Сальниковая набивка: что это такое, почему она используется и как она работает

Что такое сальниковая набивка — конструкция и основная концепция

Сальниковая набивка работает по простому механическому принципу: гибкий деформируемый материал, прижатый радиально к вращающемуся или совершающему возвратно-поступательное движение валу, создает уплотнительную поверхность, ограничивающую утечку жидкости. Термин «сальник» относится к механическому узлу — сальнику, уплотнительным кольцам внутри него и толкателю сальника (гайке сальника или пластине сальника), который сжимает набивку. Термин «набивка» относится к самому уплотнительному материалу.

Механизм уплотнения работает следующим образом: при затягивании толкателя сальника он прикладывает осевое сжимающее усилие к пакету уплотнительных колец. Поскольку материал набивки мягче, чем вал и стенки сальника, это осевое сжатие приводит к радиальному расширению набивки внутрь (к валу) и наружу (к отверстию), создавая уплотнительный контакт на всех поверхностях одновременно. Ключевой характеристикой, отличающей сальниковую набивку от других методов уплотнения, является ее конструкция с контролируемой утечкой — правильно отрегулированное сальниковое уплотнение не обеспечивает нулевую утечку. Вместо этого он отрегулирован так, чтобы обеспечить небольшую, преднамеренную скорость капель, которая отводит тепло от поверхности раздела набивки и вала и поддерживает тонкую смазочную пленку между волокнами набивки и вращающейся поверхностью вала.

Приемлемая скорость капель для правильно отрегулированного сальника центробежного насоса составляет 40–60 капель в минуту — примерно 3–5 мл в минуту — этого достаточно для обеспечения охлаждения и смазки, не создавая при этом ненужных или экологически вредных утечек. Если сальник затянут так, чтобы не было капель, набивка нагревается, поверхность вала быстро изнашивается, а сама набивка обугливается и затвердевает в течение нескольких часов работы.

Почему используется сальниковое уплотнение — применение и преимущества

Сальниковая набивка по-прежнему широко используется, несмотря на разработку более сложных технологий уплотнений (механические уплотнения, манжетные уплотнения, лабиринтные уплотнения), поскольку она предлагает конкретные практические преимущества в конкретных приложениях, которые не воспроизводятся новыми технологиями:

Что делает сальниковая набивка — объяснение механической функции

Сальниковая набивка (узел, а не только материал) одновременно выполняет четыре функции, которые вместе поддерживают систему уплотнений на протяжении всего срока службы оборудования:

• Сжимает уплотнительные кольца: толкатель сальника — фланцевое кольцо или гайка с резьбой, которая упирается в верхнее кольцо пакета сальников — обеспечивает регулируемое осевое сжатие сальника. Это сжатие является источником радиальной силы уплотнения. По мере того как набивка со временем изнашивается и сжимается, толкатель сальника периодически выдвигается (затягиваются гайки сальника), чтобы поддерживать правильное давление уплотнения. Направляющая сальника должна быть затянута с небольшим шагом (от 1/6 до 1/4 оборота) Между регулировками должно пройти 15–20 минут, чтобы набивка перераспределилась и скорость капель стабилизировалась.
• Поддерживает контролируемый путь утечки: Сальник имеет определенную глубину и диаметр отверстия, что определяет количество и размер размещаемых в нем уплотнительных колец. Геометрия сальника в сочетании с диапазоном хода толкателя сальника контролирует степень сжатия, достижимую при установленном набивке. Сальниковая коробка, позволяющая затягивать толкатель сальника до тех пор, пока он не окажется заподлицо с отверстием или не войдет в него, пережата; тогда набивка испытывает чрезмерную радиальную нагрузку, нагревая вал и сокращая срок службы набивки.
• Вмещает фонарное кольцо (закалочное кольцо), где это применимо: В насосах, перекачивающих горячие жидкости, летучие жидкости или абразивные суспензии, фонарное кольцо — проставочное кольцо с прорезями или канавками — располагается между кольцами уплотнения, чтобы обеспечить возможность впрыскивания внешней жидкости (промывочной воды или закалочной жидкости) в центр пакета уплотнений. Этот впрыск охлаждает набивку, подает чистую смазочную жидкость к границе раздела вала и — при работе со шламами — предотвращает миграцию абразивной технологической жидкости в зону набивки со стороны насоса. Фонарное кольцо должно совпадать с внешним отверстием для впрыска жидкости в стенке сальника, что требует установки сальникового кольца в определенной последовательности.
• Обеспечивает контролируемую поверхность износа вала: Втулка вала — закаленная цилиндрическая втулка, надетая на вал насоса в зоне сальника — представляет собой сменную поверхность износа, по которой может сталкиваться набивка. При правильной регулировке набивки износ втулки вала будет постепенным и предсказуемым. Втулка вала, работающая под правильным сальниковым уплотнением, обычно служит 12 000–25 000 часов работы прежде чем требовать замены. Втулки вала обходятся значительно дешевле, чем замена самого вала, поэтому конструкция возобновляемой втулки повсеместно используется в конструкции промышленных насосов.

