Механические торцевые скользящие уплотнения

(уплотнения типа «Двойной конус»)


Вот уже более 60 лет производители промышленного оборудования используют механические торцевые скользящие уплотнения, которые защищают их компоненты от воздействия экстремальных, абразивных и коррозионных сред. Такого рода уплотнение обеспечивает защиту широкого спектра оборудования и механизированной техники, работающих в неблагоприятных условиях, таких как грязь, камни, песок, химикаты, вода, повышенная температура и холод.


Уплотнение должно обеспечивать длительный срок службы при минимальных затратах на техническое обслуживание, что увеличивает время безотказной работы оборудования, и производительность. Незапланированный простой оборудования обходится очень дорого.

Кроме того, уплотнения защищают внутренние рабочие компоненты, такие как подшипники и шестерни, при работе с абразивными материалами и позволяют использовать масло в качестве смазочного материала вместо консистентной смазки, что снижает трение и увеличивает срок службы.

Уплотнение состоит из двух металлических уплотняющих колец. Они устанавливаются в независимые канавки лицом к лицу. Эластомерные элементы центрируют уплотнение в канавке.
Скорость вращения, смазка, температура и перепад давления являются факторами, которые необходимо учитывать при определении торцевых нагрузок на уплотнения.

Качественные уплотнения обеспечивают хорошую производительность при широком диапазоне торцевых нагрузок, что позволяет компенсировать значительное увеличение допусков при сборке, несоосность и износ.
Уплотнение должно обеспечивать длительный срок службы при минимальных затратах на техническое обслуживание, что увеличивает время безотказной работы оборудования, и производительность. Незапланированный простой оборудования обходится очень дорого.

Кроме того, уплотнения защищают внутренние рабочие компоненты, такие как подшипники и шестерни, при работе с абразивными материалами и позволяют использовать масло в качестве смазочного материала вместо консистентной смазки, что снижает трение и увеличивает срок службы.

Уплотнение состоит из двух металлических уплотняющих колец. Они устанавливаются в независимые канавки лицом к лицу. Эластомерные элементы центрируют уплотнение в канавке.
Скорость вращения, смазка, температура и перепад давления являются факторами, которые необходимо учитывать при определении торцевых нагрузок на уплотнения.

Качественные уплотнения обеспечивают хорошую производительность при широком диапазоне торцевых нагрузок, что позволяет компенсировать значительное увеличение допусков при сборке, несоосность и износ.
Эластомерные кольца имеют три различные функции:

  • создают равномерное усилие прижима по лицевой поверхности с помощью своей эластичности
  • действуют как статическое уплотнение по поверхности канавки и внешней поверхности металлического кольца
  • передают момент с вращающейся половины канавки через лицевую поверхность на неподвижную половину предотвращая взаимное скольжение эластомерного кольца относительно канавки и эластомерного кольца относительно металлического кольца с помощью заданной шероховатости как поверхности канавки, так и металлического кольца
Эластомерные кольца имеют три различные функции:

  • создают равномерное усилие прижима по лицевой поверхности с помощью своей эластичности
  • действуют как статическое уплотнение по поверхности канавки и внешней поверхности металлического кольца
  • передают момент с вращающейся половины канавки через лицевую поверхность на неподвижную половину предотвращая взаимное скольжение эластомерного кольца относительно канавки и эластомерного кольца относительно металлического кольца с помощью заданной шероховатости как поверхности канавки, так и металлического кольца.
Уплотнение имеет клиновидную форму канавки по внутреннему диаметру лицевой поверхности специально для более легкого проникновения смазки к лицевой поверхности. Смазка должна там находиться постоянно и создавать тонкую плёнку между трущимися поверхностями за счёт капиллярного эффекта и центробежных сил. Вращается только одна половина уплотнения. Контактная поверхность уплотнения получается путём шлифовки и притирки.
Уплотнение имеет клиновидную форму канавки по внутреннему диаметру лицевой поверхности специально для более легкого проникновения смазки к лицевой поверхности. Смазка должна там находиться постоянно и создавать тонкую плёнку между трущимися поверхностями за счёт капиллярного эффекта и центробежных сил. Вращается только одна половина уплотнения. Контактная поверхность уплотнения получается путём шлифовки и притирки.

1 - Уплотнительное кольцо, неподвижное

2 - Кольцо круглого сечения

3 - Уплотнительное кольцо, вращающееся

4 - Кольцо круглого сечения

Уплотнение не должно подвергаться одновременному воздействию максимального давления и максимальной скорости.

Рабочее давление: как правило, рассчитывается дифференцированно, давление изнутри наружу уплотнения. Максимальное давление 0,3 МПа.

Скорость:
Чугун: 8,0 м/с при наличии смазки.
Сталь: 2,2 м/с при наличии смазки.

Температура: -55…+180 °С, в зависимости от материала эластомерного кольца.

