Утечки рабочей жидкости из полости насоса

На рис. 1 показана схема утечек жидкости, которые имеют место в любом насосе. Часть жидкости с выхода рабочего колеса _у1 и _у2 не попадая в отвод, по радиальным зазорам между передним и задним дисками рабочего колеса попадает на вход насоса. Другая часть жидкости _у3 через зазор между корпусом и валом вытекает наружу. Все эти утечки могут снижать к.п.д. насоса в среднем на 10 – 15% и ухудшать эксплуатационные качества насоса в целом. Величина утечек зависит от зазоров между вращающимися дисками и корпусом насоса. Чем они меньше, тем меньше утечки. Поэтому для уменьшения утечек _у1 и _у2 на переднем и заднем дисках рабочего колеса устанавливают щелевые уплотнения в виде малого зазора d_у между диском и корпусом (сечение А). Из-за износа стенок этих уплотнений и, следовательно, увеличения зазора (особенно при наличии в жидкости абразивных частиц) часто в этом месте закрепляют сменные уплотнительные кольца. Межступенчатые уплотнения также выполняют в виде щелей, образованных сменными уплотнительными кольцами.

Утечка _у2 имеет место, если в диске рабочего колеса имеется отверстие для уменьшения осевой силы на роторе насоса (обычно это делается у высоконапорных насосов).

Для того чтобы полностью исключить утечки _у3 по валу наружу предусматривают установку либо сальниковых уплотнений, либо скользящих торцевых уплотнений.

1.1. Сальниковые уплотнения. Сальниковые уплотнения устанавливают в местах выхода вала из корпуса насоса (см. рис. 2). Основным элементом, обеспечивающим герметичность полости высокого давления (ПВД) от внешней среды является набивка сальника 1, которую изготавливают из специального хлопчатобумажного или, при высокой температуре перекачиваемой жидкости, асбестового шнура квадратного сечения. Перед установкой ее пропитывают смазкой из графита и технического жира. Шнур укладывают в камеру сальника в корпусе 5 насоса отдельными кольцами. Его нельзя наматывать на вал одним куском, так как при этом нельзя получить равномерного по окружности поджатия набивки. После укладки набивка зажимается крышкой 2 сальника равномерным затягиванием гаек шпилек 3. При работе насоса между втулкой вала 6 и набивкой возникают значительные силы трения, и выделяется много тепла, которое должно отводится жидкостью, просачивающейся через сальник. Поэтому утечка жидкости через сальник совершенно необходима. Натяжение крышки сальника должно быть отрегулировано так, чтобы через сальник просачивались капли чуть теплой жидкости. При работе насоса материал набивки изнашивается, перестает плотно прилегать к валу, что приводит к существенным утечкам жидкости. Поэтому гайки сальника надо периодически подтягивать и добавлять набивку сальника. Если повторное натягивание, а затем добавление набивки не дает уплотнения или приводит к чрезмерному нагреву сальника, то набивку необходимо сменить. Через сальник ни в коем случае не должен проходить воздух, т.к. воздух практически не отводит тепло, и набивка может сгореть, т.е. сальник должен обязательно находится в рабочей среде.

Для того чтобы гарантировано избежать работы сальника на сухую иногда применяют гидравлический затвор, который состоит из кольца 4 двутаврого сечения, помещенного между кольцами набивки. К этому кольцу по трубке подводится жидкость под давлением с выхода насоса. Жидкость из кольца 4 медленно, по каплям, вытекает наружу и внутрь насоса, отводя при этом тепло. Для защиты вала от износа на него иногда надевают защитную втулку 6.

Как видим сальник требует больших затрат на проведение технического обслуживания и мастерства обслуживающего персонала. Поэтому в последнее время почти все производители насосов переходят на скользящие торцевые уплотнения, которые не требуют проведения технического обслуживания на протяжении всего срока их службы.

Рис. 3. Скользящее торцевое уплотнение

1.2. Скользящее торцевое уплотнение. На рис. 3 для примера показано торцевое уплотнение для смеси вода + гликоль (до 40%) для температуры не выше 70⁰С. Основными элементами любого скользящего торцевого уплотнения (СТУ) являются:

1. Скользящая пара, состоящая из кольца 6, запрессованного через проставку 5 в крышке уплотнения, и вращающего кольца 7. Эта пара исключает радиальные утечки между ними.

2. Манжеты 2, исключающей утечки в

осевом направлении между ней и валом,

3. Пружины 3, поджимающей скользящую пару по направляющей 4 и упирающейся в

корпус 1 насоса.

Полная герметичность может быть обеспечена идеальным касанием вращающего 7 и запрессованного 6 колец. Малейшее нарушение трущихся поверхностей (царапина, залипание и т.д.) может привести к резкому увеличению утечек жидкости через уплотнение.

Скользящие уплотнения для других жидкостей и условий работы имеют те же элементы, но конструктивно могут быть изготовлены иначе.

Необходимым условием работы этого уплотнения является наличие смачивающей пленки между скользящей парой, т.е. оно должно всегда находится в рабочей среде.

Выбор конструкции СТУ и материала трущейся пары (колец 6 и 7) зависит от агрессивности, температуры, давления перекачиваемой жидкости. Для мало агрессивных жидкостей (вода, водные растворы, маловязкие нефтепродукты) кольцо 6 обычно изготавливают из графита, пропитанного смолой, или другим наполнителем, а кольцо 7 – из хромистых сталей. Трущие поверхности этих колец обрабатывают по 10 – му классу чистоты. Торцевые уплотнения более долговечны, чем сальниковые, и не требуют обслуживания (подтяжки).

Средний срок службы скользящего торцевого уплотнения составляет до двух – трех лет при нормальных условиях эксплуатации. Загрязнения, присутствующие в перекачивае-мой жидкости, могут значительно уменьшить срок службы торцевого уплотнения.