Газовое уплотнение

Принцип работы.

Уплотнение обычно состоит из уплотняемого О-образным кольцом графитового ТОРЦА, фиксированного в держателе из нержавеющей стали и прижимаемого пружиной к вращающемуся СЕДЛУ из карбида вольфрама, укрепленному на валу, как показано на рисунке.

Уплотнение среды в районе контактных поверхностей вращающегося и стационарного колец достигается уникальным и гениальным способом. Уплотнительные поверхности притираются до высокой степени плоскостности, однако вращающееся кольцо из карбида вольфрама имеет ряд логарифмических спиральных канавок, выточенных в его вращающейся поверхности. Профиль этих канавок показан на рисунке, на котором также изображена система условных обозначений, связанная с конструкцией седла.

При вращении уплотняемая среда втягивается внутрь, в основании канавки, называемое уплотнительной перегородкой. Уплотнительная перегородка обеспечивает сопротивление потоку, тем самым увеличивая давление. Созданное давление разъединяет поверхность графитового кольца и кольцо из карбида вольфрама на точное расстояние, обычно равное 3 микронам. Между радиальными поверхностями устанавливается зазор, когда гидростатическое давление закрывающих сил и пружинная сила сравниваются с открывающими силами, создающимися внутри пленки уплотняемой среды.

В условиях динамического равновесия силы, действующие на уплотнения, могут быть изображены графически, как показано на рисунке.

Закрывающая сила (ЗС) является результатом давления в системе плюс небольшая сила сжатия пружины. Открывающая сила (ОС) является результатом спада давления в системе между торцом и седлом плюс давление, созданное спиральными канавками. При равновесии, то есть когда ЗС=ОС, рабочий зазор для наиболее распространенных уплотняемых сред равен, как упоминалось выше, примерно 3 микронам.

Если происходит нарушение, в результате которого уплотнительной зазор уменьшается, тогда созданное спиральными канавками давление значительно повышается, как показано на рисунке.

Подобным образом, если сбой приводит к увеличению зазора, происходит понижение созданного давления, и уплотнение очень быстро восстанавливает свое равновесие.

Результатом этого механизма является высоко стабильный, но очень тонкий слой уплотняемой среды между стационарным торцом и вращающимся седлом. Это приводит к тому, что обе поверхности держатся на расстоянии друг от друга и не соприкасаются при нормальных динамических рабочих условиях. В свою очередь, это приводит к долгому сроку службы и надежности уплотнения без износа контактных поверхностей.

Тандемное уплотнение представляет собой пару торцевых уплотнений, устанавливаемых одно за другим в патроне для непосредственной установки в компрессор. Обычно, первичное, или внутреннее, уплотнение обеспечивает герметизацию технологического газа при полном рабочем давлении с утечкой через соответствующую выводную линию, а вторичное, или внешнее, уплотнение запирает первичные утечки в данной выводной линии, а также служит в качестве дублирующего резервного уплотнения.

В результате, при нормальных условиях эксплуатации лишь небольшая утечка отводится в атмосферу через вторичное уплотнение.

В случае, когда патрон уплотнения комплектуется промежуточным лабиринтом, между внутренней и внешней уплотнительными ступенями может подаваться азот, что полностью предотвращает попадание технологического газа в выводную линию вторичных утечек. Большая часть этого инертного газа отводится в выводную линию первичных утечек вместе с утечкой из внутреннего уплотнения.

Газ, подаваемый в патрон, должен быть чистым (максимальный размер частиц — 5 мкм).

Иногда между патроном газового уплотнения и корпусом подшипника устанавливается внешний лабиринт (или другое устройство для предотвращения попадания масла). Подача туда воздуха или азота предотвратит загрязнение внешнего уплотнения маслом и обеспечит отвод вторичной утечки только через выводную линию вторичных утечек.