книги из ГПНТБ / Голубев, А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов

Для испытаний крупных уплотнений валов (диаметром до 260 мм) циркуляционных насосов АЭС, работающих при высоком давлении воды (до 200 кгс/см2), применяют специальные стенды (рис. 137) [56]. Вертикальный вал стенда приводится во вращение электродвигателем, установленным в верхней части стенда. В кор­ пусе стенда одновременно испытывается шесть ступеней торцовых уплотнений. Три из них, вместе с аварийным уплотнением (1, 2, 3, 4), составляют полный узел уплотнения вала. В стенде предусмо­ трены расходомеры для измерения утечек.

Кроме ресурсных испытаний данный стенд позволяет произ­ водить испытания уплотнений, имитирующие различные условия их работы в насосе: падение давления со скоростью —5 кгс/см2 за 1 с; внезапное изменение распределения давления между сту­ пенями уплотнения, в частности, для уплотнения 3 увеличение давления от 20 до 100 кгс/см2 за 1 с; изменение температуры со скоростью 1° С за 1 мин; проверка работоспособности аварийного уплотнения 4 при повышении давления перед ним со скоростью 40 кгс/см2 за 1 с, испытания уплотнений при пусках — остановках стенда.

Заключительными являются промышленные испытания уплот­ нений в насосах, компрессорах, турбинах и другом оборудовании, для которого они предназначены.

На химически агрессивных жидкостях эти испытания прово­ дят непосредственно в производственном цикле того или иного предприятия.

Промышленные испытания уплотнений для неагрессивных сред чаще всего проводят на стендах.

Время промышленных испытаний обычно составляет от не­ скольких сот до нескольких тысяч часов. Проведение промышлен­ ных испытаний необходимо в связи с трудностью имитации на­ турных условий работы уплотнений на стенде (по составу среды, ее давлению и температуре, вибрациям вала и т. д.).

Приведем несколько примеров, показывающих, насколько разнообразны действительные условия работы уплотнений.

Пример 1. Уплотнение вала моноблочного двухступенчатого центробежного насоса для перекачивания бидистиллята (рис. 138).

Насос самовсасывающий, так как при его пусках требуется откачать воз­ дух из магистрали и создать разрежение около 6 м вод. ст. Частота вращения вала насоса диаметром 50 мм составляет 3000 об/мин. Давление воды перед уп­ лотнением при работе насоса 18 кгс/см2, температура 60° С. В периоды само-^ всасывания (около 1 мин) давление ~ 0 ,1 кгс/см2. Небольшое избыточное дав-®* ление получается в результате подвода воды в камеру уплотнения из полости нагнетания насоса. Испытания во ВНИИГидромаше нескольких образцов на­ сосов с торцовыми уплотнениями в течение более 2000 ч показали, что конструк­ ция уплотнения является работоспособной.

Пример 2. Уплотнение вала грузового центробежного насоса для танкеров (рис. 139). Насос перекачивает бензин, нефть, мазут (в периоды разгрузки тан­ кера) и морскую воду (при промывке и заполнении емкостей). Частота вращения вала насоса диаметром 100 мм — 1500 об/мин.

Давление жидкостей перед уплотнениями 3 кгс/см2, температура до 60° С. Чтобы полностью исключить попадание паров нефтепродуктов в машинное от-

183

Деление, принята конструкция двойного Торцового уплотнения (см. рис. 6) с подачей затворной пресной воды. В качестве материалов для пары трения использован углеграфит 2П-1000, пропитанный фенолформальдегидной смолой,

и температурой 40° С, диаметр вала под уплотнением 100 мм и частота его вра­ щения 8—50 об/мин; возможно периодическое кратковременное смещение вала на 10 мм. Уплотнение — двойное торцовое с гидравлически разгруженными парами трения из стали 9X18 (HRC 50—55) и углеграфита 2П-1000, пропитан­ ного фенолформальдегидной смолой. В уплотнение подается веретенное масло с давлением 50 кгс/см2.

Промышленные испытания уплотнения показали его работоспособность. Пример 4. Уплотнение вала горизонтального четырехступенчатого центро­ бежного насоса для перекачивания раствора моноэтаноламина в абсорбере. Условия работы уплотнения: среда.— 10—14%-ный раствор моноэтаноламина с давлением около 2 кгс/см2 и температурой от 60 до 90° С, содержащий неболь­

шое количество взвеси.

Уплотнение вала — двойное торцовое (см. рис. 10) с парами трения кера­ мика ЦМ-332 — углеграфит на вал диаметром 130 мм, вращающийся с частотой 1450 об/мин. В уплотнение подается очищенная от взвеси и охлажденная до 35—

183

40° С перекачиваемая насосом жидкость. Промышленные испытания насоса в те­ чение 3000 ч показали, что конструкция уплотнения работоспособна.

Пример 5. Уплотнение вала насоса для перекачивания никелевого аналита при электролизе никеля (рис. 140).

Условия работы уплотнения: среда, содержащая 180—190 г/л NiS04; 60— 100 г/л Na2S04; 60—70 г/л NaCl; 0,2 г/л ионов меди; 4 г/л Н3В 04; до 1% твердой

взвеси с крупностью частиц до 0,1 мм. Давление среды перед уплотнением 5 кгс/см2, температура 80° С.

Внасосе установлено двойное торцовое уплотнение (см. рис. 10) с парами трения керамика ЦМ-332 — углеграфит 2П-1000-Ф на диаметр вала 120 мм, вращающегося с частотой 1500 об/мин.

Вуплотнение подается техническая вода с давлением на 0,5 кгс/сма выше давления среды в камере уплотнения. Промышленные испытания насоса пока­ зали работоспособность уплотнения.

Пример 6. Уплотнение вала центробежного насоса для перекачивания со­ ляной кислоты (рис. 141). Условия работы уплотнения: среда — 20%-ная соля­

ная кислота с давлением перед уплотнением — 1 кгс/см2 и температурой 50° С. В насосе установлено уплотнение (см. рис. 11) с парой трения керамика ЦМ-332 — углеграфит на диаметр вала 50 мм, вращающегося с частотой 3000 об/мин. Промышленные испытания в течение более 1000 ч показали ра­ ботоспособность уплотнения.

Аналогичные насосы успешно использованы для перекачивания кремне­ фтористоводородной и серной кислот различной концентрации.

Пример 7. Уплотнение вала лабиринтного насоса для прокачивания элек­ тролитов через фильтр с целью их очистки от загрязнений.

Условия работы уплотнения: перекачиваемые попеременно среды — серно­ кислотный никелевый электролит, сернокислотный медный электролит, медно­ цианистый электролит; давление сред перед уплотнением ~ 0 ,2 кгс/см2, темпе-

Рис. 141. Насос для перекачивания соляной кислоты

ратура 40—60° С. В насосе использовано уплотнение (см. рис. 11) с парой тре­ ния керамика ЦМ-332 — фторопласт-4 с коксом на диаметр вала 40 мм, вращаю­ щегося с частотой 3000 об/мин. Испытания насоса в течение около 1000 ч пока­ зали, что уплотнение работоспособно.

Пример 8. Уплотнение вала двухступенчатого центробежного насоса для перекачивания агрессивной среды в производстве ацетальдегида (рис. 142). Условия работы уплотнения очень тяжелые: соляная и уксусная кислоты с со­ держанием хлористых солей и 40 г/л твердого осадка, способного налипать на поверхности деталей. Давление среды перед уплотнением 6 кгс/см2, темпера­ тура 110° С. Утечка среды наружу не допускается.

В насосе использовано двойное торцовое уплотнение, состоящее из уплот­ нения типа, показанного на рис. 11 (с конструкцией пары трения, допускав­ шей большее давление внутри сильфона), и типа на рис. 8 (с несколькими пру­ жинами и гидравлически разгруженной парой трения), на вал диаметром 50 мм,

186

Г л а в а V

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

В главе рассмотрены устройства и системы, предназначенные для улучшения условий работы уплотнения, повышения его на­ дежности, износостойкости и герметичности.

СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПЕРЕД УПЛОТНЕНИЕМ

Уменьшение давления перед уплотнением особенно необходимо в тех случаях, когда уплотнение работает на агрессивных средах. Это уменьшает интенсивность износа уплотнения и в случае вы­ хода его из строя уменьшает опасность при выплеске утечки.

В насосах снижение давления перед уплотнениями достигается

сообщается с полостью всасывания насоса. Изменяя площадь от­ верстий, можно получать различную величину давления перед уплотнением. Всегда желательно иметь некоторое положительное давление жидкости, так как при вакууме перед уплотнением воз­ можен подсос воздуха и сухое трение в уплотнении.

При использовании отбойников давление перед уплотнением снижается на величину создаваемого ими напора, который выра­

где гъ г2 — внутренний и наружный радиусы лопаток отбойни­ ка; сн — коэффициент напора.

Коэффициент сп обычно составляет 0,8—0,9. У открытого от­ бойника (с открытыми лопатками) он зависит от величины тор­ цового зазора.

В отличие от закрытого и комбинированного отбойников, в от­ крытом отбойнике нет достаточно сильной циркуляции жидкости

188

189