов и мешалок, а также разного рода устройствами автономных систем смазки подшипников и защиты их от загрязнений или рабочей среды.

Выбор конструкции уплотнения

Выбор той или иной конструкции торцового уплотнения для герметизации ротора, применительно к конкретному изделию, зависит от конструктивных особенностей этого изделия, условий эксплуатации, от параметров его нагружения (давления, частоты вращения ротора) и свойств уплотняемой среды. К ним относятся: агрегатное состояние, температура, вязкость, содержание взвешенных твердых частиц и солей, химическая агрессивность по отношению к конструкционным материалам, токсичность, воспламеняемость и т.д.

Способные выполнять самый широкий диапазон задаваемых условий эксплуатации, разные конструкции узлов торцовых уплотнений выполняются из небольшого набора деталей с использованием типовых конструкционных решений, которые можно идентифицировать и ввести в рамки определенной классификации этого вида уплотнений.

Хорошая, достаточно полная классификация торцовых уплотнений имеет значимую практическую ценность. Детализированная классификация конструктивных исполнений позволяет ориентироваться при выборе торцовых уплотнений, необходима при их описаниях, а также является важной информационной базой при разработке новых конструкций. Удобство в пользовании ею зависит от полноты, простоты и логичности построения. Тогда такая классификация торцовых уплотнений становится удобной как для разработчиков, производителей, так и для потребителей торцовых уплотнений.

Классификация торцовых уплотнений по «Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник» под ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова. М: «Машиностроение», 1986

В издании «Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник» под ред. А.И. Голубева и Л.А. Кондакова. М: «Машиностроение», 1986 торцовые уплотнения были сгруппированы по условиям применения следующим образом:

• для неагрессивных сред (воды, масел, нефтепродуктов);
• для агрессивных сред (кислот, щелочей, растворов солей, паров и газов продуктов химической и нефтехимической отраслей);
• для сред с большим содержанием твердых примесей, транспортируемых грунтовыми, песковыми, химическими, осушительными, скважинными, фекальными насосами, насосами для бумажной массы.
• специальные уплотнения, в том числе для высокого давления, высокой и низкой температуры среды, для высокой скорости скольжения, уплотнения разъемного типа.

Другими, не менее важными факторами, влияющими на облик конструкций торцовых уплотнений, являются диаметр и частота вращения вала, конструктивное исполнение элементов деталей, условия сборки и разборки, габаритные размеры узлов уплотнений.

На основе изучения и оценки составляющих выделенных групп была предложена следующая классификация торцовых уплотнений.

1. По конструктивным особенностям упругих элементов — с пружинами, сильфоном, мембраной.
2. В зависимости от положения упругого элемента по отношению к рабочей среде — на внутренние (упругий элемент расположен в рабочей среде) и внешние (упругий элемент расположен снаружи, в окружающем пространстве).
3. Одинарные или двойные (с системой подачи затворной среды) торцовые уплотнения.
4. По условиям работы:
   1. для химически неагрессивных и слабоагрессивных сред;
   2. для химически агрессивных сред;
   3. для сред с большим содержанием твердых частиц и включений;
   4. со специальными условиями (для высоких давлений, для уплотнения криогенных сред,
      для высоких оборотов вала, разъемные уплотнения и др.).
5. По парам трения:
   1. на гидравлически неразгруженные (отношение площади действия прижимающего
      давления к номинальной площади контакта не менее 1);
   2. на гидравлически разгруженные (отношение площади действия прижимающего давления к номинальной площади контакта менее 1).
6. По видам пар трения:
   1. на обыкновенные — контакт двух колец с плоскими кольцевыми поверхностями;
   2. на гидродинамические — контакт кольца с плоской поверхностью и кольца с поверхностью, на которой выполнены наклонные, ступенчатые или другие площадки, создающие гидродинамическую силу;
   3. на гидростатические — контакт кольца с плоской поверхностью и кольца с камерами и канавками, в которые подводится жидкость под давлением.

Классификация торцовых уплотнений по изданию
Майер Э. «Торцовые уплотнения» М.: Машиностроение, 1978

В издании предложено торцовые уплотнения классифицировать в зависимости от схемы компоновки, нагрузки и конструкций следующим образом.

1. По окружной подвижности аксиально-подвижного (поджимного) блока:
   1. с вращающимся поджимным блоком;
   2. с невращающимся поджимным блоком;
   3. с плавающим поджимным блоком.
2. По расположению вращающегося блока уплотнения относительно уплотняемого пространства:
   1. на внутренние (уплотняемая среда высокого давления находится со стороны наружного диаметра вращающегося блока);
   2. на внешние (уплотняемая среда высокого давления находится со стороны внутреннего диаметра вращающегося блока).
3. По величине коэффициента нагрузки К = р_к/р_у, равного отношению условного контактного р_к давления к уплотняемому давлению:
   1. на разгруженные торцовые уплотнения (К < 1);
   2. на нагруженные торцовые уплотнения (К > 1).
4. По устройству подвода смазывающей, охлаждающей или запирающей среды в уплотняющий стык:
   1. без специального устройства подвода среды в уплотняющий стык (обыкновенные торцовые уплотнения);
   2. с устройствами подвода среды в уплотняющий стык, с условиями:
      • если применение такого устройства изменяет коэффициент нагрузки К, то уплотнения называются гидростатическими;
      • если применение такого устройства связано с выполнением на контактной поверхности канавок, которые при вращении одного из колец создают гидродинамические поля давлений уплотняемой среды или смазки, то уплотнения называются гидродинамическими;
      • если применяются в торцовых уплотнениях комбинации указанных устройств, то уплотнения называются гидродинамически-гидростатическими.
5. По числу ступеней:
   1. на одноступенчатые;
   2. на двойного действия с подводом запирающей среды.