Вид А

Рис. 12.70. Рабочее колесо центробежно насоса с полуоткрытым импеллером

12.4. Динамические ги.1фозатворы

Цилиндрические гидрозатворы (см. рис. 12.5) в основном применяют в лабораторной практике. Некоторый опыт применения таких уплотнений в качестве гидрозащиты электродвигателей погружных насосов имеется за рубежом. В качестве затворной жидкости в них используют ртуть. Напор, выдерживаемый такими гидрозатворами, определяется разностью плотностей ртути Ррт и рабочей среды Рср:

Я = Яст (Ррт - Рср)/Рср,

где Яст - разность уровней ртути в гидрозатворе.

Минимальная высота цилиндрического гидрозатвора, необходимая для обеспечения статического перепада давлений,

с учетом изменений уровней ртути в зазорах в результате ее вращения

Яа = Яст + {Di - Dl\

где Dk - наружный диаметр чаши; Dp - внутренний диаметр разделителя.

В коническом гидрозатворе в целях повышения перепада давлений используют силы инерции вращения (рис. 12.71). Уравнение равновесия жидкостей для этого уплотнения, по данным И. А. Куп-чинского, имеет вид

Рн + Ррт (Ор.н - /рг.и) + • + Pi -~(rfp..H - dl,) + PpTZpr.,, +

+ P\g (Zk - ZpT,„) = Рви + Ррт -g-(£)p.B„ -

- rfpT.B„) + Ррт -"*Р" " Р»" +

+ Р2(4т.в„-в.вп) + + PprSZpT.BH + Pig (Zbt - Zpr.Bir),

где p„. Рви - давление на уплотнение со стороны наружного и внутреннего зазоров; (Овн - частоты вращения жидкостей в наружном и внутреннем зазо-

Рис. 12.71. Конический гидрозатвор

Рис. 12.72. Схема вторичных течений в коническом гидрозатворе

pax; (В - частота вращения разделителя; Рь Рг - плотности жидкостей над ртутью в наружном и внутреннем зазорах. Для приближенных расчетов можно принять ю„ = 0,25ю; Шв„ = 0,225ш.

Герметичность гидрозатворов, по данным И. А. Купчинского, определяется физическими свойствами рабочих жидкостей (в основном вязкостью), а также частотой вращения и соотношениями размеров и конструкцией гидрозатворов. Нарушение герметичности гидрозатворов объясняется вторичными течениями затворной жидкости (ртути), которые переносят частицы рабочей жидкости с поверхности затворной жидкости в одном зазоре на поверхность в другом зазоре (рис. 12.72). Этот процесс может интенсифицироваться образованием эмульсий затворной жидкости с рабочей (например, ртути с маслами). Нарушение герметичности происходит при определенной критической частоте вращения вала. Для гидрозатворов обратного типа критическая скорость в 2 - 3 раза выше, чем для гидрозатворов прямого типа (см. рис. 12.5). Критическая скорость уменьшается с увеличением вязкости рабочей жидкости.

В цилиндрических гидрозатворах критическая скорость практически не зависит от степени заполне1шя гидроуплотнения затворной жидкостью. В конических гидрозатворах критическая скорость уменьшается с повышением уровня затворной жидкости в наружном зазоре.

12.5. Стояночные уплотнения

Стояночные уплотнения, работа которых определяется действием сил инерции враще1шя их элементов, называют механическими. Наиболее простой и компактной конструкцией таких уплотнений является резиновая вращающаяся манжета (рис. 12.73).

При неподвижном вале резиновая манжета силами упругости резины прижимается ко втулке. При вращении вала с манжетой силы инерции растягивают

Рис. 12.73. Стояночное уплотнение:

/ - резиновая вращающаяся манжета; 2 - втулка; J - ограничитель

ее уплотняющий поясок и между манжетой и втулкой образуется зазор - стояночное уплотнение открывается. В это время уплотняющую функцию должно выполнять какое-либо другое динамическое уплотнение. Степень растяжения манжеты определяется ограничителем. Уплотнение со стандартной резиновой манжетой выдерживает сотни пусков-остановок при допускаемых давлениях рабочих жидкостей.

Более высокое давление на стоянке и скорости вращения валов могут быть получены при использовании манжет специальной формы (с утолщенной губой).

