Состояние уплотнений валов гидромашин, осевых и радиальных опор скольжения определяют ресурс работы гидромашины в целом, их надежность и долговечность. Условия эксплуатации машин весьма разнообразны и трудно назвать область техники, где бы не возникали проблемы герметизации. Неверный выбор уплотнений или их низкое качество, а также неправильная эксплуатация, могут привести к отклонениям технических показателей работы машин и большим экономическим потерям. Так проведенный анализ отходов нефтяного оборудования, в частности насосов магистральных нефтепроводов, показал, что 50-60% вынужденных остановок происходит из-за износа уплотнений и их отходов. В настоящее время в качестве уплотнений валов применяют уплотнения торцового типа, у которых кольца пар трения, на контакте которых создается гидравлическое сопротивление течению жидкости равное перепаду давления уплотняемой среды. Выбор конструктивных и технологических параметров торцовых уплотнений определяется, в первую очередь, из условий минимального износа контактных колец и минимально допустимой, практически нулевой, утечки уплотняемой среды через торцовую щель пары трения.
Величина износа колец обуславливается свойствами материалов контактной поверхности, характером смазки - дефицитом смазки или плохой смазочной способностью. Положение усугубляется при наличии в уплотняемой среде механических образивных включений и их концентрации.
Для обеспечения высокой износостойкости узлов трения термической, термохимической или других технологических методов обработки материалов, пар трения иногда недостаточно. Необходимы новые материалы, способные повысить износостойкость, долговечность и надежность узла трения.
Наибольший интерес представляют композиционные материалы. Пара трения из таких материалов сочетает в себе одновременно антифрикционные свойства, высокую термостойкость и износостойкость.
Обычно антифрикционность пары трения достигается положительным градиентом механических свойств по глубине разделяемой пленки смазки. Однако, если смазкой служит рабочая среда, не обладающая хорошей смазывающей способностью, то в этом случае необходимо обеспечить положительный градиент механических свойств в самом материале пары трения. Последнее возможно при таком составе материала, который в процессе трения образует на контактной поверхности защитную пленку из структурных составляющих материала в результате его растворения, эффект избирательного переноса.
Такие композиционные материалы получены методом порошковой металлургии. Разработан способ нанесения их на контактные поверхности деталей. Определены оптимальные составы композиций, включающие карбиды вольфрама, медь, никель, кобальт и другие элементы.
Изготовление деталей из износостойких композиций и из твердых материалов вообще затруднено сложностью их механической обработки. Предлагаемый способ позволяет получить комбинированную деталь, износостойкая часть которой состоит из композиционного материала и имеет заданные чертежом размеры. Остальная часть детали выполнена из стали, не представляющей трудности для обработки. Для получения такой детали в стальной заготовке делается канавка, соответствующая размерам контактной поверхности. В канавку равномерным слоем засыпается шихта из порошков металлов, которая затем прессуется, спекается и пропитывается в электропечах восстановительной средой или в вакууме. Пропиткой служат медесодержащие сплавы.
После спекания заготовка подвергается окончательной механической обработке. При этом износостойкий контакт оголяется на необходимую высоту, подвергается шлифовке и финишной притирке, если требуется высокая чистота контактной поверхности.
Контактные кольца (рисунок 1) с износостойкой рабочей поверхностью нашли применение в качестве пар трения торцовых уплотнений нефтяных и водяных насосов, применяемых в системе промыслового сбора и транспорта нефти, поддержания пластового давления, а также транспорта нефти по магистральным нефтепроводам, а также радиальных и осевых опор скольжения.
На основе колец с износостойкой рабочей поверхностью разработан унифицированный узел уплотнения валов нефтяных насосов магистральных трубопроводов. Разработано торцовое уплотнение вала (рисунок 2) с защитой, исключающей выброс нефти в насосное помещение при износе или разрушении колец основной пары трения торцового уплотнения.
Торцовое уплотнение выполнено в виде моноблока и включает унифицированный узел уплотнения, позволяющий устанавливать его на насосах серии "НМ". Защита от выброса нефти в насосное помещение имеет дополнительную гидравлически разгруженную контактную пару трения.
При допустимых утечках или отсутствии утечки через основную рабочую пару трения торцового уплотнения, кольца резервной (стояночной) пары трения раскрыты, не имеют контакта. Возможная допустимая протечка нефти проходит через торцовую щель. Нарушение герметичности основной парой трения с утечкой уплотняемой среды, превышающей допустимые значения, резервная пара под давлением замыкается. Датчик давления в корпусе уплотнения отключает насосный агрегат. Резервная (стояночная) пара трения обеспечивает герметичность выхода вала из корпуса насоса до полной остановки насосного агрегата и закрытия задвижек на входе и выходе насоса.
Разработки защищены патентами Российской Федерации:
№ 2014532 Уплотнение вала. Голуб М.В. и др.
№ 2037756 Уплотнение вала. Голуб М.В. и др.
Технические показатели торцового уплотнения
Давление уплотняемой среды, МПа:
- при работе насоса 5,0
- без вращения вала 10,0
Частота вращения вала, об/мин 3000
Допустимая утечка нефти через уплотнение, см3/ч 150
