Беседа с основателем

Раскрываем секреты долговечных механических уплотнений

В эксплуатационной системе промышленного оборудования механические уплотнения выступают в роли незамеченных героев — тихо защищая концы валов оборудования для транспортировки жидкостей. Они должны предотвращать утечку среды, обеспечивая безопасность производства, а также снижать потери на трение для повышения энергоэффективности. Этот, казалось бы, небольшой компонент напрямую связан с устойчивой работой ключевых отраслей промышленности, таких как химическая переработка, энергетика и водоподготовка. Его технический уровень даже считается важным показателем точности и совершенства машиностроительного производства.

Г-н Тон Ханьцюань, основатель компании Jiangsu Golden Eagle Fluid Machinery Co., Ltd., посвятил этой области 50 лет с 1976 года. Благодаря многолетнему упорству он стал свидетелем всего пути развития отечественных механических уплотнений — от подражания до самостоятельного инновационного развития. Сегодня мы пригласили председателя Тона, чтобы разобраться в эффективности механических уплотнений — от фундаментальных принципов до практического опыта, раскрывая «секреты долговечности» этого важного компонента.

Репортёр : Председатель Тон, с пятьюдесятью годами опыта в отрасли механических уплотнений вы стали свидетелем её развития и трансформаций. Начиная с основ: какой фактор является наиболее важным для увеличения срока службы механических уплотнений при работе в жидкой среде?

Председатель Тон : В конечном итоге все сводится к поддержанию жидкой пленки. Между поверхностями трения динамического и неподвижного колец в механическом уплотнении жидкостная пленка, образованная средой, обеспечивает необходимую смазку. Эта пленка действует как защитный слой — без нее или при ее нестабильности уплотнение быстро выйдет из строя. В компании Golden Eagle мы считаем стабильность жидкой пленки ключевым показателем на всех этапах проектирования и производства.

Репортёр : Какие существуют различные состояния смазки между этими поверхностями трения и как они влияют на срок службы уплотнения?

Председатель Тон : Основываясь на нашем опыте и исследованиях, можно выделить четыре основных состояния:

Сухое трение : Наихудший сценарий, при котором жидкость не попадает на поверхность трения — остаются только пыль и оксидные слои. Это приводит к немедленному выделению тепла, износу и быстрому возникновению утечек. В начале моей карьеры я сталкивался со множеством случаев, когда неправильный монтаж приводил к сухому трению и значительным потерям

Граничная смазка : В теории поверхности уплотнения никогда не бывают абсолютно гладкими. То, что кажется плоским, всё равно имеет микроскопические выступы и впадины. Когда уплотняющая жидкость или среда под давлением попадает в зазор, она заполняет впадины, но не выступы. Впадины получают смазку, а вот выступы испытывают прямой контакт и трение, что приводит к умеренному износу и выделению тепла.

 

Полужидкостное смазывание : Это идеальное состояние. Создавая «макроямки» на торцевых поверхностях посредством нанесения канавок, поддерживается тонкая, но стабильная жидкая пленка. Это снижает коэффициент трения и обеспечивает эффективное уплотнение.

 

Полное жидкостное смазывание : Хотя это может показаться идеальным вариантом из-за отсутствия трения, чрезмерно большой зазор приводит к утечкам — что делает его контрпродуктивным.

Репортёр : Похоже, что полужидкостное смазывание является желаемым состоянием. Какие факторы необходимо учитывать для его достижения?

Председатель Тон : Необходим комплексный подход. Свойства среды имеют фундаментальное значение — например, среды с высокой вязкостью легче образуют жидкие пленки по сравнению со средами с низкой вязкостью. Давление, температура и скорость скольжения также играют ключевую роль: чрезмерное давление может разрушить жидкую пленку, высокая температура может привести к испарению среды, а высокая скорость усиливает трение и выделение тепла.

В Golden Eagle мы проводим детальные расчеты этих параметров на этапе подбора оборудования для клиентов. Кроме того, необходимо оптимизировать такие факторы, как регулировка давления на торцевую поверхность, конструкция смазочной системы и точность обработки трущихся поверхностей. Например, если ранее допустимой шероховатостью поверхности считалось значение Ra0,8, то теперь благодаря прецизионному шлифованию мы достигаем значения Ra0,02, что значительно улучшает удержание жидкой пленки.