Смазка, среда:
Смазка несёт две важных функции, поэтому она необходима во всех случаях. Она уменьшает трение между прецизионными лицевыми поверхностями уплотнений, и используется как охлаждающее вещество для вала и канавки. Лучшие результаты с учетом истирания и ресурса достигаются с масляной смазкой. Консистентная смазка допустима, но требует особого внимания. Она может быть использована только для медленного движения. Допустимый уровень масла – 1/2 или 1/3 внутреннего диаметра уплотнения. Чтобы обеспечить достаточный объем для теплового расширения, невентилируемые полости не должны быть заполнены более чем на 90%.
Особо рекомендуются трансмиссионные масла, например SAE80 или SAE90. В других случаях допустима менее вязкая смазка, такая, как масла SAE 20W20 или 10W40. Уровень масла должен быть между осью вала и 2/3 диаметра уплотнения.

Металлические части:
Подшипниковая сталь (100Cr6) из кованых или горячекатаных заготовок или из горячекатаных труб.
Высоколегированный чугун из литых заготовок.

Опыт эксплуатации и лабораторные исследования показывают, что уплотнения, выполненные из высоколегированного чугуна, имеют более длительный, почти в 2 раза, срок эксплуатации.
Уплотнение не должно подвергаться одновременному воздействию максимального давления и максимальной скорости.

Рабочее давление: как правило, рассчитывается дифференцированно, давление изнутри наружу уплотнения. Максимальное давление 0,3 МПа.

Скорость:
Чугун: 8,0 м/с при наличии смазки.
Сталь: 2,2 м/с при наличии смазки.

Температура: -55…+180 °С, в зависимости от материала эластомерного кольца.

Смазка, среда:
Смазка несёт две важных функции, поэтому она необходима во всех случаях. Она уменьшает трение между прецизионными лицевыми поверхностями уплотнений, и используется как охлаждающее вещество для вала и канавки. Лучшие результаты с учетом истирания и ресурса достигаются с масляной смазкой. Консистентная смазка допустима, но требует особого внимания. Она может быть использована только для медленного движения. Допустимый уровень масла – 1/2 или 1/3 внутреннего диаметра уплотнения. Чтобы обеспечить достаточный объем для теплового расширения, невентилируемые полости не должны быть заполнены более чем на 90%.
Особо рекомендуются трансмиссионные масла, например SAE80 или SAE90. В других случаях допустима менее вязкая смазка, такая, как масла SAE 20W20 или 10W40. Уровень масла должен быть между осью вала и 2/3 диаметра уплотнения.

Металлические части:
Подшипниковая сталь (100Cr6) из кованых или горячекатаных заготовок или из горячекатаных труб.
Высоколегированный чугун из литых заготовок.

Опыт эксплуатации и лабораторные исследования показывают, что уплотнения, выполненные из высоколегированного чугуна, имеют более длительный, почти в 2 раза, срок эксплуатации.
Эластомерные части:

Стандартное уплотнительное кольцо рассчитано на твердость 60±5 по Shore А (ASTM D2240), при использовании уплотнительных колец с другой твёрдостью, в некоторых случаях, необходимо регулировать зазор.

Стандартный зазор должен быть увеличен для применений, в которых постоянная окружная скорость составляет более 3 м/с. В этих условиях деформация деталей из эластомера уменьшается, а также уменьшается первоначальное осевое сжатие на поверхности уплотнения. В системах с быстрым вращением необходимо обеспечить непрерывную смазку и циркуляцию масла.

Для удовлетворения различных требований к условиям эксплуатации доступны различные материалы для эластомерных колец. Наиболее распространенными материалами является NBR, в то время как для более специализированных применений доступны HNBR (гидрированный нитрил) и FKM (фторэластомер).
Для эластомерных колец используются следующие материалы:

NBR – бутадиен-акрилонитрильная резина
NBR совместим с большинством смазочных масел на минеральной основе, уплотнительные кольца обладают максимальной стойкостью к истиранию. Это наиболее распространенный материал для изготовления уплотнительных колец, который используется в большинстве стандартных осей, бортовой передачи и ходовой части.

NBR (LT) – бутадиен-акрилонитрильная резина для низких температур
Низкотемпературный нитрил был специально разработан для применения в условиях высокой абразивности и низких температур. Типичные области применения - натяжители ходовой части, ролики и бортовые передачи, катки.

HNBR – гидрированная бутадиен-акрилонитрильная резина
Гидрированный нитрил — это материал на основе нитрила, который по своим характеристикам очень похож на стандартный нитрил по стойкости к истиранию, но гидрированный нитрил обладает лучшей термостойкостью и устойчивостью к остаточной деформации.

Гидрированный нитрил представляет собой усовершенствование обычного нитрильного полимера, в котором полимерная цепь подвергается процессу гидрирования, что приводит к повышению стойкости полимерной цепи к химическому воздействию. Это обеспечивает материалу повышенную химическую и температурную стойкость, а также хорошие механические свойства.

