Опросный лист на Торцевое уплотнение насоса
Опросный лист на Торцевое уплотнение для химической промышленности

Особенности конструкции, типы выпускаемых НПЦ «АНОД» торцевых уплотнений.

Нижегородский научно-производственный центр «АНОД» (НПЦ «АНОД») создан в 1992 году группой высококвалифицированных специалистов, ранее работавших над созданием оборудования для атомных электростанций. Опыт полученный  при проектировании и изготовлении изделий для атомной энергетики, позволил в короткие сроки создать эффективные уплотнения для насосов, компрессоров, перемешивающих устройств в газовой, бумажной, металлургической, химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностях, теплоэнергетике.

В настоящее время НПЦ «АНОД» является одним из лидеров в России по проектированию и производству торцевых уплотнений.

На сегодняшний день реализовано более 600 проектов и изготовлено более 10 000 уплотнений.

Созданные в НПЦ «АНОД» уплотнения по своей надежности, герметичности, долговечности значительно превосходят имеющиеся отечественные, а во многих случаях и зарубежные аналоги.

Квалификация и опыт специалистов, техническая оснащенность НПЦ «АНОД» позволяют проектировать и изготавливать уплотнения со следующими параметрами:

температура уплотняемой среды, °С	до 425
диаметр уплотняемого вала, мм	до 250
частота вращения вала, об/мин	до 10000
давление уплотняемой среды, МПа	до 25

Обеспечение термической и силовой стабилизации трущихся плоскостей контактных колец в сочетании с тщательной гидравлической балансировкой дают возможность эксплуатировать уплотнения в широком диапазоне значений давления и температуры, исключить влияние изменения рабочих параметров: температуры, частоты вращения, давления — в заданных пределах характеристик уплотнений.

К достоинствам торцевых уплотнений, разработанных НПЦ «АНОД», следует отнести следующие:

1. Возможность установки вместо сальников, манжет, торцевых уплотнений других конструкций без доработки узлов агрегатов.
2. Патронный тип конструкции, который позволяет при изготовлении выполнить все необходимые испытания и далее без разборки выполнить доставку до потребителя и монтаж без дополнительных регулировок, сократив до минимума монтажные операции.
3. Повышенная надежность.

Количество отказов уплотнений в период эксплуатации минимально. Так, например, специалисты ЗАО «Татнефть-НК» отмечают, что за 2 года эксплуатации торцевых уплотнений НПЦ «АНОД» на 20 насосах произошел всего один отказ в работе уплотнений, тогда как раньше было в среднем 12 отказов в год. Специалисты ОАО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез» сообщают, что после установки более 100 уплотнений количество отказов уменьшилось в 5-6 раз.

4. Повышенная долговечность.

Изготовленные в НПЦ «АНОД» уплотнения имеют, как  правило, ресурс работы от 15000 часов и выше. Достаточно отметить, что уплотнения нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах имеют наработку до отказа более 20000 часов.

5. Высокая герметичность.

Согласно утвержденным ТУ утечки уплотняемой или затворной жидкостей составляют для насосов не более 2 г/ч; для высокооборотных компрессоров при средних окружных скоростях скольжения в паре трения > 50 м/сек — не более 50 г/ч.

6. Хорошая ремонтопригодность.

Конструкцией уплотнений предусмотрена простая установка антифрикционных колец в металлические обоймы, что позволяет без особого труда заменить пришедшие в негодность кольца и резиновые прокладки.

Какие же факторы обеспечивают значительный ресурс и высокую надежность уплотнений НПЦ «АНОД»? Отметим некоторые из них.

1. Наличие стабильной смазывающей жидкостной пленки в уплотняющем подвижном контакте оказывает решающее влияние на работоспособность торцевого уплотнения. Для обеспечения длительной, безызносной работы уплотнения необходимо свести к минимуму угловое деформирование трущихся уплотнительных элементов и нарушение плоскостности поверхностей в уплотняющем подвижном контакте. Это достигается:

• равновесием осевых гидравлических сил и моментов, действующих на уплотнительные элементы. Расчет гидравлических сил и моментов, действующих на уплотнительные элементы, значительно упрощается, если они выполнены из однородных материалов и состоят из деталей простой геометрической формы;
• разделением деталей уплотнительных элементов, выполняющих уплотнительную функцию и силовую нагрузку;
• ослаблением взаимных связей деталей уплотнительных элементов;
• правильным выбором посадок уплотнительных колец;
• применением элементов гидродинамики в уплотнениях с возможностью работы в режиме сухого трения;
• тщательным подбором материалов уплотнительных элементов.

