Испытание герметичности на соединении водяного насоса и мягкого уплотнителя

Thread Content

【Ключевые слова】Насосы и клапаны, испытания на герметичность 【Аннотация】Испытания на герметичность насосов с использованием мягких уплотнителей. Уплотнители на основе таких материалов обладают такими преимуществами, как наличие широкого спектра источников сырья, простота обработки, низкая стоимость, надежная герметичность и простота в эксплуатации, поэтому они находят широкое применение. За последние годы, благодаря развитию уплотнительных материалов, уплотнения на основе таких материалов значительно улучшились с точки зрения материалов, конструктивных особенностей и других характеристик. Поэтому в машиностроительной промышленности уплотнения на основе этих материалов находят все более широкое применение, что приносит значительную экономическую выгоду. 1 Механизм работы уплотнения с прокладкой В машиностроении уплотнение с прокладкой в основном используется в качестве динамического уплотнения. Часто используется для герметизации валов центробежных насосов, компрессоров, вакуумных насосов и миксеров. При выборе уплотнительного материала необходимо учитывать условия работы механического оборудования. Уплотнительный материал должен обладать следующими свойствами: (1) определенной пластичностью, чтобы под действием силы сжатия он мог создавать радиальные силы и соприкасаться с валом. (2) Обладает достаточной химической стабильностью, не загрязняет среду, наполнитель не разбухает под действием среды, смола, используемая для пропитки наполнителя, не растворяется в среде, а сам наполнитель не разрушает уплотнительные поверхности. (3) У наполнителя хорошие свойства самосмазки, он устойчив к износу, а коэффициент трения низкий. (4) При небольшом смещении оси у уплотнителя должна быть достаточная устойчивость к деформациям. (5) Простота производства и удобство заполнения. Поэтому необходимо регулярно корректировать степень зажима наполнителя, чтобы после того, как смазка в нем частично исчезает за время работы, можно было добавить ещё немного смазки, компенсируя тем самым снижение уровня зажима из-за изменения объема наполнителя. Конечно, постоянное сжатие наполнителя в конечном итоге приведет к исчерпанию растворителя, поэтому необходимо регулярно заменять наполнитель. Кроме того, для поддержания жидкостной пленки и отвода тепла трения необходимо также допускать небольшую утечку в уплотнении. 2 Проблемы, возникающие при использовании уплотнительных набивок в насосах. В качестве уплотнения вала насосов обычно используются маслянистые асбестовые набивки или маслянистые хлопковые набивки. Масляная асбестовая прокладка обладает такими преимуществами, как термостойкость, хорошая гибкость и высокая прочность, но у нее есть и фатальные недостатки: после плетения поверхность становится шероховатой, коэффициент трения велик, возникает утечка, к тому же со временем впитанный смазочный материал легко исчезает. Уплотнитель из пропитанной маслом хлопчатобумажной нити со временем, находясь в воде, становится очень твердым, к тому же из-за высокого коэффициента расширения у него большое сопротивление трению. На практике в производственных процессах часто возникает такая ситуация: у только что установленного оборудования при запуске состояние уплотнения валовой части является хорошим, но спустя некоторое время уровень утечек начинает расти. Постоянно требуется настраивать крышки и заменять уплотнительные материалы. Ещё до окончания одного цикла работы валовая часть изнашивается до такой степени, что принимает форму вазы. В серьезных случаях валовая часть может даже сломаться. Кроме того, уплотнительные материалы, расположенные за водонепроницаемым кольцом, портятся и теряют свою уплотняющую функцию. В целом, у уплотнителя из пробки имеются следующие недостатки: (1) уплотнитель из пробки находится в прямом контакте с валом и вращается относительно него, что приводит к износу вала и втулки; поэтому втулку необходимо регулярно или периодически заменять. (2) Для своевременного отвода тепла трения, возникающего между уплотнительным материалом и валом или втулкой, необходимо, чтобы в уплотнении сохранялась определенная просачиваемость, что затрудняет его контроль. (3) Трение между прокладкой и валом или втулкой приводит к снижению полезной мощности двигателя и к расходу электроэнергии; иногда этот показатель достигает удивительных значений в 5%–10%. В целом, у уплотнителей на основе волокон имеются следующие недостатки: с точки зрения принципа работы уплотнения, в камере уплотнения существует три возможных пути утечки жидкости: во-первых, жидкость может проникнуть сквозь волокнистый материал, что приводит к утечке ； Во-вторых, утечка между наполнителем и корпусом контейнера для наполнителя ； В-третьих, утечка происходит между уплотнителем и поверхностью вала. Поэтому наиболее важной мерой для предотвращения утечек из водяного насоса является: (1) разумный выбор уплотнительных материалов ； (2) Разработать разумную камеру уплотнения и отрегулировать соответствующую силу зажима уплотнения. 3. Проектирование уплотнения из комбинированного мягкого уплотнителя. Конструкция камеры уплотнения при проектировании показана на рисунке 2. В камеру для наполнителя помещается высококачественный гибкий уплотнительный материал, состоящий из углеродных волокон, графита высокой чистоты, политетрафторэтилена и органических уплотнителей. Он устойчив к высоким температурам в диапазоне от –18°C до 200°C, максимальное давление составляет 0,7 МПа, максимальная линейная скорость — 8 м/с. Обладает высокой стойкостью к коррозии; подходит для сред с показателем pH в диапазоне от 4 до 13. В основном используется в водных средах. В таком состоянии мягкого наполнителя он имеет форму глины, у него низкий коэффициент трения, а притяжение между молекулами в смеси слабое. В процессе вращения оси волокна из утеплителя обвиваются вокруг нее и вращаются вместе с ней, образуя так называемый «вращающийся слой». Этот слой защищает ось или ее уплотнительные элементы от износа, тем самым снижая расход энергии ； По мере увеличения диаметра «вращающегося слоя» способность оси обвивать волокна постепенно снижается; волокна больше не обвиваются вокруг оси и остаются в относительном покое относительно внутренней стенки камеры для наполнителя. В результате в камере формируется «слоя сдвига». В этом случае зона трения, связанная с относительным вращением, находится между самим наполнителем, а не между наполнителем и осью. Кроме того, на обоих концах введенного наполнителя устанавливаются плетеные наполнители из политетрафторэтилена; с помощью этих кольцевых элементов плетеного наполнителя происходит зажим смешанного мягкого наполнителя. Чтобы во время высокоскоростного вращения вала смешанный уплотнительный материал не сжимался и не выпадал наружу, в камере для уплотнителя и в крышке специально были созданы спиральные канавки. Следует отметить, что направление спиральных канавок с обеих сторон уплотнителя должно быть противоположным; это обеспечивает возникновение силы, которая толкает смешанный уплотнительный материал внутрь, тем самым эффективно предотвращая его разлетание. 4. Результаты испытаний насоса После завершения проектирования и изготовления композитной прокладки проводятся испытания на испытательном стенде насоса. Условия работы испытательной установки следующие: скорость вращения двигателя — 1500 об/мин, рабочее давление — 1 МПа; средой является чистая вода, а температура среды — комнатная. Процесс загрузки наполнителя выполняется следующими шагами: (1) Очистить камеру для наполнителя, проверить поверхность вала на наличие царапин, заусенцев и других дефектов, чтобы степень шероховатости вала соответствовала требованиям чертежа — Ra1,6 ； (2) С помощью динамометра проверяется радиальная деформация вала в зоне уплотнения; допуск должен находиться в диапазоне от 0,03 мм до 0,08 мм. (3) При установке сплетенного тетрафторэтиленового уплотнителя лучше сначала взять деревянную палку такого же размера, как и ось, обмотать вокруг нее сплетенный тетрафторэтиленовый материал, затем разрезать его. Срез должен иметь угол 45°. Далее используется деревянная втулка такого же размера, как и камера для уплотнителя; ее надевают на ось, чтобы загнать сплетенный уплотнитель в глубину камеры. Затем с помощью пресс-кольца оказывается определенное давление на деревянную втулку, что позволяет предварительно сжать уплотнитель. Необходимо следить за тем, чтобы уплотнитель находился ровно на дне камеры. (3) При введении смеси в виде глинистой массы необходимо одновременно с её введением прижимать её с помощью деревянных втулок. Затем сверху на камеру для заполнителя кладется изделие из политетрафторэтилена, после чего крышка затягивается равномерно. В то же время вручную вращается вал, чтобы сила сжатия после заполнения была распределена по форме параболы. После этого крышку слегка ослабляют – заполнение завершено. При проведении испытаний в режиме работы, в начальный момент после запуска утечка происходит в виде периодических капель. Когда утечка усиливается, необходимо соответствующим образом затянуть болты крышки. Если температура слишком высока, ослабьте болты. После нормальной работы утечка практически прекратилась. После 60 часов пробного запуска была открыта камера уплотнения, и было установлено, что форма витых кольцов из политетрафторэтилена осталась непрерывной, смешанные мягкие уплотнители не повреждались, а на валу не было никаких признаков износа. 5 Заключение (1) Комбинированные мягкие наполнители эффективно повышают механическую эффективность насоса и снижают износ вала. Поскольку в области прокладки не происходит утечек в течение длительного времени, это способствует защите окружающей среды. Кроме того, обслуживание устройства удобно: при больших объемах утечек можно продолжать добавлять прокладку без остановки работы насоса. Это позволяет увеличить время его непрерывной работы, а также сократить затраты на труд и ремонт. По предварительным оценкам, экономия энергоресурсов составляет более десяти тысяч юаней в год на каждый насос. (3) Комбинированная мягкая уплотнительная масса имеет широкую сферу применения.