Лекция 11. Уплотнительные комплексы
Уплотнительный комплекс – комбинированная герметизирующая система, в состав которой входит основное уплотнение и вспомогательные устройства, оптимизирующие условия его работы. Уплотнительные комплексы позволяют повысить надежность герметизирующей системы путем параллельного соединения ее элементов. Основным элементом комплекса служит уплотнение с высокими для данных условий эксплуатации надежностью и ресурсом. Совместно с ним работает одно или несколько вспомогательных уплотнений, предназначенных для разгрузки основного, уменьшения проникновения в окружающую среду утечек через основное уплотнение, дублирования его функций при отказах и т.д. Вспомогательным элементом комплекса является также группа устройств для обработки герметизируемой среды с целью приближения ее параметров (температуры, давления, содержания абразива и т.п.) к оптимальным значениям, упрощающим герметизацию. Ниже рассмотрена структура уплотнительных комплексов для токсичных, пожаро- и взрывоопасных, высокотемпературных сред, а также для сред с высоким содержанием твердых частиц.
Токсичные, пожаро- и взрывоопасные среды относятся к веществам, предельно допустимая концентрация (ПДК) которых в атмосфере ограничена нормами охраны труда. Это ограничение распространяется на жидкости, пары которых образуют взрывоопасные смеси с воздухом, легко воспламеняющиеся и горючие жидкости, вредные вещества 2 – 4 -го классов опасности. К герметизирующим системам для таких сред предъявляются жесткие требования по герметичности и надежности, так как ПДК этих веществ составляет – 1 – 10-3 мг/м3.
Основным уплотнением комплекса для токсичных и взрывоопасных сред (рис. 43) служит торцовое уплотнение, выполненное из материалов, стойких в этих средах. Если емкости для сред футерованы или снабжены эмалевыми покрытиями, в основном уплотнении применяют фторопластовые детали и герметизаторы из углеродных материалов. В качестве вспомогательных используют торцовое (рис. 43, а), сальниковое (рис. 43, б) или щелевое (рис. 43, в) уплотнения. В камеру между основным и вспомогательным уплотнениями закачивают разделительную жидкость, отделяющую герметизируемую среду от атмосферы.
Если нормы ПДК для герметизируемой среды не очень строгие, камеру между уплотнениями продувают паром, азотом (рис. 43, в) или вакуумируют. В результате уменьшается вероятность проникновения утечек через основное уплотнение в атмосферу и разгерметизации комплекса при отказе основного уплотнения.
 |
 |
 |
| а) |
б) |
в) |
Рис. 43. Уплотнительные комплексы со вспомогательными уплотнениями. 1 – корпус; 2 – канал; 3 и 4 – основные и вспомогательные уплотнения; 5 – вал
Высокотемпературные среды неудобны для герметизации вследствие высокой проникающей способности и неблагоприятного воздействия на материалы уплотнения. В уплотнительных комплексах для высокотемпературных сред в качестве основного используют торцовые или сальниковые уплотнения. В обоих типах уплотнений «слабым» по температуре звеном является зона трения, а в торцовых – еще и уплотнения неподвижных соединений. Для повышения надежности основных уплотнений прокачивают охлаждающую жидкость через набивку сальника или камеру торцового уплотнения. В зависимости от структуры систем охлаждения различают уплотнительные комплексы с открытым и замкнутым контурами циркуляции охлаждающей жидкости. В системе с открытым контуром (рис. 44, а) охлаждающую жидкость нагнетают через уплотнение в герметизируемый объем, где она смешивается с герметизируемой средой. Для уменьшения расхода охлаждающей жидкости основное уплотнение сочетают с внутренним вспомогательным уплотнением (щелевым или импеллерным). Комплексы с открытым контуром целесообразны при условии совместимости герметизируемой и охлаждающей сред. Разницу их температур неэффективно делать слишком большой.
В системах с замкнутым контуром охлаждающую жидкость выводят за пределы комплекса, пропускают через холодильник и возвращают в уплотнение, не смешивая с герметизируемой средой (рис. 44, б). Элементы замкнутых циркуляционных систем для охлаждающей жидкости (включая холодильник) могут быть встроены в машину. Системы с замкнутым контуром эффективны при температурах герметизируемой среды до 675 К.
 |
 |
| а) |
б) |
Рис. 44. Структура уплотнительных комплексов с открытым (а) и замкнутым (б) контурами охлаждения. 1 и 2 - основное и вспомогательное уплотнения; 3 - холодильник; ГС - герметизируемая среда; ОЖ - охлаждающая жидкость
Недостаточная надежность уплотнительных комплексов для высокотемпературных сред вызвана большой вероятностью отказа основного уплотнения при перебоях в подаче охлаждающей жидкости.
Среды с высоким содержанием твердых частиц снижают надежность герметизирующих систем из-за интенсивного износа подвижных соединений. Уплотнительные комплексы для таких сред состоят из основного и встроенного в него вспомогательного уплотнений, а также системы, обеспечивающей снижение концентрации твердых частиц перед основным уплотнением.
Вспомогательное уплотнение обычно выполняют в виде дроссельной втулки, установленной на валу перед основным уплотнением с фиксацией от проворота. В пространство между дросселем и основным уплотнением нагнетают разделительную жидкость. Системы, уменьшающие концентрацию твердых частиц в камере перед основным уплотнением, могут быть внешними и внутренними. Внешние системы подают в камеру разделительную жидкость от внешнего источника и устроены аналогично комплексам для токсичных и взрывоопасных сред. Специфическим вариантом внешней системы является использование сепараторов-циклонов, принцип действия которых основан на центробежном разделении жидкой и твердой фаз. Загрязненную частицами среду отбирают из герметизируемого объема (рис. 45), пропускают через циклонный сепаратор и возвращают очищенную жидкость в камеру перед основным уплотнением.
Применение с этой целью фильтров не получило распространения в уплотнительных комплексах из-за трудности самоочистки фильтров. Внутренние системы очистки сред встроены в машину и не требуют дополнительного обслуживания. Примером могут служить отбойные лопатки на задней стороне рабочего колеса насоса. Они снижают концентрацию твердых частиц в объеме жидкости перед уплотнением вала насоса тем эффективнее, чем больше размер частиц. Другим приемом защиты основного уплотнения от попадания абразива является генерирование во вспомогательном щелевом уплотнении вихрей Тейлора, затрудняющих продвижение твердых частиц вместе с герметизируемой средой.
Рис. 45. Схема уплотнительного комплекса для сред с высоким содержанием твердых частиц. 1 и 2 – основное и вспомогательное уплотнения; 3 – сепаратор; ГС – герметизируемая среда; ОЖ – очищенная жидкость; ТЧ – твердые частицы
Уплотнительные комплексы насосных установок оборудуют системами аварийной электрической защиты, которая предотвращает изнашивание уплотнений при работе «всухую» в периоды запуска насоса, не залитого перекачиваемой жидкостью. В системах защиты уплотнительных комплексов для пожаро- и взрывоопасных сред используют приборы контроля уровня жидкости на линиях нагнетания или всасывания. При герметизации токсичных сред датчиками в системах аварийной защиты обычно служат электроконтактные манометры или реле давления.
контрольные вопросы:
1.Что такое герметизирующий комплекс?
2.Приведите примеры условий работы уплотнений, требующих использования уплотнительных комплексов.
3.Каковы особенности конструкционного состава уплотнительного комплекса, работающего в условиях повышенных температур?