Репортёр : Вы упомянули смазочные структуры — нам известно, что компания Golden Eagle обладает значительной технической экспертизой в их усовершенствовании. Можете ли вы рассказать об этом подробнее?

Председатель Тон : Безусловно. Конструктивное проектирование является одной из наших основных компетенций.

Эксцентричные торцевые поверхности : За счет небольшого смещения центра подвижного или неподвижного кольца относительно оси вращения смазка «затягивается» во фрикционную поверхность при вращении. Однако степень эксцентриситета должна быть точной — чрезмерное смещение вызывает неравномерный износ при высоком давлении, а на высоких скоростях требуется тщательная конструкция, чтобы избежать вибраций, вызванных центробежными силами. Мы узнали это на собственном горьком опыте при работе с уплотнениями химических насосов, а позже решили проблему с помощью метода конечных элементов.

Нанесение канавок на торцевую поверхность : В условиях высокого давления и высокой скорости проточки эффективно снижают нарушение масляной пленки, вызванное тепловыделением от трения. Расположение проточек имеет важное значение: для уплотнений с внешним подводом давления проточки следует размещать на неподвижном кольце, чтобы предотвратить попадание загрязнений; для уплотнений с внутренним подводом давления предпочтительнее подвижное кольцо, поскольку центробежная сила способствует удалению загрязнений. Также важны форма, количество и глубина проточек — слишком большое количество или чрезмерная глубина увеличивают утечку. Наши клиновидные проточки повысили эффективность смазки на 30 % по сравнению с более ранними прямоугольными конструкциями.

 

Гидростатическая смазка : Этот метод предполагает использование независимого источника жидкости (например, гидравлического насоса) для подачи под давлением смазки непосредственно на поверхность трения, обеспечивая как смазывание, так и сопротивление давлению рабочей среды. Эта конструкция широко применяется в реакторах высокого давления.

Репортёр : Являются ли задачи смазки более сложными для механических уплотнений в газообразных средах?

Председатель Тон : Да, они действительно сложнее. Такие условия часто связаны с недостаточной смазкой, проблемами отвода тепла и склонностью к утечкам, что требует специализированных конструкций для обеспечения стабильной работы. Обычно мы используем сухие газовые уплотнения, в которых применяются микронные канавки (например, спиральные или Т-образные), создающие гидродинамический эффект, за счёт которого газ сжимается в сверхтонкую плёнку толщиной около 3–5 мкм, обеспечивая работу без контакта. В рамках проекта модернизации для производителя газовых компрессоров этот подход позволил увеличить срок службы уплотнения с 3 до 18 месяцев.

Репортёр : За этими инновациями стояло множество экспериментов и пробных решений?

Председатель Тон безусловно. В 1980-х годах, работая над уплотнениями для насосов нефтеперерабатывающих заводов, мы экспериментировали с канавками на торцевых поверхностях. Сначала слишком большое количество канавок приводило к чрезмерной утечке; слишком малое — к сухому трению. Потребовалось более 20 испытаний, чтобы найти оптимальные параметры. Сегодня молодые инженеры выигрывают от компьютерного моделирования, которое значительно уменьшает необходимость в пробных решениях. Однако я всегда подчеркиваю, что разрыв между лабораторными данными и условиями на местах должен преодолеваться практическим опытом. Именно поэтому Golden Eagle сохраняет прочные позиции в отрасли — мы ценим как теорию, так и практику.

Сегодняшнее обсуждение с председателем Тоном — от принципов смазки жидкоплёночными материалами до конструктивных решений, улучшающих смазку, — раскрыло логику долговечности механических уплотнений. В следующем интервью председатель Тон подробнее рассмотрит практическое применение, изучая стратегии выбора и меры по предотвращению выхода из строя механических уплотнений в различных отраслях, включая химическую промышленность, фармацевтику, нефтепереработку и новые материалы. Оставайтесь с нами!