Типы и выбор материалов набивки сальника

Производительность установки сальниковой набивки определяется, прежде всего, материалом, выбранным для условий эксплуатации. Выбор неправильного материала уплотнения является основной причиной преждевременного выхода из строя уплотнения, износа втулки вала и чрезмерных утечек в промышленных насосах.

Для большинства промышленных насосов общего назначения, перекачивающих воду, охлаждающую воду или легкие технологические жидкости с температурой ниже 120°C, экономичным стандартом является плетеная акриловая набивка с пропиткой из ПТФЭ или набивка из чистого ПТФЭ. Для паровых клапанов — наиболее требовательных к температуре и наиболее серьезных последствий утечек — штампованные кольца из расширенного графита являются отраслевым стандартом, указанным производителями клапанов, включая Flowserve, Crane и Velan, в качестве основного уплотнительного материала для паровых клапанов класса 600 и выше.

Как правильно установить сальниковую набивку

Неправильная установка сальникового уплотнения является причиной большего количества отказов уплотнения и повреждения втулки вала, чем ошибки выбора сальникового материала. Следующая последовательность установки применима к сальникам центробежных насосов и представляет собой стандартную отраслевую практику:

• Полностью удалите старую упаковку: Используйте упаковочный крюк или экстрактор, чтобы снять все старые уплотнительные кольца по отдельности. Никогда не оставляйте частичные кольца в сальниковой камере — спрессованные остатки набивки затвердевают и создают твердую основу, из-за которой новая набивка загружается неравномерно, образуя горячие точки на валу. Тщательно очистите отверстие сальника и втулку вала; любой мусор или затвердевшие остатки приведут к преждевременному износу новой установки.
• Отмерьте и отрежьте новые кольца точной длины: Оберните полоску упаковочного материала вокруг вала нужного диаметра и разрежьте так, чтобы обеспечить стыковое соединение с нулевой разрыв (не перекрытие). Не срезайте кольца с катушки на глаз или путем подсчета витков — ошибка длины более 3% приводит либо к зазору (путь утечки), либо к перекрытию (локальная концентрация давления, которая разрезает вал). Если вал недоступен, для резки используйте оправку того же диаметра, что и втулка вала.
• Кольца устанавливайте по одному в шахматном порядке: Вставляйте каждое кольцо по отдельности, плотно прижимая его к нижней части сальника с помощью разъемной втулки или подбивочного инструмента, прежде чем вставлять следующее кольцо. Сдвиньте стыковые соединения каждого кольца в шахматном порядке. 90 градусов от предыдущего кольца (для комплекта из четырех колец: соединения на 12, 3, 6 и 9 часах). Ступенчатые соединения предотвращают образование прямых путей утечки через пакет набивок.
• Правильно расположите фонарное кольцо: Если указано фонарное кольцо, сначала установите правильное количество уплотнительных колец позади него (по направлению к рабочему колесу насоса), затем фонарное кольцо, а затем остальные кольца. Прежде чем затягивать толкатель сальника, убедитесь, что фонарное кольцо находится по центру промывочного отверстия в стенке сальника: несоосное фонарное кольцо блокирует подачу промывочной воды и приводит к высыханию внутреннего уплотнения и его перегреву.
• Затяните толкатель сальника вручную плюс одну плоскую часть: При первоначальной сборке затяните гайки сальника вручную, затем продвиньте их на одну гайку (приблизительно на 1/6 оборота). Запустите насос и наблюдайте за скоростью капель. Разрешить 15–20 минут работы прежде чем вносить какие-либо корректировки, убедитесь, что набивка прижилась и скорость капель стабилизировалась. Целевая скорость капель составляет 40–60 капель в минуту. Если скорость капель слишком велика, продвиньте гайки сальника на 1/6 оборота и подождите еще 15 минут. Не затягивайте до отсутствия капель — отсутствие капель означает, что набивка находится в полном контакте без смазки, что приводит к немедленному выделению тепла и износу.

Сальниковое уплотнение или механическое уплотнение — выбор правильного уплотнительного решения

Выбор между сальниковая набивка а механическое уплотнение — это не сравнение качества, а соответствие области применения. Каждая технология имеет определенный диапазон производительности и набор условий, при которых она является предпочтительным решением. В приведенной ниже матрице решений суммированы ключевые факторы:

В приложениях, связанных с токсичными, канцерогенными или летучими органическими соединениями, где любая утечка в атмосферу недопустима в соответствии с экологическими нормами, такими как Директива ЕС по промышленным выбросам или требования LDAR Агентства по охране окружающей среды США (обнаружение и ремонт утечек), механические уплотнения или сильфонные уплотнения являются обязательными, а сальниковая набивка не является допустимой альтернативой. Во всех других приложениях выбор зависит от приведенных выше практических факторов, а не от общего предпочтения одной технологии перед другой.