Графитовые уплотнения для водяных насосов

Графитовые уплотнения для водяных насосов

Графитовые уплотнения применяются в центробежных насосах для герметизации пространства между вращающимся валом и корпусом. В промышленной практике используют два основных типа уплотнительных узлов: сальниковые набивки и торцевые (механические) уплотнения.

Сальниковые набивки с графитовой пропиткой

Сальниковая набивка представляет собой шнур из волокнистого материала, пропитанный графитовым составом и смазкой. Этот тип уплотнения используется в насосном оборудовании уже несколько десятилетий и до сих пор применяется благодаря простоте конструкции и надёжности.

Принцип работы сальникового уплотнения

Набивку укладывают в сальниковую камеру вокруг вала центробежного насоса и прижимают при помощи специальной крышки (буксы), затянутой гайками на шпильках. Мягкий материал заполняет зазоры между валом и корпусом, обеспечивая герметичность соединения. Графит в составе набивки снижает коэффициент трения и обеспечивает смазку пары трения.

По мере износа набивки гайки подтягивают для компенсации уплотнения. Эту операцию повторяют до тех пор, пока позволяет ход резьбы на шпильках, после чего набивку заменяют. Перекачиваемая жидкость одновременно выполняет функцию охлаждающей среды, поэтому центробежные насосы с сальниковым уплотнением нельзя эксплуатировать без жидкости — это приводит к перегреву и разрушению набивки.

Материалы сальниковых набивок

Для изготовления графитовых набивок применяют различные волокнистые основы: хлопчатобумажное волокно, синтетические нити, арамидное волокно, терморасширенный графит. Выбор материала зависит от температуры и химического состава перекачиваемой среды.

Торцевые уплотнения из графита

Торцевое (механическое) уплотнение — современное решение для герметизации валов насосного оборудования. Конструкция состоит из двух основных элементов: неподвижного кольца, закреплённого в корпусе насоса, и вращающегося кольца, установленного на валу.

Устройство и принцип работы

Специальная пружина или сильфон прижимает подвижное кольцо к неподвижному. Герметизация обеспечивается за счёт контакта тщательно отполированных торцевых поверхностей колец. При работе насоса между поверхностями образуется тонкая жидкостная плёнка, которая одновременно обеспечивает смазку и охлаждение пары трения.

В зависимости от конструкции торцевые уплотнения подразделяют на одинарные и двойные, пружинные и сильфонные, картриджные и компонентные. Двойные уплотнения применяют при перекачивании токсичных, легковоспламеняющихся или дорогостоящих жидкостей, когда недопустима даже минимальная утечка.

Преимущества торцевых уплотнений

По сравнению с сальниковыми набивками, торцевые уплотнения обладают рядом преимуществ: минимальные потери на трение, практически полная герметичность, не требуют регулярного обслуживания и подтяжки, длительный срок службы. Кольца трения изготавливают из графита, керамики, карбида кремния и других износостойких материалов.

Материалы графитовых уплотнительных колец

Для изготовления уплотнительных колец торцевых уплотнений применяют несколько видов графитовых материалов, каждый из которых обладает специфическими свойствами.

Силицированный графит

Силицированный графит — композитный материал, получаемый пропиткой пористого графита расплавленным кремнием при температуре выше 1600 °C. В результате реакции образуется материал, состоящий из карбида кремния, углерода и непрореагировавшего кремния. Соотношение компонентов зависит от марки материала: СГ-М (мягкий), СГ-П (прочный), СГ-Т (твёрдый).

Карбид кремния обеспечивает высокую жаропрочность и износостойкость, а графитовая составляющая — самосмазываемость и стойкость к тепловым ударам. Плотность силицированного графита составляет от 2,1 до 3,0 г/см³.

Марка СГ-П применяется для изготовления торцевых уплотнений и работает при температурах до 400–450 °C, удельных давлениях до 15 МПа и скоростях скольжения до 200 м/с. Срок службы узлов трения из СГ-П при соблюдении условий эксплуатации достигает 50 000 часов.

Терморасширенный графит

Терморасширенный графит (ТРГ) — материал с содержанием углерода не менее 98–99%, не содержащий смол и неорганических наполнителей. Получают методом термического расширения интеркалированного графита. ТРГ обладает пористостью до 90–98% и высокой гибкостью.

Рабочая температура изделий из ТРГ на воздухе составляет от −200 до +450–650 °C (в зависимости от условий). В инертных средах и вакууме материал сохраняет работоспособность до 2000–2500 °C. Терморасширенный графит не плавится, но при температуре свыше 3300 °C начинается сублимация.

Из ТРГ изготавливают уплотнительные кольца, ленты и сильфонные элементы для торцевых уплотнений, работающих в агрессивных средах и условиях температурных перепадов.

Свойства графитовых уплотнений

Графитовые материалы обладают комплексом свойств, определяющих их применение в уплотнительных узлах насосов:

• низкий коэффициент трения (самосмазываемость)
• химическая инертность к большинству агрессивных сред
• незначительный коэффициент теплового расширения
• высокая теплопроводность
• стойкость к коррозии
• способность работать при кратковременном сухом ходе (для силицированного графита)

Выбор типа уплотнения

При выборе уплотнения для водяного насоса учитывают характеристики перекачиваемой среды (температура, давление, химический состав, наличие абразивных частиц), условия эксплуатации и требования к герметичности.

Сальниковые набивки применяют в насосах с невысокими требованиями к герметичности, при перекачивании чистых жидкостей и умеренных температурах. Торцевые уплотнения из силицированного графита выбирают для работы в агрессивных средах, при высоких давлениях и скоростях вращения вала.

Формы поставки

Графитовые уплотнения поставляются в различных исполнениях: сальниковые набивки в виде шнура различных сечений, уплотнительные кольца стандартных типоразмеров, торцевые уплотнения в сборе (картриджного типа), заготовки для изготовления колец по чертежам заказчика.