Абразивные инородные частицы, находящиеся в уплотняемой среде, весьма существенно снижают долговечность торцового уплотнения. Даже при использовании в паре трения материалов с высокой износостойкостью следует по возможности не допускать попадания абразивных частиц в уплотнительный зазор.
Соответствующим выбором материалов пар трения и конструкций, а также дополнительными мерами можно обеспечить высокую стойкость уплотнений и при работе с абразивными средами.
При некоторых обстоятельствах сложности могут возникнуть даже в относительно простых условиях, например, при работе уплотнений насосов плавательных бассейнов с сильно загрязненной, содержащей известь или фильтруемой через кизельгур водой.
В конструкции, показанной на рис. 168, коническая нажимная пружина вследствие насосного эффекта препятствует отложению твердых частиц в полости уплотнения, а циркуляция по направлению к нагретой поверхности трения позволяет одновременно удерживать температуру на низком уровне.
Рис. 168. Торцовое уплотнение насоса, предназначенного для плавательного бассейна [2*]:
1 — антрацитное уплотнительное кольцо; 2 — износостойкое контркольцо; 3 — коническая нажимная пружина
Удлинив ступицу ротора, можно отказаться от коррозионностойкого исполнения вала двигателя. В рассматриваемом случае наряду с высокой износостойкостью контактная пара должна быть работоспособной при аварийном режиме, поскольку необходимо считаться с возможностью сухого трения в специфических условиях эксплуатации, например, при засасывании грязи со дна.
Особые требования следует предъявлять к уплотнениям, работающим, например, в насосах, погруженных в сильно загрязненные строительные котлованы. Ввиду высокой степени загрязнения перекачиваемых сред (доля твердых частиц может превышать 50%) первичное уплотнение необходимо конструировать с расчетом на высокую износостойкость (рис. 169). В этом случае используют, в частности, пару трения карбид вольфрама/карбид вольфрама. При понижении уровня перекачиваемой среды в первичном уплотнении с твердосплавными накладками может возникать чреватое опасностью растрескивания от тепловых напряжений сухое трение, при котором коэффициент / достигает значений, превышающих 0,3. Поэтому в насосах предусматривают масляный резервуар, обеспечивающей охлаждение и достаточную смазку первичного уплотнения с подачей ее по направлению действия центробежных сил.
Рис. 169. Погружной насос с торцовыми уплотнениями, размещенными по тандемной схеме [2*]:
1 — первичное уплотнение с двусторонними твердосплавными накладками; 2 — вторичное уплотнение, работоспособное в аварийном режиме
В отличие от торцовых уплотнений (см. рис. 169) уплотнение, выполненное по тандемной схеме (рис. 170), требует определенного направления вращения.
Рис. 170. Торцовое уплотнение для строительного котлована, смонтированного по тандемной схеме и зависящее от направления вращения в насосе [2*]:
1 — первичное уплотнение; 2 — вторичное уплотнение; 3 — полость, заполненная маслом; 4 — зона охлаждения и циркуляции
При увеличенных диаметрах вала и скоростях скольжения необходимо предусматривать зону циркуляции и охлаждения 4 достаточных размеров, поскольку при сухом трении в насосе отвод теплоты от уплотнительных с твердосплавными накладками колец, расположенных со стороны перекачиваемого продукта, уже недостаточен.
Загрязненные среды в случае, если они находятся под высоким давлением, могут обусловливать лункообразные размывы поверхностей трения.
Неподвижное угольное контркольцо с подобными лункообразными размывами показано на рис. 171. Этот эрозионный износ был результатом внезапного прорыва воды в шахту, содержащей увеличенное количество твердых частиц. Угол входа твердых частиц хорошо виден на рис. 171. Поданным Коха [148], абразивные частицы могут откладываться также в зазоре между валом и контркольцом, приводя к сильному износу этих деталей.
На рис. 172 хорошо видны эрозионные раковины в конструкционном материале контркольца, проработавшего 6600 ч. В подобных случаях лучше всего работают гидродинамические торцовые уплотнения двойного действия, размещенные со стороны перекачиваемого продукта. Подпитка чистой промывочной средой позволяет полностью исключить блокировку и эрозию даже при критических условиях эксплуатации. В связи с этим следует отметить проблему уплотнения катков и приводных звездочек гусеничных машин, работающих в сложных условиях.
На рис. 173 показано компактное и весьма надежное уплотнение катка, в котором уплотнительное кольцо 2, монтируемое напрессовкой с диаметральным натягом 15—20%, одновременно является амортизирующим и обеспечивает прижатие поверхностей с удельной нагрузкой рf=3 кгс/см2.
При больших размерах колец 2 круглого сечения (см. рис. 173) затрудняется отвод теплоты трения от торцовых поверхностей, поэтому такие уплотнения следует применять при скоростях ʋg ≤5 м/с с консистентной и ʋg≤ 10 м/с с жидкой смазкой.
Конструкция, приведенная на рис. 174, характеризуется лучшей парой трения и лучшими условиями отвода теплоты, поэтому при использовании фторсодержащих эластомеров ее можно эксплуатировать при скорости скольжения до 20 м/с. В обоих случаях (рис. 173 и 174) консистентная или жидкая смазка, в которой присадкой графита определяется работоспособность в аварийном режиме, попадает под действием центробежных сил в уплотнительный зазор и, с одной стороны, смазывает поверхности трения, а с другой стороны, препятствует проникновению туда воды и грязи.
Источник: Майер Э. Торцовые уплотнения. Пер. с нем