Торцевые уплотнения.

Торцевые уплотнения обеспечивают повышенную герметичность по сравнению с манжетными и сальниковыми уплотнениями. Двойные торцевые уплотнения с подводом уплотняющей жидкости исключают возможность утечки среды в атмосферу или попадания воздуха в аппарат.

Стандартные торцевые уплотнения выпускаются восьми типов, в том числе в зависимости от назначения одинарные, двойные, с внутренними подшипниками и с защитными фторопластовыми сильфонами (ОСТ 26-01-1243-75). Стандартные торцевые уплотнения выпускаются до максимального рабочего давления 3, 2 Мпа и остаточного до 1, 3∙ 10^-4 Мпа (1 мм.рт.ст.). Диапазон t = -30° ÷ +350° C, n ≤ 3000 об/мин, d_вала = 20 ÷ 160 мм.

Двойное торцевое уплотнение ТД предназначено для герметизации валов аппаратов при перемешивании взрывоопасных, токсичных, пожароопасных, ядовитым и подобным им сред при давлениях до 0, 6 Мпа (тип ТД-6) и при давлениях до 3, 2 Мпа (ТД-32).

Двойное торцевое уплотнение типа ТДП – для тех же условий с встроенным подшипником.

Двойное торцевое уплотнение типа ТДМ для уплотнения валов малогабаритных аппаратов ТДМ-6 (до 0, 6 МПа), ТДМ-16, ТДМ-32.

Двойное торцевое уплотнение типа ТДПЗ.

Торцевое уплотнение типа ТТ с термическим затвором для биохимических производств для соблюдения стерильности.

Торцевое уплотнение типа ТСК с сильфоном из стали 12Х18Н10Т.

Торцевые уплотнения используют также для сред содержащих абразивные и полимеризующие частицы. Специальные торцевые уплотнения применяются на давлении до 6, 4 Мпа.

Герметизация в уплотнении достигается за счет плотного прилегания торцевых колец, одно из которых подвижное (вращается), а другое не подвижное.

Основными условиями, определяющими нормальную работу торцевых уплотнений, являются:

а) обеспечение необходимой шероховатости рабочих поверхностей (Ñ 9÷ 10);

б) обеспечение плоскости рабочих поверхностей (= не более 0, 9 мкм);

в) наличие устойчивой жидкостной пленки между трущимися поверхностями.

Время безотказной работы торцевых уплотнений 2000 часов. Они обеспечивают нормальную работу при радиальных биениях вала в зоне уплотнения до 0, 5 мм и несоосности установки уплотнения до 1 мм.

1. – вал;

2. – корпус аппарата;

3. – опорный фланец;

4. – корпус уплотнения;

5. – прокладка;

6. – неподвижная втулка;

7. – эластичные уплотнительные кольца;

8. – подвижная втулка;

9. – пружина (прижимает 6 к 8);

10. – сильфон;

11. – зубчатая втулка;

12. – вращающаяся втулка (ведущая);

13. – сальниковое уплотнение;

14. – встроенный опорный подшипник.

Рис 5. 19. Конструкция торцевого уплотнения.

а) одинарное с сильфоном;

б) двойное типа ТДП.

Сильфон 10 приваривается к подвижной втулке 8 и к ведущей втулке 12.

Герметизация обеспечивается за счет плотного прилегания втулок 6 и 8. Эластичные кольца 7 на втулках предотвращают утечки продукта вдоль вала и в посадочном месте неподвижной втулки. Подвижная втулка прижимается к неподвижной при помощи пружины 9 и получает вращение за счет зубчатой втулки 11 (или сильфона 10), неподвижно соединенных с валом контрящим винтом. Для дополнительной герметизации в корпус подается жидкость противодавления под давлением равным или большим рабочего давления в аппарате. Для работы при высоких температурах корпус имеет рубашку охлаждения.

Недостатки: сложность конструкции. При замене любой из рабочих втулок требуется разборка перемешивающего устройства, громоскость (торцевые уплотнения вала с d = 50 мм имеет вес равный 106 кг).

Определение усилия сжатия пружины торцевого уплотнения.

Усилие сжатия пружины складывается из следующих составляющих:

где Р_п – усилие сжатия пружины;

Р_у – усилие трения уплотняющего эластичного (резинового) кольца о вал (для конструкций с сильфоном Р_у=0, для других конструкций ей, как правило пренебрегают, т.е. Р_у≈ 0);

Р_д – усилие от рабочего давления в аппарате;

Р_р – расстенивающее усилие торцевого уплотнения;

Р_г – усилие герметизации.

Ширина поверхности контакта равна:

р_о – давление в аппарате

Учитывая небольшую ширину поверхности контакта (для d_в = 40÷ 100 мм, b = 3÷ 6 мм) принимают, как правило, линейное распределение расклинивающего давления по радиусу поверхности и его рассчитывают как

С учетом этого расклинивающего давления

Усилие герметизации рассчитывают по величине удельного давления на поверхности контакта

а) неразгруженные уплотнения

б) разгруженные уплотнения к< 1

Мощность, потребляемая торцевыми уплотнениями, относительно не велика и составляет 1-5% от мощности, потребляемой мешалкой на перемешивание рабочей среды.

где f = 0, 04÷ 0, 05 – коэффициент трения в приработанном уплотнении.

- средняя окружная скорость вращающейся втулки.

Для стандартных торцевых уплотнений в зависимости от диаметра вала при максимально допустимых оборотах потребляемая мощность приблизительно равна:

для одинарных уплотнений

для двойных уплотнений