Контактные уплотнения роторов насосов

Сальниковые уплотнения

Конструкция и механизм работы

Благодаря простоте конструкции и низкой стоимости сальниковые уплотнения до сих пор остаются самым распространенным типом уплотнений роторов насосов, в том числе и насосов, используемых на АЭС.
Простейшее уплотнение (рис. 5.1) содержит корпус (сальниковую коробку) 1, сальниковую набивку 2, нажимную втулку 3. На поверхность вала 5, контактирующую с набивкой 2, как правило, надевается защитная втулка 4. С помощью нажимной втулки сальниковую набивку сжимают в осевом направлении так, чтобы давление внутреннего кольца на торцовую стенку корпуса 1 было не меньше давления уплотняемой жидкости. Осевое сжатие приводит к появлению контактного давления набивки на стенки корпуса и защитной втулки 4, благодаря чему достигается герметизация полости насоса с давлением р0.
Для более детального анализа работы сальникового уплотнения рассмотрим простейшие задачи его расчета.

Рис. 5.1. Схема сальникового уплотнения и эпюра радиальных напряжений

Прежде всего определим изменение по длине пакета контактного давления между набивкой и защитной втулкой вала.

Мощность трения приводит к повышению температуры контактных поверхностей, и если отвод тепла недостаточен, то температура может превысить допустимые значения. При этом в набивке выгорает пропитка, что приводит к увеличению коэффициента трения и дальнейшему катастрофическому нарастанию температуры. Набивка разрушается, и лишь резкое увеличение протечек восстанавливает равновесный температурный режим.
Если в конструкции сальника не предусмотрены специальные меры для охлаждения, то тепло отводится в основном протекающей через сальник жидкостью, поэтому чем больше протечки, тем ниже температура и легче условия работы. Попытки добиться герметичности за счет чрезмерного обжатия набивки приводят к быстрому выходу уплотнения из строя из-за перегрева.

Формулы (5.1)—(5.8) пригодны лишь для ориентировочных расчетов, так как использованное при их выводе предположение о постоянстве коэффициентов f1, f2 и k по длине набивки является весьма грубым, а средние значения этих коэффициентов зависят от качества набивки, условий ее предварительной опрессовки и усилия обжатия, от материалов и чистоты обработки поверхностей защитной втулки и сальниковой коробки, от уплотняемой среды, ее давления и температуры. В процессе эксплуатации коэффициенты трения и коэффициент бокового давления могут изменяться из-за износа набивки и контактной поверхности вала, из-за вымывания и выгорания пропитки. К сожалению, все эти факторы пока что не поддаются прогнозированию, а имеющиеся экспериментальные данные [1,2,3,4] крайне ограничены и противоречивы. Предприятия, разрабатывающие и изготовляющие сальниковые набивки, не определяют и не приводят в перечне технических характеристик такие важные для эксплуатации показатели, как коэффициенты трения и бокового давления.
Таким образом, сальниковые уплотнения остаются в основном областью эмпирических поисков наиболее подходящих для заданных условий материалов и конструктивных решений.


Насосы АЭС