2. Обеспечение оптимального теплового режима работы уплотнительных элементов. Необходимо максимально снизить тепловыделение в уплотняющем подвижном контакте, отвести тепло от пары трения, а также снизить эффект от тепла, поступающего от уплотняемой горячей среды.
3. Правильный выбор материалов и конструкции вторичного уплотнения.
4. Выбор конструкции и материалов поводковых устройств, позволяющих обеспечить свободу угловых и осевых перемещений упругих элементов.
5. Выбор конструкции пружин, создающих первоначальный поджим и обеспечивающих подвижность уплотняющих элементов в процессе работы.
6. Качественное изготовление и контроль элементов конструкций уплотнений.

Большое разнообразие конструкций уплотнений вызвано в первую очередь различным исполнением сальниковых камер насосов, различными средами и параметрами работы уплотнений.

Однако, проанализировав имеющиеся конструкции и проведя большую работу по стандартизации и унификации узлов и деталей, НПЦ «АНОД» создал пять типов уплотнений для основной гаммы насосов:

• тип УТ – одинарные торцевые уплотнения для насосов и агрегатов с
  

  Рис. 1. Одинарное торцевое уплотнение 80УТ3

  перемешивающими устройствами, рабочими средами в которых являются химически нейтральные и нетоксичные жидкости с температурой до 200°С (рисунок 1);

• тип УТД и УТДХ — двойные торцевые уплотнения для работы в агрегатах, рабочими средами в которых являются нефтепродукты, сжиженные газы, жидкости, их содержащие,  вредные вещества 2, 3, 4 классов опасности ГОСТ 12.1.007-76 с температурой до 200°С (тип УТД) и температурой до 400°С  (тип УТДХ);
• тип УТТ и УТТХ — уплотнения типа «тандем» для работы в агрегатах, рабочими средами в которых являются нефтепродукты,  сжиженные углеводородные газы, жидкости, их содержащие, вредные вещества 2, 3, 4 классов опасности ГОСТ 12.1.007-76 с температурой среды до 200°С (тип УТТ), с температурой до 400°С (тип УТТХ).

Все типы уплотнений на один и тот же диаметр уплотняемого вала имеют взаимозаменяемые узлы: пары трения, обоймы, резиновые прокладки круглого сечения, пружины, поводковые устройства, зажимы, штуцеры подвода и отвода запирающей и охлаждающей жидкостей, – это значительно сокращает номенклатуру используемых

деталей. Материалы, используемые в парах трения, — графит, силицированный графит, карбид кремния. Резиновые прокладки выполнены из фторкаучуковой резины с повышенной термостойкостью (до 250…300°С).

Одинарные уплотнения типа УТ бывают двух типов: с пружинами, расположенными в перекачиваемом продукте (рисунок 4), и с пружинами, расположенными вне перекачиваемого  продукта (рисунок 5). Уплотнения с пружинами, вынесенными из зоны перекачиваемого продукта, выполняются в тех случаях, когда имеется возможность засорения отверстий и   пружин абразивными частицами, отложениями рабочих сред и т.д. Уплотнения могут быть расположены как внутри сальниковой камеры, так и снаружи, когда размеры камеры слишком малы.

Двойные торцевые уплотнения и уплотнения  типа «Тандем» имеют одинаковое назначение и применение с той лишь разницей, что в двойном уплотнении внутренняя пара трения нагружена от давления затворной жидкости, а в уплотнении типа «тандем» — от уплотняемой жидкости.

Система обслуживания уплотнения типа «тандем» имеет более простую схему, поскольку не требуется высокого давления затворной жидкости. В тех случаях, когда недопустимо попадание затворной жидкости в перекачиваемый продукт, применяются уплотнения типа «тандем».