Хорошо обработанный HNBR будет обладать как высокой прочностью, так и высоким относительным удлинением при разрыве, что делает его востребованным к применению материалом. Однако его стоимость будет выше, чем у стандартных материалов из NBR. Сочетание более высокой температурной стойкости, лучшего сопротивления текучей среде и высокой прочности делает этот материал популярным для применения во многих промышленных сферах, где присутствуют агрессивные среды.

Хорошая устойчивость к озону также делает этот материал пригодным для работы при высоких температурах и высоком давлении сжатого воздуха, что приводит к быстрому старению обычного нитрила. Он также находит применение в других областях, где преимуществом является высокая прочность при повышенной температуре.

VMQ – силиконовая резина
Силикон используется при экстремально высоких (системы дисковых тормозов с мокрым приводом) или экстремально низких температурах (арктическая среда).

FKM – фторкаучуковая резина
Фторэластомер, который обычно используется там, где опасны экстремально высокие температуры, а низкие температуры не являются проблемой.

В таблице ниже приведено краткое сравнение вариантов уплотнительных колец для механического торцевого скользящего уплотнения.
Эластомерные части:

Стандартное уплотнительное кольцо рассчитано на твердость 60±5 по Shore А (ASTM D2240), при использовании уплотнительных колец с другой твёрдостью, в некоторых случаях, необходимо регулировать зазор.

Стандартный зазор должен быть увеличен для применений, в которых постоянная окружная скорость составляет более 3 м/с. В этих условиях деформация деталей из эластомера уменьшается, а также уменьшается первоначальное осевое сжатие на поверхности уплотнения. В системах с быстрым вращением необходимо обеспечить непрерывную смазку и циркуляцию масла.

Для удовлетворения различных требований к условиям эксплуатации доступны различные материалы для эластомерных колец. Наиболее распространенными материалами является NBR, в то время как для более специализированных применений доступны HNBR (гидрированный нитрил) и FKM (фторэластомер).
Для эластомерных колец используются следующие материалы:

NBR – бутадиен-акрилонитрильная резина
NBR совместим с большинством смазочных масел на минеральной основе, уплотнительные кольца обладают максимальной стойкостью к истиранию. Это наиболее распространенный материал для изготовления уплотнительных колец, который используется в большинстве стандартных осей, бортовой передачи и ходовой части.

NBR (LT) – бутадиен-акрилонитрильная резина для низких температур
Низкотемпературный нитрил был специально разработан для применения в условиях высокой абразивности и низких температур. Типичные области применения - натяжители ходовой части, ролики и бортовые передачи, катки.

HNBR – гидрированная бутадиен-акрилонитрильная резина
Гидрированный нитрил — это материал на основе нитрила, который по своим характеристикам очень похож на стандартный нитрил по стойкости к истиранию, но гидрированный нитрил обладает лучшей термостойкостью и устойчивостью к остаточной деформации.

Гидрированный нитрил представляет собой усовершенствование обычного нитрильного полимера, в котором полимерная цепь подвергается процессу гидрирования, что приводит к повышению стойкости полимерной цепи к химическому воздействию. Это обеспечивает материалу повышенную химическую и температурную стойкость, а также хорошие механические свойства.

Хорошо обработанный HNBR будет обладать как высокой прочностью, так и высоким относительным удлинением при разрыве, что делает его востребованным к применению материалом. Однако его стоимость будет выше, чем у стандартных материалов из NBR. Сочетание более высокой температурной стойкости, лучшего сопротивления текучей среде и высокой прочности делает этот материал популярным для применения во многих промышленных сферах, где присутствуют агрессивные среды.

Хорошая устойчивость к озону также делает этот материал пригодным для работы при высоких температурах и высоком давлении сжатого воздуха, что приводит к быстрому старению обычного нитрила. Он также находит применение в других областях, где преимуществом является высокая прочность при повышенной температуре.

VMQ – силиконовая резина
Силикон используется при экстремально высоких (системы дисковых тормозов с мокрым приводом) или экстремально низких температурах (арктическая среда).

FKM – фторкаучуковая резина
Фторэластомер, который обычно используется там, где опасны экстремально высокие температуры, а низкие температуры не являются проблемой.

В таблице ниже приведено краткое сравнение вариантов уплотнительных колец для механического торцевого скользящего уплотнения.
Инженеры компании «ЭКСПЕРТСИЛ» готовы проанализировать ваши требования к уплотнению и порекомендовать оптимальный вариант, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.
Инженеры компании «ЭКСПЕРТСИЛ» готовы проанализировать ваши требования к уплотнению и порекомендовать оптимальный вариант, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

Автор: Максим Ионов

Менеджер по развитию партнеров

ООО "ЭКСПЕРТСИЛ"

Автор: Максим Ионов

Менеджер по развитию партнеров

ООО "ЭКСПЕРТСИЛ"