Предисловие

Торцевое уплотнение : подбор по размерам и параметрам

Торцевые уплотнения - это прецизионные уплотнительные изделия (устройства), которые находят широкое применение в уплотнительных узлах различного оборудования: насосы, мешалки, миксера, гомогенизаторы, реакторы и т.д. Функция этих изделий заключается в герметизации рабочей полости оборудования с вращающимся валом, проходящим через эту полость, находящуюся под давлением или разряжением рабочей среды. В зависимости от типа рабочей среды (или жидкости), ее физических и химических свойств, давления, скорости вращения вала и рабочей температуры, а также особых условий эксплуатации используются разные типы уплотнений [и их системы], отличающиеся по конструкции и имеющие различные рабочие характеристики; детали уплотнений могут быть изготовлены с применением широкого спектра материалов. Рациональный выбор материалов для колец пары трения и резиновых элементов вторичных уплотнений влияют на надежность, срок службы и герметичность уплотнительного узла в целом.

Практика нашей работы за последние 10 лет, а также анализ предложений и подача текстов в сети интернет различных торговых компаний и сервисных центров, специализирующихся в области уплотнительной техники - конкретно торцевых уплотнений, показывает, что, в большинстве случаев сотрудниками таких контор являются менеджеры по продажам, которые являются специалистами [гуманитариями] в своей области - в продажах и рекламе, но, как правило, не обладают необходимыми инженерными знаниями, навыками и опытом работы в области прецизионных уплотнительных устройств.

---

---

Отсутствие базовых инженерных знаний в области торцевых уплотнений [не говоря уже о других знаниях в упомянутой и связанных областях науки и техники] приводит во многих случаях к тому, что эти специалисты в области продаж и рекламы, заинтересованны только в продвижении чужой продукции и получении прибыли [приоритет в рыночных отношениях]. Они уверенно рекомендуют и предлагают [эффект Даннинга-Крюгера] своим потенциальным и реальным клиентам те или иные готовые решения уплотнений, выдавая рекламные перлы, например, в виде: "безупречное" [т.е. упрёков не было], "легендарное" [т.е. навеяно и покрыто легендами и мифами], "английское" [вероятно, сделано в Англии], "немецкое" [страна происхождения, вероятно, Германия ], "никто не жаловался" и т.п. сравнения и характеристики применительно к предлагаемой продукции.

Также частенько встречается подобная фраза: качественное торцевое уплотнение будет подобрано нашими менеджерами по размерам и параметрам. То есть упор делается на качестве изготовления изделия, что в общем-то очень хорошо и правильно. Однако нас всегда интересовало... как же менеджер может правильно подобрать необходимое торцевое уплотнение по размерам и главное - по параметрам. И почему этим занимается менеджер? Если, например, в западной профессиональной компании [мы все стремимся к западным ценностям] рекомендуют всегда обращаться к специалистам в своей области. Всегда ли менеджер по продажам является дипломированным специалистом - инженером и тем более в области торцевых уплотнений? И если это так, то почему он фактически утрачивая свои инженерные знания и навыки занимается продажами?

---

Подбор уплотнения вала по параметрам

Если подбор торцевого уплотнения по установочным размерам [когда они известны] обычно не вызывает значительных трудностей и сомнений [при условии отсутствия износа посадочных поверхностей сверх допустимых пределов], то с подбором уплотнения вала по параметрам складывается не всё так однозначно. Оказывается, подбор по параметрам, для многих упомянутых выше компаний основывается исключительно на данных, указанных изготовителем торцевого уплотнения, т.е. обычно это общие предельные параметры, например:

• температура -15ºС... +180ºС;
• давление до 12 бар изб.;
• скорость скольжения до 15 м/с.