Однако при работе уплотнений в средах с повышенным содержанием абразивных веществ, а также в высоковязких продуктах и в условиях полусухого трения (имеется большая вероятность газовой пробки) лучше применять двойные торцевые уплотнения.

Долговечность торцевых уплотнений зависит от температурного режима в камере уплотнения. По мнению компетентных специалистов, снижение температуры жидкости на 10°С увеличивает ресурс работы уплотнения в два раза. НПЦ «АНОД» разработал и внедрил двойные уплотнения и уплотнения типа «тандем» для жидкостей с температурой рабочей среды до 400°С. С этой целью к корпусу уплотнения присоединяется холодильник. Холодильник устанавливается в сальниковую камеру с малым зазором по валу и корпусу. Наличие эффективного холодильника позволяет снизить температуру в зоне резиновых колец до 70°С и обеспечить благоприятный температурный режим, а следовательно, повысить ресурс работы уплотнения. Уплотнения типа УТТХ и УТДХ имеют взаимозаменяемые холодильники, что облегчает работу механикам, обслуживающим установки.

Необходимо отметить, что хорошая, надежная работа  торцевых уплотнений зависит от правильного выбора типа торцевого уплотнения, правильного подбора материалов уплотнения, схемы обвязки насосов и квалифицированных действий обслуживающего персонала, и это доказано многолетней совместной работой коллектива НПЦ «АНОД» и ОАО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез».

Там, где вопросы решаются не сиюминутно, а планово, целенаправленно, получается хороший результат: при этом не требуется ни экстренных мер, ни дорогостоящих импортных закупок.

Возможности торцевых уплотнений при перекачке мазута

Правда, которую можно всегда и легко проверить. В возможности торцевых уплотнений при перекачке мазута.

Целью настоящей статьи является ознакомление руководящих работников и ведущих специалистов ТЭЦ и ГРЭС с возможностью использования существующих и новых систем торцевых уплотнений валов насосных агрегатов, существенно повышающих качество эксплуатации мазутного хозяйства.

Не говоря о достоинствах и недостатках торцевых уплотнений разных производителей, хочу обратить внимание на конечную выгоду потребителя торцевых уплотнений, которая по-прежнему складывается из: надежности работы торцевого уплотнения, его стоимости, стоимости ЗИПа и ремонта. Заказчик, выбрав производителя торцевых уплотнений, должен получить экономический эффект от реализации плана по сокращению издержек. Данная выгода подразумевает реальное снижение расходов на обслуживание динамического оборудования в размере около 10% ежегодно в течение трех лет сотрудничества с производителем. Если этого не происходит, то службе механика следует задуматься об эффективности.

Рассмотрим различные виды торцевых уплотнений валов насосов, помогающих решить указанные проблемы с соблюдением требований надежности и безопасности при приемлемой стоимости.

Одинарные торцевые уплотнения

Это первые торцевые уплотнения, которые пришли на смену сальниковым. Имея одну пару колец трения, минимальное количество входящих в состав деталей, уплотнения показали хорошие ресурсные характеристики и существенно меньшие утечки перекачиваемой среды. Уплотнения нашли широкое применение на насосах первого и второго подъема (НК, НД, 5Н5, ОДН и др). Установка холодильника вала перед уплотнением позволила обеспечить работу при высоких температурах перекачиваемого мазута. Были освоены приемы пуска насосов как из «холодного» так и «горячего» состояния, исключающие повреждение уплотнений. Недостатком одинарных уплотнений является невозможность предотвращения утечки при разрушении колец пары трения. В этой ситуации обнаружение и локализация утечки зависят от человеческого фактора. Ввиду высокой надежности одинарных торцевых уплотнений, надзорными органами допущена их эксплуатация до выработки ресурса с последующей заменой на уплотнения со вспомогательным уплотнением в соответствие с требования национального стандарта РФ ГОСТ 31839-2012 (ЕН 809;1998) «Насосы и агрегаты насосные для перекачки жидкостей. Общие требования безопасности».

