В понимании принципа работы механических уплотнений нам поможет Рисунок №1 (см. ниже). На нем красным цветом изображено неподвижное кольцо (5), которое жестко крепится к задней стенке корпуса насоса (7). Чтобы между неподвижным кольцом и корпусом насоса не было утечек, используется эластомерный элемент (6). Поскольку кольцо неповижно, то этот эластомер не испытывает трения, а следовательно не изнашивается. Вал рабочего колеса проходит внутри неподвижного кольца, но не задевает его. Это важный момент, так как если бы кольцо и вал контактировали, то между ними не проходила бы жидкость, и само по себе кольцо было бы уплотнителем. Однако по такому принципу устроены сальниковые или манжетные уплотнения. Сама же идея торцевого уплотнения исключает трение между валом и уплотнением. Трение приводит к износу и вала и уплотнения и поэтому сальниковые и манжетные уплотнения недолговечны и требуют регулярного осмотра и замены.
Поскольку вал не задевает неподвижное кольцо, то между ними свободно проходила бы жидкость, если бы не второе вращаемое кольцо (4), которое насажено на вал вплотную к неподвижному. Поверхность подвижного и неподвижного колец и называют парой трения. Эта пара трения единственный трущийся элемент конструкции. В зазоре между кольцами, который составляет меньше микрона, образуется тончайшая пленка жидкости. Она служит для смазки поверхностей пары трения и препятствует их перегреву.
Для упрощения конструкции подвижное кольцо следовало бы жестко закрепить на валу и место стыка вала с кольцом уплотнить эластомером. Тогда вся конструкция состояла бы только из пары колец, одно из которых прикреплено к задней стенке насоса, а другое к валу. К сожалению, это невозможно, ибо во время работы насоса происходит осевое смещение вала. Это приведет к тому, что кольца сближались бы друг с другом, а затем удалялись. В увеличенный зазор между ними будет попадать жидкость, даже если величина зазора составит всего 0,01 мм. Весь герметизирующий принцип пошел бы насмарку. Необходим элемент, который будет обеспечивать непрерывный и плотный контакт между двумя кольцами уплотнения. Этим элементом будет выступать пружина (10) или сильфон.
|
|
Теперь становится понятным, почему вращающееся кольцо не является жестко установленным на валу. Если его перемещение в радиальной плоскости вала не так важно, то в осевом направлении оно регулярно должно смещаться относительно вала, чтобы компенсировать благодаря пружине или сильфону осевые биения вала. Чтобы пружина (сильфон) могли действовать на вращающееся кольцо уплотнения, они должны быть прикреплены к какому-то элементу, жестко закрепленному на валу и вращающемуся вместе с валом. Таким элементом может выступать корпус уплотнения или сам сильфон. На рисунке №1 мы видим как к корпусу уплотнения, изображенному синим цветом, прикреплены пружины (10), которые прижимают подвижное кольцо (4) к неподвижному (5).
Чтобы заставить подвижное кольцо вращаться вместе с валом требуется передать ему крутящий момент вала. Эту функцию может выполнить центральная пружина или металлический сильфон. В нашем уплотнении использованы маленькие периферийные пружины (10), которые не могут передать крутящий момент вала. Такую роль выполняет штифт (3), который соединяет корпус уплотнения (7) и вращаемое кольцо (4).
|
|
Остается добавить последний штрих. Чтобы жидкость не проникала между валом и подвижным кольцом, используют дополнительный уплотнительный элемент из эластомера (2). В такой конструкции из-за осевых биений вала в месте соединения эластомерного кольца с валом постоянно происходят микросмещения, которые со временем приводят к износу вала и уплотнительного элемента. Этого недостатка лишены уплотнения с сильфонами. Эластомерные сильфоны сами по себе выступают таким уплотняющим элементом, они плотно "обхватывают" и вал и подвижное кольцо. Устройство такого уплотнения можно увидеть ниже на рисунке №3. При использовании металлических сильфонов уплотнение из эластомера стоит между корпусом уплотнения и валом. Сильфон в отличие от пружины является герметичным, он с одной стороны плотно прилегает к корпусу уплотнения, с другой к подвижному кольцу. В уплотнениях с металлическим сильфоном также исчезает потребность в дополнительном уплотнении между валом и вращаемым кольцом, что позволяет избежать износа вала.