Торцовые уплотнения и насосы отечественного производства

ЭКСПОЗИЦИЯ 3/Н (64) май 2008 г.

ОБОРУДОВАНИЕ

EQUIPMENT

11

Рассматриваются вопросы оснащения выпускаемых насосов торцовыми уплотнениями. С учетом конструкций уплотнений и условий эксплуатации сформулированы рекомендации разработчикам и производителям насосов для различных отраслей промышленности.

ТОРЦОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ И НАСОСЫ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Н.В. СКВОРЦОВ

начальник отдела микрозазорнои механики ООО НПЦ «АНОД»

г. Нижний Новгород

END SEALS AND THE PUMPS OF NATIONAL MANUFACTURE

N.V. SKVORTSOV

Chief of the Department for Micro-Gap Mechanics, «ANODE» Research and Production Center, LLC, Nizhny Novgorod

The issues involved in equipping the pumps manufactured with end seals are under discussion here. Depending on the seal design and operating conditions, recommendations for developers and producers of pumps in different industries are given.

The pumps manufactured have a great variety of designs of the units where the shaft exits the housing and location of bearing supports. It is these particular components that significantly determine the possibility, the feasibility and the efficiency of using end seals.

There are some of the provisions which require mutually coordinated decisions on the part of the pump manufacturers and the designers of end seals:

• Diameter of the seal chamber is, as a rule, not enough for the end seal elements, ensuring convenient operation and required safety, to be located in it (Fig. 1). At the same time, it is easy to switch over to smaller diameter of the chamber using a reducer bushing. Where Lk is the depth of the seal chamber,

Lm is installation distance, Dk is diameter of the seal chamber, DB is the shaft diameter.

• The depth of the seal chamber on «hot» pumps must allow the shaft cooler (Fig.1) to be located. The shaft has shown itself to perform well in operation which ensures acceptable operating conditions not only for the seal but also for the operation of the pump bearing units.

• It would be practical to envisage an air removal duct from the seal chamber (Fig. 1) to provide an autonomous enclosed cavity in the pump which at low pressure at the pump entry is not filled up completely with the liquid being pumped and that leads to semi-dry operating mode of the seal and its failure. This duct can be also used to ensure circulation through the chamber of the cooled liquid being pumped and to supply protective liquid into the seal chamber.

• The number of attachment bolts or bolt holes has to provide not only for the possibility of installing a seal but also smooth tightening and reliable attachment when the end seal is installed. This especially applies to the pumps with horizontal parting line (Fig. 2).

• The surface finish of the seal chambers must provide for sealing components to be installed: rubber and other rings from elastomers, thermally expanding graphite and other materials (Figure 3 b).

Выпускаемые насосы имеют большое разнообразие конструкций узлов выхода вала из корпуса и расположения подшипниковых опор. Именно эти элементы существенным образом определяют возможность, целесообразность и эффективность применения торцовых уплотнений.

Вот некоторые положения, требующие взаимосогласованных решений со стороны производителей насосов и разработчиков торцовых уплотнений:

• диаметр сальниковой камеры, как правило, недостаточен для размещения в ней элементов торцового уплотнения, обеспечивающих удобство эксплуатации и требуемую безопасность (рисунок 1). В тоже время перейти на меньший диаметр камеры легко с помощью переходной втулки;

Где Lк - глубина сальниковой камеры, Lм - монтажное расстояние, Dк - диаметр сальниковой камеры, Dв - диаметр вала.

• глубина сальниковой камеры на «горячих» насосах должна позволять размещать в ней холодильник вала (рис. 1.), отлично зарекомендовавший себя в эксплуатации, позволяющий обеспечить не только приемлемые условия для работы уплотнения, но и для работы подшипниковых узлов насосов;

• целесообразно предусматривать канал воздухоудаления из сальниковой камеры (рис. 1), образующей в насосе автономную замкнутую полость, которая при низком давлении на входе в насос заполняется перекачиваемой жидкостью не полностью, что приводит к полусухому режиму работы уплотнения и выходу его из строя.

Данный канал может быть использован также и для обеспечения циркуляции через камеру охлажденной перекачиваемой жидкости, и подачи защитной жидкости в сальниковую камеру;

• количество крепежных болтов или отверстий под них должно предусматривать не только возможность установки сальникового уплотнения, но и равномерную затяжку и надежное крепление при установке торцового уплотнения. Особенно это касается насосов с горизонтальным разъемом (рисунок 2);

• чистота поверхности сальниковых камер должна обеспечивать установку уплотни-тельных элементов: резиновых и других колец из эластомеров, терморасширенного графита и др. материалов (рисунок 3 б);

а) отклонение от перпендикулярности торцовой поверхности сальниковой камеры относительно вала не более 0,1 мм;

б) шероховатость посадочных поверхностей должна быть не более Ra 3,2;

в) несоосность вала по отношению к сальниковой камере уплотнения не более 0,2 мм.

• Торцовые поверхности сальниковых камер должны быть отторцованы относительно вала, т. к. установка уплотнения с перекосом приводит к быстрому его отказу (рис. 3 а);

• должен быть определен способ сборки и уплотнения горизонтального стыка верхней и нижней половин корпуса насоса, т. к. торцовые уплотнения имеют фиксированный неизменяемый диаметр корпуса или «патрона»;

Рис. 1 Схемы размещения торцового уплотнения в насосе. Где Lk - глубина сальниковой камеры, Lm - монтажное расстояние, Dk - диаметр сальниковой камеры, Db - диаметр вала. Fig. 1 Diagram showing the location of the end seal in a pump.

Where Lk is the depth of the seal chamber, Lm is the installation distance, Dk is the diameter of the seal chamber, DB is the shaft diameter.

ОБОРУДОВАНИЕ

EQUIPMENT

3/Н (64) май 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

Рис. 3 Требования к насосному агрегату под установку торцового уплотнения Fig. 3 Requirements to be met by the pump unit where the end seal is to be installed

должно уделяться больше внимания обеспечению соосности сальниковых камер и валов насосов, т. к. детали торцового уплотнения базируются на обеих этих поверхностях, и от этого существенно зависит их работоспособность (рисунок 3 в); монтажное расстояние от торца сальниковой камеры до подшипниковой опоры должно допускать размещение в нем торцового уплотнения «двойного» или типа «тандем» или части их в случае, если размещение уплотнения целиком в сальниковой камере невозможно или нецелесообразно (рис. 1); конструкция фонарей и кронштейнов крепления подшипниковых опор насосов должна допускать ориентацию штуцеров подвода-отвода затворной жидкости в вертикальной плоскости. Штуцер входа затворной жидкости - со стороны подшипников снизу или сбоку, штуцер выхода - ближе к корпусу насоса в вертикальной или близкой к ней плоскости (рис. 4);

прорезь под штуцер, устанавливаемый сверху, должна допускать выход его под углом с целью обеспечить доступ к частям фланцевого разъёма корпуса насоса; целесообразно не размещать прорезь под штуцер выхода затворной жидкости и сам штуцер в одной плоскости с рядом расположенными крепежными деталями корпуса. В противном случае трубопроводы, подходящие к штуцеру могут

затеснить доступ инструмента к крепежу насоса (рис. 4);

• крепление к проточной части насоса узлов уплотнения и подшипниковых опор должно допускать пристыковку к проточной части модульных блоков, включающих подшипники скольжения и уплотни-тельные узлы без нарушения эстетики насосного агрегата и ухудшения его эксплуатационных качеств (рис. 2);

• с целью унификации уплотнений целесообразно иметь одинаковые диаметры уплотняемых валов для двухопорных насосов, что позволит сократить номенклатуру заменяемых и ремонтируемых деталей уплотнений. Изменение диаметров вала в месте установки уплотнений должно быть оправдано, т. к. с точки зрения установки уплотнений в насос оно нежелательно;

• должен быть создан и утвержден типовой ряд по диаметрам сальниковых камер, диаметрам уплотняемых валов, расположению и количеству крепежных элементов, что позволило бы исключить случаи неувязки установочных размеров или неоднозначного толкования исходных данных заказчика.

Выполнение вышеприведенных рекомендаций и пожеланий производителями насосов позволит существенно поднять качество и конкурентоспособность насосных агрегатов, облегчит их эксплуатацию при высоком уровне безопасности.

Рис. 2 Насосный агрегат с горизонтальным разъемом корпуса Fig. 2 Pump Unit with the Housing Horizontal Parting Line

Рис. 4 Пример некорректного расположения штуцеров относительно крепежных деталей

Fig. 4 Example of Incorrect Location of the Unions with Reference to the Attachment Parts

a) Deviation from the perpendicular of the seal chamber end surface with reference to the shaft to be no more than 0.1 mm.

b) Irregularity of the seating surfaces must be no more than Ra 3.2

c) The shaft to be off center with reference to the seal chamber at no more than 0.2 mm.

• The end surfaces of the seal chambers are to be aligned with the shaft since when a seal installation is cocked that results in its early failure (Fig. 3 a).

• A method of assembling and sealing the horizontal joint between the upper and bottom halves of the pump housing must be determined as the end seals have a fixed unchangeable housing diameter or «cartridge».

• More attention should be given to ensuring concentricity of the seal chambers and pump shafts because the end seal parts have these surfaces as their datum surfaces and their operability considerably depends on that (Fig. 3 c).

• The installation distance from the end of the seal chamber to the bearing support must allow «double» or «tandem» type end seal or part of them to be placed in it, the latter being applicable to cases where the seal cannot be fully placed in the seal chamber or this is not practical (Fig. 1).

• The design of the canopies and the brackets for attachment of the pump bearing supports must allow for orientation of sealing liquid entry and exit unions in the vertical plane. The sealing liquid entry union is to be located on the side of the bearings at the bottom or on the side, while the exit union is to be located closer to the pump housing in the vertical plane or in the plane close to it (Fig. 4).

• The slit for the union to be installed on top must allow for its exit at an angle to provide access to the parts of the flange parting line of the pum p housing.

• It would be practical not to locate the slit for the union for the exit of the sealing liquid in the same plane as the attachment parts of the housing nearby. Otherwise the piping leading to the union may make tool access to the pump hardware difficult (Fig. 4).

• Attachment of the seal and the bearing supports to the flow section of the pump must allow for the hook-up of modular units flow section incorporating sleeve bearings and sealing components without disturbing the aesthetics of the pump unit appearance and compromising its performance (Fig. 2).

• With a view to commonizing the seals, it would make sense to have the same diameters of the shafts to be sealed for two-support pumps which will limit the range of seal components to be replaced and repaired. Change in the shaft diameter at the point of seal installation must be justifiable, since from the point of view of seal installation into the pump it is not desirable.

• A type line is to be created and approved for the diameters of the seal chambers, the diameters of the shafts to be sealed, for the location and number of the hardware items which would rule out possible discrepancies of installation dimensions or ambiguity of the customer's input data.

If the above listed recommendations and suggestions for the pump manufacturers are met, it will make it possible to significantly raise the quality level and the competitiveness of the pump units, to facilitate their operation with a high level of safety.