Одинарные торцевые уплотнения со вспомогательным уплотнением

Такие уплотнения относятся к комбинированным. НПЦ «АНОД» в соответствие с вышеупомянутым ГОСТом разработал и производит комбинированные уплотнения, в которых одинарное и вспомогательное уплотнения выполнены торцевыми и размещены в едином корпусе. Уплотнение – это законченный модуль, не требующий дополнительных проверок и регулировок при монтаже. Контурную ступень образует одинарное уплотнение,  а атмосферную ступень — вспомогательное уплотнение оригинальной конструкции. Особенностью уплотнения является локализация утечки при разрушении колец пары трения контурной ступени вспомогательным уплотнением, подвижное уплотнительное кольцо которого под действием давления уплотняемой среды входит в контакт с неподвижным кольцом, предотвращая неконтролируемую утечку перекачиваемого продукта. Процесс происходит без участия человека и средств автоматики. Для аварийного отключения насоса используется сигнал с датчиков давления. Системы контроля позволяют легко автоматизировать процесс управления группой насосов, подключая резервный и отключая текущий насос.

Двухступенчатые торцевые уплотнения типа УТД (двойные) и УТТ (тандем)

Данный тип уплотнения представляет собой модуль, в корпусе которого установлены одна за другой две ступени одинарных торцевых уплотнений. Каждая из ступеней может обеспечить длительную работу в составе уплотнения при рабочих параметрах перекачиваемой среды. Для осуществления смазки трущихся пар колец и отвода тепла из внутренней полости уплотнения используется бачок с затворной (барьерной) жидкостью, циркуляция которой осуществляется встроенным импеллером. Контроль работы системы обеспечения работоспособности торцевого уплотнения осуществляется путем наблюдения за изменениями температуры, давления и уровня затворной жидкости. Система рассчитана на рабочее давление перекачиваемой среды и герметична относительно внешней среды. Уплотнения типа УТД работают при давлении барьерной жидкости на 0,1…0,3 МПа большем, чем давление среды в сальниковой камере. Таким образом, при разуплотнении контурной ступени, перекачиваемая среда не может попасть во внутреннюю полость уплотнения и привести к потере герметичности атмосферной ступени. Уплотнения типа УТТ работают при давлении затворной жидкости близком к атмосферному. В случае нарушения герметичности контурной ступени буферная жидкость не может попасть в перекачиваемый продукт, имеющем большее давление, и загрязнить его.

Подобные уплотнения уже более 20 лет успешно эксплуатируются в нефтеперерабатывающей промышленности, обеспечивая надежную защиту насосов от утечек через уплотнения. Процесс контроля состояния уплотнения и управления отсечной арматурой может быть легко автоматизирован на базе предусмотренного комплекта КИП. Двухступенчатые уплотнения имеют развитые обслуживающие системы, требуют более высокой квалификации обслуживающего персонала.

Блоки подшипниковые уплотнительные (БПУ)

БПУ были разработаны с целью модернизации центробежных насосов для повышения межремонтного пробега, снижения вибрации, уменьшения числа отказов. При модернизации штатные опорно-уплотнительные системы с подшипниками качения заменяются на специально разработанные подшипниковые-уплотнительные блоки (БПУ). БПУ объединяет в едином корпусе как опорную, так и уплотнительную системы и упрощенно выглядит как двойное торцевое уплотнение, между уплотнительными ступенями которого помещены два упорных и два радиальных подшипника скольжения. Обслуживающие БПУ системы аналогичны применяемым для двухступенчатых торцевых уплотнений. Ввиду существенного улучшения условий работы элементов конструкции блока, многократно увеличен ресурс и межремонтный пробег насоса. В связи с уменьшением отказов уплотнений возросла и безопасность эксплуатации насосов. Следует отметить, что при этом сократились затраты на обслуживание и ремонт.

Ознакомившись с опытом работы европейских НПЗ, можно сделать вывод о том, что там давно существует практика проведения технического аудита состояния работоспособности насоса. Данная практика позволяет заказчику получать рекомендации по состоянию насосного оборудования и повышению его надежности в долгосрочном периоде.

Мазутное хозяйство к настоящему времени является наименее оснащенным конструктивными разработками и технологиями в части ликвидации утечек перекачиваемой среды. Применение рассмотренных уплотнений и БПУ позволяет не только повысить качество предоставляемых услуг, но и в разы увеличить срок службы подшипников и уплотнений, увеличить межремонтный период до 3…5 лет.