Как работают сухие газодинамические уплотнения?

Сухие газодинамические уплотнения: применение, конструкции, принципы работы

Сухие газодинамические уплотнения (СГДУ) – устройства для обеспечения герметичности соединений в центробежных насосах, турбокомпрессорах, паровых турбинах, газоперекачивающих установках и другом промышленном оборудовании. Изделия устанавливают на валу агрегата.

Сухие газодинамические уплотнения применяют в процессах с высокими требованиями к надежности и долговечности средств производства. Это высокоскоростные машины, которые перекачивают жидкости и газы при высоком и низком давлении, нагретые, нормальной температуры и охлажденные, нейтральные и опасные для человека и окружающей среды. Основные потребители продукции — предприятия нефтегазовой, химической и энергетической отраслей.

Второе название СГДУ — бесконтактные уплотнения. Принципиальное отличие устройств от обычных уплотнения заключается в отсутствии механического контакта между статической и подвижной втулками. В промежутке находится газовая прослойка, которая предотвращает утечки среды. Сборное устройство работает без жидкой смазки.

Плюсы и минусы использования сухих газодинамических уплотнений

Применение СГДУ увеличивает ресурс узла в несколько раз. Работает принцип: нет контакта — нет трения, механического износа и нагрева.

В перечень преимуществ входит обеспечение безопасности и герметичности (жидкость не вытекает при обратном ходе и остановке насоса), экологичность (отсутствуют протечки, этот фактор важен для агрессивных и токсичных веществ). Конструкция предотвращает попадание буферной жидкости в перекачиваемую среду, поэтому нет загрязнений. За счет высокой производительности труда заказчик быстро окупает инвестиции.

Характеристики сухих газодинамических уплотнений:

К преимуществам относят экономию ресурсов, в первую очередь, электрической энергии. В технологический комплекс не входит насосная система для циркуляции масла, которая потребляет много электроэнергии.

Сухие газодинамические уплотнения эксплуатируются без смазки. Устройство не расходует масло впустую (на протечки). Предприятие не тратит деньги на ликвидацию последствий попадания масла на другие узлы конструкции.

Надежность сухого газодинамического уплотнения зависит от системы обеспечения сухим газом. Оборудование на всех этапах работы подает уплотняющий газ с заданными параметрами.

К минусам CULE относят высокие требования к чистоте газа. Речь идет об отсутствии влаги и размерах механических частиц — не более 10 мкм. С этой задачей справляется система фильтрации.

Бесперебойная работа оборудования зависит от соответствия параметров газа: объема (скорости движения потока) и давления. Если газоперекачивающий агрегат не обеспечивает требуемые значения, возникает перепад давления.

Конструктивное устройство СГДУ

Составляющие части СГДУ и обычных механических (торцевых) уплотнений внешне похожи. Рабочие элементы: седло, пружины, вторичные уплотнения, втулки, другое. Основное отличие заключается в конструкции вращающегося уплотнительного кольца. Половину площади наружного кольца занимают канавки глубиной 1-8 мкм. Часть без углублений называют дамбой.

Бесконтактное уплотнение работает как саморегулируемая система. В сухих газодинамических уплотнениях дамба и канавки обеспечивают гидростатическое и гидродинамическое открытие пары трения. Подробности о напряженном состоянии газов (и возникающих силах равновесия) описаны в основных теоремах гидростатики.

В первом процессе вал не вращается. Гидростатическое открытие происходит под давлением газа. Когда насос запущен, под действием центробежной силы изменяются свойства газовой смазки: повышается температура и вязкость газа. Явление называют гидродинамическим открытием пары трения.

Одинарные и двойные СГДУ

Выбор конструкции зависит от условий эксплуатации и свойств рабочей среды. Наибольшее распространение получили одинарные и двойные СГДУ («тандем» с барьерным уплотнением). Первый тип СГДУ применяют при работе с жидкостями, которые не представляют опасности для людей и окружающей среды.

В схеме «тандем» изделие состоит из двух сухих газодинамических уплотнений, размещенных в одном картридже. Производители выпускают другие модификации бесконтактных уплотнений, которые эффективно работают с определенными типами подшипников. Устройства комплектуют концевыми лабиринтами и внутренними винтовыми уплотнениями. Например, двойное СГДУ «тандем» с одинарным лабиринтом и эжектором рекомендуется использовать с магнитными подшипниками.

Назначение двойных СГДУ «тандем» — для транспортировки среды под высоким давлением или с высокой температурой. В эту категорию входят опасные жидкости или газы. Если расчеты показывают, что невозможно достигнуть заданных параметров, используют трехступенчатые уплотнительные конструкции.

Принцип действия СГДУ

Сухие газодинамические уплотнения функционируют за счет образования тонкого газового слоя (из воздуха или азота), расположенного между вращающимся и неподвижным кольцами. В момент запуска насоса возникает газодинамический эффект.

Направления движения воздуха формируют микроуглубления на вращающемся уплотнительном кольце. У спиральных канавок три назначения: создавать разность давлений, удерживать газовую прослойку и предотвращать контакт поверхностей.

Кроме внутренних сил, сухие газодинамические уплотнения испытывают внешние воздействия. Суммарное значение всех усилий уравновешивается давлением газа. СГДУ — саморегулируемая система, которая автоматически изменяет зазор, обеспечивает стабильность работы при постоянных и переменных нагрузках.

При вращении механические части бесконтактного уплотнения немного нагреваются. Разность температур незначительна, поэтому в технологическом процессе не предусмотрен отвод тепла. Если устройство работает в экстремальных условиях, организуют принудительное охлаждение.

Сухие газодинамические уплотнения — перспективное решение для современных промышленных систем и модернизации морально устаревшего оборудования. Применение новых разработок повышает энергоэффективность, снижает эксплуатационные расходы и сводит на нет риск утечек. Обратитесь к консультанту компании «Промтехфильтр», чтобы узнать подробности о конкретной модели сухого газодинамического уплотнения.