Также часто указывается, что эти параметры зависят от применяемых материалов и условий эксплуатации, что правильно, но, к сожалению, недостаточно для того, чтобы предлагаемое прецизионное изделие работало надежно и долго. Необходимо подчеркнуть, что указанные изготовителем предельные параметры не должны использоваться совместно. Применительно к некоторым техническим решениям уплотнений, например, Джон Крейн 2100 (или его китайские аналоги по установочным размерам BS2100 и SN2100), предлагается специфичный алгоритм простой оценки для подбора уплотнения с использованием критерия "Multiple Factor", который, к сожалению, не всегда является адекватным и фактически носит лишь справочный характер, о чём, кстати, в описании вкратце указывает разработчик и изготовитель этого уплотнения.
Во всех других случаях, когда инженерных методик расчета подобного критерия для других конструкций уплотнений нет - применяется гуманитарный подход, основанный, вероятно, на "божественном" предвидении, а интуиция имеет место быть только при наличии богатого опыта работы в области торцевых уплотнений и, безусловно, инженерных базовых знаний по этой и связанным областям науки и техники. Однако сомнительно, что каждое из них отдельно или, тем более, все вместе приходят свыше каждому менеджеру по продажам. Печально, что и некоторые инженерно-технические специалисты в последнее время также придерживаются такого гуманитарного подхода. Если условия эксплуатации уплотнения не являются достаточно жесткими и оборудование обеспечивает все необходимые и достаточные для уплотнения условия работы, оно может работать достаточно продолжительное время. Во всех остальных случаях торцевые уплотнения, подобранные таким образом, т.е. по размерам и параметрам, не работают надежно и долго и быстро выходят из строя.

---

---

Инженерный подход при выборе торцевого уплотнения

Такой подход при выборе рационального торцевого уплотнения [его конструкции, схемы расположения, применяемых материалов и т.д.] всегда базируется на инженерном анализе [экспертизе] с учётом опыта эксплуатации [одно без другого не работает]. Инженерный анализ подразумевает применение расчетных методик, основанных на описании физических процессов математическими выражениями, полученными из законов физики и природы, а также экспериментальных данных. То есть специалист в области уплотнительной техники [он же и инженер] применяет инструменты инженерного анализа при проектировании нового оборудования, модернизации существующего оборудования, а также проводит при наличии необходимых исходных данных оценочные инженерные расчеты при выборе торцевого уплотнения; результаты этих расчетов позволяют сделать прогноз возможной работоспособности такого прецизионного изделия. Таким образом, рациональный выбор торцевого уплотнения основан не на "божественном" предвидении или интуиции, а только на инженерных расчетах с обязательной их проверкой в эксплуатации.

---

Примеры ошибочного подбора торцевых уплотнений по размерам и параметрам

Результаты оценочных расчетов с распределением температур по сечению колец пары трения получены при условии необходимого и достаточного отвода тепла водой от уплотнения. Высокие температуры неизбежно сказываются на износе вращающегося кольца, изготовленного из мягкого графита, а также существенно влияют на срок службы эластомеров уплотнения. Возможное наличие пузырьков воздуха в уплотнительной камере насоса или попадание растворённого воздуха на всасывании этого агрегата ухудшают условия для необходимого и достаточного охлаждения уплотнения, в результате оно выходит из строя из-за перегрева.
Результаты инженерных расчетов позволили оцениваться с распределением температур по сечению колец пары трения и получены в предположении необходимого и достаточного отвода тепла шампунем (жидким мылом) из рабочей зоны уплотнения. Очень высокие температуры неизбежно увеличивают износ вращающегося кольца, изготовленного из графита, а также существенно влияют на старение и срок службы резиновых деталей уплотнения. Возможное наличие пузырьков воздуха в уплотнительной камере гомогенизатора дополнительно ухудшают условия для необходимого и достаточного охлаждения уплотнения, в результате чего оно "сгорает".
Результаты моделирования с применением программного комплекса MSLC позволили оцениваться с распределением температур по сечению колец пары трения. Экстремально высокие температуры для уплотнения BS2100/SN2100 (Джон Крейн 2100) приводят к ускоренному интенсивному износу вращающегося кольца, изготовленного из мягкого графита, а также драматически сказываются на стойкости в эксплуатации других деталей, изготовленных из эластомеров.

В начало страницы