Уплотнения для насосов, их виды и применение

Современные насосы комплектуются большим количеством различных уплотнений. Информация о них в Интернете разрознена. Мы решили собрать необходимые сведения в одной статье.

Рабочее колесо любого насоса приводится в движение двигателем, как правило, электрическим. Вал двигателя передает энергию на вал рабочего колеса через механическую муфту, поэтому вал насоса вынужден "торчать наружу" через отверстие в корпусе насоса. Через это же отверстие и будет вытекать перекачиваемая жидкость, если не использовать уплотнения.  Всего бывает 4 основных вида уплотнений: сальниковое (набивное), манжетное, механическое (торцевое), щелевое (лабиринтное). Также мы расскажем о двух видах насосов без уплотнений - с магнитной муфтой и с мокрым ротором. 

 

Это наиболее простые виды уплотнений, которые появились практически одновременно с насосами. Они представляют собой набивные кольца из волокнистого материала, находящиеся в сальниковой камере. При работе сальниковые набивки должны смачиваться перекачиваемой жидкостью для охлаждения и смазки. В результате некоторое количество перекачиваемой жидкости непременно подтекает через сальник. В зависимости от модели насоса за час его работы может выливаться от 1 до 15 литров воды. Если набивка не будет пропускать жидкость, ее смазка быстро выгорит и материал быстро износится из-за непрерывного трения о вал насоса. Сальниковые уплотнения требуют регулярного обслуживания, их необходимо периодически "подтягивать". Несмотря на все свои недостатки данный класс уплотнений все еще часто встречается на практике, многие отечественные производители по умолчанию оснащают свои насосы волокнистыми набивками.

Объясняется это их низкой ценой и ремонтопригодностью. Поменять набивку можно без разборки насоса, а в некоторых ситуациях это можете иметь критически важное значение. Тем не менее по мере развития технологий сальниковые уплотнения вытесняются торцевыми (механическими) или насосами без уплотнений. В обозримом будущем набивками будет оснащаться лишь небольшая доля используемых насосов.

 

 

Манжетные уплотнения по своей сути очень близки к сальниковым. Они однако выполнены из эластичного материала, который может быть армирован для придания дополнительной жесткости. Манжеты появились после изобретения вулканизированного каучука. В просторечии такого рода уплотнения называют просто "резинками". Благодаря своей эластичности и упругости они не требуют постоянного подтягивания и тем выигрывают по сравнению со своими сальниковыми собратьями. Однако они могут применяться лишь при небольших скоростях вращения вала и при невысоких давлениях в корпусе насоса, иначе их герметизирующие свойства уменьшаются, а вал насоса подвергается ускоренному износу. В настоящее время использование манжетных уплотнений крайне ограничено.

Основной принцип функционирования торцевых уплотнений состоит в использовании пары колец, установленных на вал рабочего колеса и плотно прилегающих друг к другу. Одно из них вращается вместе с валом рабочего колеса, а другое остается неподвижным. Неподвижное колесо непосредственно прилегает к корпусу насоса, место стыка герметизировано кольцом из эластомера. Поверхности подвижной и неподвижной части имеют идеально гладкую поверхность, зазор между ними составляет меньше микрона. Материалы уплотнения крайне износостойкие, ведь на протяжении всей работы насоса им приходится испытывать непрерывное трение. В отличие от сальникового уплотнения здесь эластомер не подвержен механическому воздействию вращения, поэтому сохраняет свои свойства гораздо дольше. Такие уплотнения используются в большинстве современных насосов. Даже отечественные производители постепенно отказываются от сальниковых набивок и переходят их современным механическим аналогам. Торцевые уплотнения хороши тем, что обеспечивают меньшие утечки, способны работать при более высоких температурах, давлениях и с более агрессивными средами. Читайте о торцевых уплотнениях подробнее в этой статье.

Щелевое уплотнение представляет собой втулку, создающую зазор в 0,2-0,4 мм между собой и уплотняемой поверхностью. В эту щель будет попадать перекачиваемая жидкость, однако если использовать несколько щелей подряд, то получится лабиринт, который должна пройти вода, прежде чем попасть наружу (отсюда второе название данного вида уплотнений). Давление на выходе из лабиринта значительно ниже давления на входе. Это объясняется тем, что после каждой щели следует расширение и жидкость постепенно теряет свою энергию посредством потерь на трения и завихрения при движении через лабиринт. Лабиринтные уплотнения не предполагают полной герметичности вала. Через них может выливаться от 0,1 до 5% перекачиваемой жидкости.

 

Лабиринтные уплотнения используются не только на выходе из насоса, но также и внутри него. Они могут применяться в качестве уплотнения рабочего колеса, чтобы уменьшить переток жидкости из выходного патрубка в подводной. Особенно это актуально в многоступенчатых насосах, где отказ от использования уплотнений рабочих колес может привести к снижению КПД в несколько раз. Также щелевые уплотнения используют для предотвращения утечек подводимой смазки подшипников или механических уплотнений.

 

Щелевые уплотнения бесконтактны, трение в них намного меньше, чем в других видах уплотнений. Таким образом их можно использовать в качестве уплотнителя вала в паре с торцевым или сальниковым уплотнением. Тем самым лабиринтное уплотнение будет снижать нагрузку, приходящуюся на второе (основное) уплотнение.

вала и тем самым не изнашивает его. Хорошо подходит для уплотнения подшипников.

Оказывается все же бывают насосы, где уплотнения не требуются. В таких моделях протечек перекачиваемой жидкости не бывает в принципе. К ним относятся герметичные насосы с магнитной муфтой, о которых мы рассказываем в отдельной статье, а также насосы с мокрым ротором. О них Вы можете прочитать в следующем абзаце.

Что если электродвигатель не отделять от насоса, а поместить непосредственно внутрь корпуса, чтобы перекачиваемая среда омывала ротор и статор и  одновременно охлаждала их? Такая конструкция получила название насоса с мокрым ротором. В таких моделях уплотнения не требуются совсем, ибо в корпусе насоса нет никаких отверстий, кроме входного и выходного патрубков. Насосы с мокрым ротором абсолютно герметичны. Главным недостатком насосов с мокрым ротором является низкая энергоэффективность (КПД 10-30%, редко выше) и невысокая производительность, зато они компактны и бесшумны. Благодаря таким качествам на рынке нашлось по большому счету единственное применение для таких насосов - циркуляция теплоносителя в системах отопления зданий.

 

 

Рисунок 7. Показан разрез насоса с мокрым ротором (Источник - Азбука насосов).