О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии

Контактные манжетные уплотнения и уплотнения подшипников, также хорошо защищают от потери смазки. 

Уплотнения вала сохраняют смазку подшипников. Контактные манжетные уплотнения и уплотнения подшипников, также хорошо защищают от потери смазки.

Краткое содержание

  • Надежность манжетного уплотнения зависит от геометрии поверхности вала и уплотнительного материала конструкции.
  • Предварительная нагрузка, которую манжетное уплотнение оказывает на вал является важным параметром.
  • Существует шесть значимых факторов, которые следует учитывать при выборе уплотнения вала.

Уплотнения вала на насосах, компрессорах, турбинах и другом вращающемся оборудовании не только сохраняет смазку подшипников, но и защищает их от внешних загрязнений. Для этих целей подходят и контактные манжетные уплотнения и бесконтактные подшипниковые уплотнения. Наилучшее решение для конкретного приложения  во многом зависит от условий эксплуатации, требуемой производительности и стоимости, или цены и производительности на выходе.

Контактные манжетные уплотнения доступны в различных материалах, размерах и конструкциях. Сделанные из эластомеров и имеющие сложную форму по углам и контурам, эти уплотнения играют роль микро гидродинамических клиньев, которые приподнимают кромку и рециркулируют смазку, чтобы сформировать тонкий мениск масла по которому движется уплотнение. Это гидродинамическое воздействие уменьшает трение между валом и манжетным уплотнением. (рисунок 1)

Уплотнение должно скользить по тонкому масляному мениску
Рисунок 1. Уплотнение должно скользить по тонкому масляному мениску

Существует три основных типа манжетных уплотнений. Универсальные уплотнения широкого применения, в которых используют встроенные пружины, чтобы обеспечить прилегание. Они изготовлены из доступных эластомеров, которые обеспечивают удовлетворительные характеристики при низких скоростях, и имеют возможность размещения при несоосности. Высокопроизводительные манжетные уплотнения, изготовленные из специально разработанных синтетических каучуков включающие влитые пружины, что повышает производительность и срок службы. И специальные манжетные уплотнения, которые имеют изготовленные по заказу конструкции для различных условий использования, например - нахождение под высоким давлением, отсутствие смазки и т.д.

Поскольку технология манжетных уплотнений развивается, то и новые материалы, конструкции и формы испытываются на возможность уменьшения или преодоления силы трения между уплотнением и валом. Поскольку гидродинамическое воздействие не постоянно, кромки могут вступать в контакт с валом, особенно  при работе на сухую при запуске. Работа без смазки увеличивает торможение вызываемое трением, и мощность, необходимую для поворота вала.

Прямой контакт является причиной проточки канавок на валу и износа кромок. Восстановление поврежденных валов является дорогостоящим и трудоемким, поэтому многие производители контактных манжетных уплотнений рекомендуют диапазоны по твердости вала и поверхностной обработке. Формирование масляного мениска зависит от целого ряда факторов, но в основном от радиальной нагрузки, которая является результирующей сил с которыми кромки действуют на вал. (рисунок 2)

Приближенное изображение поверхности уплотнения и вала

Рисунок 2. Приближенное изображение поверхности уплотнения и вала

Чем больше нагрузка на кромку, тем сложнее маслу приподнять ее; при слишком маленькой нагрузке масло будет протекать через кромку, а слишком большая приведет к более высокому расходу энергии и преждевременному износу поверхностей уплотнения. Среди прочих факторов, радиальная нагрузка зависит от материала поверхности уплотнения и конструкции, типа используемой пружины и величины натяга уплотнения. Угол кромки и расположение пружины играют важную роль в конструкции уплотнения. Натяг, заложенный в конструкции кромки создает предварительную нагрузку на вал и предусматривает большее допустимое отклонение от соосности. Однако, чрезмерная преднагрузка может стать причиной проточки канавок на валу, а также сделает установку уплотнения более сложной. Более твердые эластомеры, такие как гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR) являются более износостойкими, но они могут создавать излишнюю нагрузку на кромки, что приводит к тому, что уплотнение создает избыточное тепло.

Производительность контактных манжетных уплотнений зависит от надлежащего соответствия требованиям данного приложения. Ряд факторов влияет на производительность уплотнения и их учет помогает гарантированно выбрать  оптимальное уплотнение с точки зрения надежности, долговечности и обслуживания.

Важно знать, как будет использоваться уплотнение, будет ли его основной функцией удержание смазки, предотвращение попадания загрязнений или же и то и другое. Если оно предназначено только для удержания смазки, то кромка уплотнения должна быть направлена к смазке. В том случае, если целью является предотвращение загрязнения, кромка должна быть расположена по направлению к загрязнению и в обратном от смазки. В приложениях, в которых требуется и то и другое используют либо двойное манжетное уплотнение, либо два одинарных, располагающиеся "спина к спине" по отношению друг к другу.


БЕСКОНТАКТНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

Условия, в которых уплотнение будет подвергаться различным воздействиям, также определяют выбираемый тип. В приложениях, которых происходит работа всухую, могут потребоваться уплотнения подшипников, а не контактные манжетные уплотнения, которые нуждаются в смазке, чтобы предотвратить преждевременный износ. Стандартные уплотнения подшипников могут использоваться в приложениях, где есть смазка масляным туманом или с помощью разбрызгивания, т.е. там, где поверхность смазки находится ниже, чем уплотнение. В отличие от манжетного уплотнения, изолирующие уплотнения - бесконктактные и предназначены для удержания смазки и предотвращения загрязнения. Стандартные лабиринтные уплотнения характеризуются малыми зазорами и сложными дорожками извилистой формы, с резкими изменениями направления, чтобы предотвратить утечки. (Рисунок 3).

Основные компоненты подшипникового уплотнения

Рисунок 3. Основные компоненты подшипникового уплотнения

Уплотнения подшипников также являются более энергоэффективными, чем контактные манжетные уплотнения. При минимальном динамическом контакте они практически не создают сопротивление трения. В результате, они снижают потребление энергии на 99% и могут работать в 65 раз дольше, чем манжетные уплотнения. (Рисунок 4) Возможно, экономия энергии от одного уплотнения не так впечатляет, но она становится значимой, если учитывать сотни единиц вращающегося оборудования на обычном заводе по переработке.

Опытные результаты показывают энергопотребление манжетных уплотнений и подшипниковых при проведении испытаний на двигателе мощностью 3 л.с.

Рисунок 4. Опытные результаты показывают энергопотребление манжетных уплотнений и подшипниковых при проведении испытаний на двигателе мощностью 3 л.с.

ДАННЫЕ ДЛЯ ПОДБОРА


Простое сокращение, STAMPS, представляет руководство по выбору правильного уплотнения для приложения. Входные данные для STAMPS включают размер (вал, отверстие корпуса, и глубину имеющегося отверстия), температуру (постоянную/максимальную), условия процесса (оборудование, постоянное или прерывистое вращение, несоосность вала с отверстием корпуса, динамическое биение), среда (тип и уровень смазки), давление (постоянное/максимальное), и окружная скорость вращения вала (постоянная/максимальная).

Размер и качество поверхности, особенно вала, могут повлиять на производительность манжетного уплотнения. Это важно для подбора правильной величины натяга, чтобы обеспечить хорошее уплотнение. Слишком многое приводит к преждевременному износу; не своевременное ограничение работы уплотняющего элемента на валу с неровностями приводит к утечкам. Чтобы рассматривать наличие уплотнения, необходимо, чтобы вал и отверстие совпадали с рекомендованной точностью. Так как вал и уплотнительный элемент формируют основную уплотняющую систему, важно, чтобы качество поверхности вала находилось в допустимых пределах.

Слишком шероховатая поверхность вала может привести к подтеканию. И наоборот, если поверхность слишком гладкая, уплотнительный элемент будет не способен сформировать масляную пленку (мениск), что приводит к преждевременному разрушению поверхности уплотнения. Многие производители предлагают врезное шлифование, а не обработку на металлорежущем станке, которая может сформировать небольшую резьбу - типа канавок, которые перекачивают смазку из под уплотнения и могут образовывать прямые пути утечки. Кроме того, должны быть обработаны фаски вала и отверстия, чтобы не допустить повреждения во время установки.

Если эти показатели совпадают с техническими требованиями производителей уплотнений, то вращение вала будет создавать гидродинамическое действие - микронеровности на поверхности уплотнения работают словно маленькие вязкостные насосы, перемещая смазку в правильном направлении.

Рабочие температуры также могут повлиять на эффективность уплотнения. Должна быть известна максимальная температура, при которой будет использоваться уплотнение, чтобы правильно выбрать эластомер. При использовании со смазкой, добавьте 50 F к максимальной температуре процесса, чтобы учесть нагрев поверхности уплотнения от трения. Для консистентной смазки добавьте 100 F. Уплотнительный элемент, подверженный воздействию температуры, при превышении номинальных характеристик материала начинает твердеть или растрескиваться, что приводит к утечкам либо через собственные трещинки, либо потому, что затвердевший материал больше не может плотно прилегать к поверхности вала.

Другие параметры процесса включают в себя условия несоосности и биения. Несоосность вала к отверстию является статическим условием, согласно которому вал находится не в центре по отношению к отверстию. Биение, это динамическое условие несоосности при котором вал не вращается вокруг своего истинного центра. (Рисунок 5)

Здесь показана несоосность вала по отношению к отверстию, а также геометрия динамического биения.