На рис. 12.74 показано стояночное уплотнение в виде торцовой резиновой манжеты, установленное в узле двойного винтового уплотнения насоса, перекачивающего теплоноситель в реакторах

Рис. 12.74. Двойное винтовое уплотнение со стояночным уплотнением в виде торцовой резиновой манжеты:

1 - торцовая манжета; 2 - резиновая муфта; 3 -неподвижная втулка; 4 - винт

Гидродинамические уплотнения

2 1

Рис. 12.75. Стояночное торцовое уплотнение:

/ - вращающееся кольцо пары трения; 2 - неподвижное кольцо пары трения; i - корпус; 4 - грузик; 5 - пружина

на быстрых нейтронах [42]. Винтовое уплотнение работает в масле и удерживает нейтральный газ перед ним. При остановках давление газа воздействует на внутреннюю поверхность манжеты и через него на диафрагму манжеты, прижимая ее к диску, установленному на валу.

При более высоких рабочих параметрах (давлении более 0,1 МПа и скорости скольжения более 30 м/с) рекомендуется применять стояночные уплотнения торцового типа (рис. 12.75) [И]. Пара трения торцового уплотнения состоит из вращающегося металлического (/) и неподвижного углеграфитового (2) колец. При вращении кольца / вместе с корпусом 3 и грузиками 4 последние отжимают кольцо / от кольца 2. При остановке пружины 5 прижимают кольцо ) к кольцу 2.

Пневматическое стояночное торцовое уплотнение (см. рис. 12.39) снабжено пневматическим приводом для выключения его из работы.

В динамическом уплотнении, показанном на рис. 12.41, имеются два стояночных уплотнения: одно в виде манжеты / прижимается давлением запирающей жидкости к торцовой поверхности кольца, установленного на валу; второе в виде прокладки 2 затягивается вручную с помощью шпилек, сдвигающих

Рис. 12.76. Стояночное уплотнение с подвижным валом: ; - грузик; 2 - втулка; i - кольцо; 4 - пружина

Рис. 12.77. Аварийное торцовое стояночное уплотнение; 1, 2 - основные торцовые уплотиепия; .! - лабиринию-випюное yn.ioi-нение; 4 - втулка; 5 - пружина; 6 - вращающееся ко.чьпо пиры рсг1ия: 7 - нсггодвижное кольцо пары трения

втулку уплотнения в сторону прокладки.

На рис. 12.76 показано механическое стояночное уплотнение насоса с подвижным валом [32]. При пусках насоса вал под действием четырех вращающихся грузиков / перемещается в осевом направлении и раскрывает стык уплотнения между крышкой 2 и кольцом 3. При остановках под действием пружин 4 вал возвращается в начальное положение, закрывая стык уплотнения.

Аварийное стояночное торцовое уплотнение с гидравлическим приводом показано на рис. 12.77 [18]. В случае отказа основных уплотнений 1 и 2 жидкость (вода) попадает в лабиринтно-винтовое уплотнение 3. Возникающая при этом гидравлическая сила перемещает втулку 5, сжимая пружины 4, и прижимает кольцо 6 к неподвижному кольцу 7. Таким образом обеспечивается герметичность вала в аварийной ситуации.

Глава

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

13.1. Принципиальные схемы

Уплотнительный комплекс состоит из основного и вспомогательных (одного или нескольких) уплотнений и системы обеспечения (давления, температуры и других параметров), создающей оптимальные условия для работы основного уплотнения. Основное уплотнение выполняет функции герметизации рабочей среды. Так, в двойном торцовом уплотнении основным является внутреннее торцовое уплотнение, контактирующее с рабочей средой. Вспомогательные уплотнения - это уплотнения щелевого или контактного типа, устанавливаемые в зависимости от их назначения либо перед основным, либо после него.

Функциональное назначение систем обеспечения определяется областью применения основного уплотнения. Так, если уплотнение работает в высокотемпературных жидкостях, эта система обеспечивает снижение температуры в зоне основного уплотнения, т. е. является системой охлаждения. В уплотнительных комплексах, работающих в средах с высоким содержанием твердых включений, эта система обеспечивает снижение концентрации твердых включений перед основным уплотнением. В агрессивных средах система обеспече-

15 Под ред. А. И. Голубева и Л. А. Кондакова

НИЯ позволяет снизить или исключить воздействие агрессивной среды на детали основного уплотнения.

