Торцевое механическое уплотнение, также механическое уплотнение, является типом уплотнения, используемым во вращающемся оборудовании, для обеспечения герметизации вала, передающего механическую энергию к рабочему органу механизма, типа насосов, компрессоров, химических реакторов, вакуумных фильтров-сушилок и т. д., то есть там, где необходимо разделить две среды и обеспечить минимальные утечки. Ранние модели насосов использовали сальниковые устройства. Начиная со Второй мировой войны, торцевые механические уплотнения успешно заменяют сальниковые устройства во всех применениях.

Технические данные[править | править код]

• Типы торцевых уплотнений:
  • одинарное торцевое уплотнение;
  • двойное торцевое уплотнение;
    • «спина-к-спине» («back-to-back»);
    • «лицом-к-лицу»(«face-to-face»);
    • тандем;
  • уплотнение картриджного типа
    • одинарное картриджное уплотнение;
    • двойное картриджное уплотнение;
      • «спина-к-спине» («back-to-back»);
      • «лицом-к-лицу»(«face-to-face»);
      • тандем;

В торцевом механическом уплотнении используются основное уплотнение и вспомогательные (подвижные и неподвижные) уплотнения, которые находятся в контакте с уплотняемой средой позволяя вращающемуся элементу пройти через камеру уплотнения.

Основное уплотнение — это пара трения двух колец (подвижного и неподвижного) из различных материалов (углеграфиты, металлы, карбиды (карбид вольфрама с различными связками, карбид кремния), керамика (окислы металлов), пластмассы), как одного и того же материала так и в сочетании различных материалов (нержавеющая сталь — Al₂O₃ 99 % (керамика) — углеграфит). Для обеспечения необходимого контакта между кольцами применяются пружина, блок пружин или упругий сильфон. В процессе эксплуатации на торцевые поверхности действуют гидравлические силы и при положительном давлении уплотняемой среды стремятся сжать пары трения, что увеличивает тепловыделение. Теоретически зазор между уплотнительными поверхностями равен высоте шероховатости этих поверхностей и не превышает 1 мкм.

Вспомогательное (подвижное и неподвижное) уплотнение — герметезирует все стыки торцевого соединения с корпусом механизма и вала в камере уплотнения. Неподвижное вспомогательное уплотнение как правило герметезирует неподвижное кольцо с корпусом механизма и подвижное кольцо с валом. Подвижное вспомогательное уплотнение обеспечивает уплотнение между подвижным кольцом и валом или корпусом торцевого уплотнения. Рабочая подвижность этого уплотнения зависит от точности изготовления подвижного кольца, торцевого биения неподвижного кольца относительно вала и не превышает 0,2 мм и внешних сил стремящихся раскрыть уплотнение.

Утечка в стыке уплотнительных колец определяется статическим зазором между этими кольцами, геометрией колец, вибрацией, режимом эксплуатации, внешними силами раскрывающим кольца, правильностью монтажа, свойствами уплотняемой среды.

Двойное торцевое уплотнение требует промывную (затворную) среду. Назначение этой жидкости: промыть первичное торцевое уплотнение от уплотняемой среды с целью предотвратить её попадание во внешнюю среду, промыть первичное торцевое уплотнение от твердой фазы уплотняемой среды, уравновесить (запереть) гидравлически разгрузить первичное торцевое уплотнение.

Торцевое уплотнение с механизмом обратного нагнетания[править | править код]

Гидродинамическое уплотнение с V- или U-образным карманами, расположенными на поверхности скольжения одного из колец, от середины кольца к внутреннему краю кольца со стороны рабочей среды. Изобретены в начале 1980-х годов.

Торцевое газовое уплотнение (газодинамическое бесконтактное уплотнение)[править | править код]

Является дальнейшим развитием торцевого механического уплотнения. Применяются с середины 1980-х годов. Принцип действия основан на создании тонкой газовой прослойки между кольцами торцевого уплотнения (зазор около 3 мкм), это происходит благодаря специальным V- или U-образным карманами, с толщиной сопоставимой с толщиной торцевого зазора, расположенными на поверхности скольжения одного из колец, от середины кольца к внешнему краю кольца со стороны затворного газа. При вращении кольца происходит нагнетание затворного газа в промежуток кармана, что приводит к образованию зазора что приводит к бесконтактному газовому скольжению: это обеспечивает минимальные потери на трение и износ уплотнения. В качестве затворного газа применяется технический воздух или азот под давлением более чем рабочая среда на 5…10 %. Идеально подходит для работы при низких температурах, с жидкостями кипящими при низких температурах, для обеспечения чистоты производственного процесса (полностью исключает утечки).

Уплотнение жёстких стыков[править | править код]

Возникающая в машиностроении задача уплотнения стыков типа «металл по металлу» с необходимостью соблюдения точного взаимного расположения сопрягаемых деталей решается по-разному.

Неразборные, а также редко разбираемые соединения уплотняют герметизирующими составами (бакелитом, белилами, суриком, жидким стеклом и так далее). В процессе сборки при затяжке соединения избыток герметизирующего состава выдавливается — на стыке образуется тонкая плёнка, которая практически не влияет на точность взаимного расположения сопрягаемых деталей. Следует учитывать, что соединения с использованием герметизирующих составов с трудом поддаются разборке, особенно те, которые собирают в горячую.

Особо точные разъёмные стыки типа «металл по металлу» уплотняют методом тонкой плоскостной обработки (притиркой или шабрением). Притёртые или пришабренные поверхности в процессе сборки покрывают тонким слоем герметизирующей мастики — разведенной на варёной олифе тонкотёртой краски (свинцовые белила, свинцовый сурик, охра и другие), железной пудры или серебристого графита^{[неизвестный термин]} с маслом. Также используют суспензию коллоидального графита в масле. Иногда соединяемые поверхности натирают всухую серебристым графитом. Кроме того, для надёжного уплотнения стыков типа «металл по металлу» требуется повышенная жёсткость фланцев и частое расположение стягивающих болтов.