Рисунок 5. Здесь показана несоосность вала по отношению к отверстию, а также геометрия динамического биения.

Чрезмерная несоосность может привести к неравномерному износу и сократить срок службы уплотнения. Степень несоосности становится в большей степени важной, когда окружная скорость вала увеличивается. Многие уплотнения могут компенсировать несоосность  до 0,38мм, а некоторые до 3 мм. Уплотнения, способные работать с большими смещениями изготовлены так, чтобы плотно прилегать к эксцентриситету вала без подтеков и повреждений.

Условия смазки также могут определить тип выбираемого уплотнения. В приложениях без смазки может потребоваться лабиринтная технология (подшипниковые уплотнения) вместо контактных манжетных уплотнений, которые нуждаются в смазке, чтобы избежать преждевременного износа поверхности уплотнения. Таблица 1 приводит различия между манжетными уплотнениями и уплотнениями подшипников.

Переменная
Контактное манжетное уплотнение
 Подшипниковое уплотнение
 Температура  -40°C до 204°C (в зависимости от эластомера)
  -40°C до 204°C (зависит от материала уплотнительного кольца)
 Оборудование  Вращающееся (постоянное/прерывистое)
  Вращающееся (постоянное/прерывистое)
 Жидкости  Определяется используемым эластомером, необходима конкретная информация
 Приспособлено под широкий спектр различных сред, необходимо проверить совместимость материала уплотнительного кольца
 Давление  от 0,12 MPa до 0.15MPa (в зависимости от скорости вала)
 Нет: необходима вентиляция масляной полости
 Вал  Твердость по Роквелу 30-40, отсутствие поверхностных дефектов,
 64 микродюйма или более гладкая поверхность для контакта уплотнительного кольца
 Работа без смазки
 Не рекомендуется; будет износ уплотнения, повреждение вала и выход из строя
 Может работать без смазки
 Уровень смазки
 Минимум: смазка разбрызгиванием
Максимум: уровеь смазки выше уровня уплотнения
 На нижнем уровне или ниже уплотнения
 Динамическое биение
вала/ несоосность вала
к отверстию
 Общая 0,38 мм, некоторые до 3,2 мм, в зависимости от скорости
 Общая до 0,5 мм, осевая до 0,63
 Окружная скорость вала
 От 304 м/с до 2133 м/с (зависит от конструкции эластомера и уплотнения), высоко скоростные приложения требуют частой замены из-за износа
 Тефлон: до 1371 м/с
Металл: до 3810 м/с
 Таблица 1. Этот список в сжатом виде позволяет увидеть разницу между манжетными
уплотнениями и подшипниковыми уплотнениями.


Кроме смазки, манжетные уплотнения могут входить в контакт с другими химическими веществами, с которыми они должны быть совместимы, чтобы предотвратить разъедание, разрушение и подтекание. Если приложение включает в себя внешние загрязнения, то использование двойных манжетных уплотнений может быть более эффективным, нежели одинарных.

Давление процесса может быть критическим, поскольку многие сальниковые уплотнения рассчитаны на давление от 0,12 MPa до 0,15 MPa, в зависимости от скорости вращения вала. Предельное давление обратно пропорционально скорости вращения вала, чем выше обороты, тем ниже максимально допустимое давление. Доступны уплотнения и под высокое давление, но если они будут находиться под воздействием давления, которое выше, чем номинальное, то может произойти подтекание или его выдувание из отверстия корпуса, что представляет собой серьезную озабоченность в плане безопасности.

Различные типы уплотнений имеют разные скоростные категории. Можно легко вычислить окружную скорость вала, если известны размеры вала и его скорость вращения (об/мин). Если окружная скорость превышает характеристики уплотнения, то температура на поверхности уплотнения будет увеличиваться, что может привести к преждевременному разрушению, особенно в условиях недостатка смазки.

В дополненение к вышеперечисленным условиям, примите во внимание характеристики заменяемого уплотнения и требования к новому уплотнению. Если нынешнее уплотнение считается неудовлетворительным, то нет смысла заменять его на то же самое. Если оно подтекает, то полезно будет знать где и как сильно? Если видны признаки теплового или химического разрушения, то можно запросить другой материал уплотнения. Если давление процесса на которое рассчитано уплотнение превышает его номинал, может потребоваться его замена на другой тип.

Если целью является быстрая фиксация или простая установка, то ответом могут стать разрезные уплотнения. В грязных, пыльных средах, как тех, что встречаются на сталелитейных заводах, должны использоваться уплотнения с двойной кромкой. Чтобы снизить эксплуатационные расходы и сократить время внеплановых простоев, необходимо установить уплотнение подшипника или более износостойкое уплотнение. идет загрузка изображения
О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии