Контактные уплотнения

Торцевые уплотнения

В турбокомпрессорах торцевые уплотнения применяются, в основном, как концевые масляные уплотнения. В конструктивном отношении наибольшее распространение имеют уплотнения неподвижные относительно корпуса позволяющие работать при повышенных окружных скоростях (до 50 м/сек) и при перепадах давления на уплотнение не более 5 кг/см².

Торцевые уплотнения вращающихся валов широко распространены, особенно в насосостроении. В быстроходных ЦК их применение из-за малого ресурса трущейся пары ограничивалось лишь теми случаями, когда сжимаемая среда требовала повышенной герметизации, например, холодильные турбокомпрессоры. В настоящее время применение торцевых уплотнений с масляным затвором в промышленных ЦК расширилось в связи с появлением износостойких материалов, позволивших увеличить ресурс работы уплотнения в 2–3 раза.

Достоинством данного вида уплотнений является то, что оно обеспечивает герметичность компрессора на стояночном режиме.

Торцевое уплотнение (рис. 15.9) состоит из диска 1, вращающегося с валом, и уплотнительного графитового кольца 2 (обычно графит марки АГ 1500-Б83) герметично скрепленного с невращающейся втулкой 3. Втулка 3 имеет осевую подвижность благодаря резиновому уплотнению 4. Под действием пружин 5 втулка 3 посредством кольца 2 находится в постоянном контакте с диском 1. Для уплотнения, отвода тепла и смазывания пары трения подводится запирающее масло в полость 7 под давлением Рм, превышающим давление уплотняемого газа Рг на величину перепада ∆ Рм = Рм-Рг. Необходимое для охлаждения и смазки количество масла дозируется наружным плавающим кольцом 8. Слив охлаждающего масла из узла уплотнения осуществляется в масляный бак.

Для предотвращения попадания масла в проточную часть компрессора обычно к системе уплотнений подводится запирающий газ.

Конструктивное исполнение торцевых уплотнений отличается разнообразием. В торцовом уплотнении ВНИИХолодмаша для холодильных турбокомпрессоров (рис. 15.10) плавающее графитовое кольцо 2 из ХИМАНИТА, армированное стальным бандажом, контактирует с двумя твердыми поверхностями втулки 1 и вращающегося кольца 3, изготовленными из легированной стали. В работе кольцо 2 может прилипнуть к любой из поверхностей деталей 1 или 3, поскольку при взаимном покое коэффициент трения больше, чем при взаимном движении.

В торцевом уплотнении Невского завода (рис. 15.11) в обоих элементах трущейся пары применен графит БСГ-30. Это способствует увеличению ресурса почти в 3 раза. Жесткое герметичное соединение стальных кольца 3 и втулки 1 с графитовыми кольцами 2 исключает деформации последних при работе.

Более компактную конструкция торцевого уплотнения выполнена фирмой Demag Delaval (Германия), где невращающееся кольцо выполнено из графита, что сокращает количество элементов в уплотнении (рис. 15.12).

 

Рис. 15.9. Схема торцевого масляного уплотнения: 1 – вращающийся диск; 2 – уплотнительное графитовое кольцо; 3 – втулка; 4 – резиновое уплотнение; 5 – пружина; 6 – корпус; 7 – полость затворного масла; 8 – наружное уплотнительное кольцо	Рис. 15.10. Торцевое уплотнение конструкции ВНИИХолодмаша
Рис. 15.11. Торцевое уплотнение конструкции Невского завода	Рис. 15.12. Торцевое уплотнение конструкции фирмы Demag Delaval

Уплотнения с плавающими кольцами

Уплотнения этого типа предназначены для герметизации ЦК, сжимающих токсичные, горючие и взрывоопасные газы. Плавающие кольца внутреннее 1 и наружное 2 (рис. 15.13) заключены в разъемный корпус 3, в котором они имеют свободу радиальных перемещений, но удерживаются от вращения штифтами или шпонкой. С валом кольца образуют кольцевые щели с радиальными зазорами δ₁, δ₂ и длинами l ₁, l ₂. Запирающее масло подводится в камеру под давлением Р_м, превышающим давление уплотняемого газа Р_г. Кольцевой зазор δ₁=0,03-0,05 мм внутреннего кольца сдерживает утечку масла в сторону газа, создавая перепад Δ Р ₁= Р_м - Р_г обычно в пределах 0,03-0,05МПа. Сплошная пленка масла, текущего в зазоре δ₁, образует гидравлический затвор, что и является целью устройства. С помощью наружного кольца 2 дозируется расход масла, сливаемого из узла уплотнения, в количестве, необходимом для отвода всей теплоты трения, выделяемой в узле. Давление масла в камере 4 прижимает торцы колец к корпусу 3. Для лучшей герметизации на торце кольца 1 установлено резиновое уплотнение 5. Предварительный контакт торцевых поверхностей осуществляется за счет упругости кольца 5. Кольца выполняются из стали или бронзы с баббитовой заливкой.