13.2. Комплексы для токсичных, пожаро- и взрывоопасных сред

В химической, нефтехимической и других отраслях промышленности в технологических линиях производства и переработки химических продуктов используют среды, утечки которых в атмосферу не допустимы по условиям техники безопасности. Технологические процессы часто проводят во взрыво- и пожароопасных зонах, что также исключает утечку сред.

В насосостроении действует отраслевой стандарт ОСТ 26-06-2019-82 «Насосы центробежные для химических производств. Требования безопасности труда». Стандарт распространяется на центробежные насосы, отвечающие требоваг-ниям ГОСТ 15110 - 79 «Насосы центробежные для химических производств», устанавливаемые во взрывоопасных и пожароопасных зонах классов В-1а, B-I6, В-1г, В-Па, П-1 и П-П (в соответствии с правилами устройств электроустановок) и перекачивающие:

жидкости, пары которых образуют взрывоопасные смеси с воздухом кате-

Уплотнительные комплексы

Таблица 13.1

Применение торцовых ушютнений в зависимости от условий установки насоса и свойств перекачиваемой жидкости (по ОСТ 26-06-2019 - 82)

* 1 - двойное торцовое; 2 - одинарное торцовое с вспомогательным; 3 - одинарное торцовое без вспомогательного.

горий ПА И ПВ И групп Т1, Т2, ТЗ, Т4 по ГОСТ 12.1.011-78;

легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ) по ГОСТ 12.1.004 - 76;

вредные вещества 2-го, 3-го и 4-го классов опасности по ГОСТ 12.1.005-76 и ГОСТ 12.1.007-76;

нейтральные жидкости.

Уплотнительный комплекс для указанных сред состоит из основного уплотнения, выполненного из материалов, стойких в этой среде, вспомогательного уплотнения и системы, обеспечивающей подачу затворной жидкости, которая отделяет перекачиваемую жидкость от атмосферы и создает благоприятные условия для работы основного уплотнения.

В качестве основного уплотнения всегда используют торцовое уплотнение, в качестве вспомогательного может быть использовано и торцовое уплотнение (в этом случае уплотнительным узлом является двойное торцовое уплотнение), и щелевое.

Выбор конкретного уплотнительного узла зависит от условий установки насоса и свойств перекачиваемой жидкости (табл. 13.1).

В насосостроении для сред, в которых стойки резиновые детали уплотнения, можно применять двойные торцовые уплотнения типа 231/231 (рис. 15.1, табл. 13.2).

Торцовое уплотнение типа 231/231 используют в насосах, перекачивающих жидкости при давлении до 1,6 МПа,

Рис. 13.1. Двойное торцовое уплотнение типа 231/231 для насосов, перекачивающих нейтральные и слабоагрессивные среды

температуре -40... -fl20°C с объемной концентрацией твердых включений до 1,5 %. Уплотнение может быть установлено в камере, отвечающей требованиям стандарта ИСО 3069 - 74. Конструкция уплотнения позволяет устанавливать его на гладком валу (втулке). Материал колец пар трения - графит ГАКК 55/40 -сталь 12Х18Н9Т.

В средах, не действующих разрушительно на металлические детали, применяют двойное торцовое уплотнение типа 133/133 (рис. 13.2, табл. 13.3). Рабочие параметры: давление до 0,8 МПа, температура - 40... + 200 °С, объемная концентрация твердых включений до 1,5 %.

В конструкции двойного торцового уплотнения типа 133/133 используют волнистые пружины.

Для тех же рабочих параметров предназначено уплотнение типа 153/153,

Рис. 13.2. Двойное торцовое уплотнение типа 133/133 для насосов химических производств

Рис. 13.3. Двойное торцовое уплотнение типа 153/153 для насосов химических производств

имеющее такие же присоединительные размеры (рис. 13.3). В этой конструкции применен набор мелких пружин.

В уплотнениях типа 133/133 и 153/153 в качестве материалов пар трения

Основные размеры и масса уи;ю1 нений гипа 231/231

Таблица 13.2