Уплотнение ОАО «Казанькомпрессормаш» (НИИ «Турбокомпрессор» им. В.Б. Шнеппа) для компрессоров с горизонтальным разъемом пригодно для давлений до 7 МПа (рис. 15.4). Оребрение внутреннего кольца 1 увеличивает поверхность теплоотдачи, снижая нагрев и исключая возможность коксования масла в щели. Осевое поджатие колец осуществляется резиновым кольцом 6, натяг которого 0,2-0,3 мм регулируется шлифованием по месту дистанционного кольца 4. Рабочие поверхности колец выполнены из баббита Б-83. Для предотвращения прорыва газа на внутренних поверхностях сделаны кольцевые канавки, причем профиль зазора ступенчатый. Для уменьшения износа втулка 7 на валу делается из монель-металла НМЖМц-28-2,5-1,5. На поверхность втулки методом высокотемпературного плазменного напыления наносится твердосплавный порошок ПН73Х16С3Р3 на никелевой основе (хром 16 %; кремний 3 %; бор 3 %), обладающий высокой износостойкостью. Уплотнение стандартизировано для диаметров 90, 100 и 120 мм [18].

Уплотнение высокого давления Nuovo Pignone (Италия) оснащено тремя наружными уплотнительными кольцами 2, что облегчает условие их плавучести, и применимо до давлений газа Р_г = 35 МПа.

 

Рис. 15.13. Схема уплотнения с плавающими кольцами: 1, 2 – плавающие уплотнительные кольца; 3 – корпус; 4 – камера с запирающим маслом; 5 – резиновое манжетное уплотнение; 6 – канал для слива масла из полости

 

 

Рис. 15.14. Уплотнение конструкции ОАО «Казанькомпрессормаш»: 1 – внутреннее кольцо; 2 – наружное кольцо; 3 – корпус; 4 – дистанционное кольцо; 5 – шпонка; 6 – резиновое кольцо; 7 – втулка вала с износостойким покрытием; 8 – резиновое кольцо для уплотнения вала

 

Рис. 15.15. Уплотнение фирмы Nuovo Pignone: 1 – внутреннее кольцо;
2 – наружные кольца; 3 – волнистая распорная пружина

 

 

Сальниковые уплотнения

Сальниковые уплотнения используются для работы в различных средах при скорости скольжения до 10 м/сек (в отдельных случаях до 20 м/сек). Сальниковые уплотнения в основном находят применение в вентиляторах и системах вспомогательного оборудования. Они представляют собой комплект колец, их число обычно не превышают 7, так как при большем их числе не обеспечивается равномерное прижатие колец к валу. Кольца изготавливаются из войлока, кожи, асбеста. Используются также комбинированные конструкции колец, сочетающие различные материалы: ткани, резину, асбест, свинцовую фольгу и др. Комбинированные кольца улучшают работу уплотнения и увеличивают срок службы. Кольца пропитывают специальной смазкой, обычно содержащей в своем составе чешуйчатый графит.

При работе в среде сухого газа для сальниковых уплотнений используют систему принудительной смазки.

Вопросы технологии турбокомпрессоростроения

 

В отличие от поршневых компрессоров, главным видом производства которых является крупно- и среднесерийное, производство турбокомпрессоров носит единичный и мелкосерийный характер. Объясняется это не малым объемом выпуска машин, а большим их многообразием и ограниченностью потребности в машинах каждого типа.

При изготовлении турбокомпрессоров трудоемкость слесарно-сборочных и пригоночных работ составляет 100-125 % от трудоемкости механической обработки.

Все крупные детали (части корпуса, диафрагмы, диффузоры, уплотнения, валы) чаще всего изготавливают не в окончательный размер, а подбирают сопрягаемые пары в процессе сборки [33].