Розмова з засновником

Відкриття таємниць довговічних механічних ущільнень

У робочій системі промислового обладнання механічні ущільнення виступають незваними героями — тихо захищаючи кінці валів обладнання для транспортування рідин. Вони мають запобігати витоку середовища, забезпечуючи безпеку виробництва, а також зменшувати втрати на тертя для підвищення енергоефективності. Цей, здавалося б, невеликий компонент безпосередньо пов’язаний із стабільною роботою ключових галузей промисловості, таких як хімічна переробка, енергетика та очищення води. Його технічний рівень навіть вважається ключовим показником точності та досконалості виробничого обладнання.

Пань Тон Ханцюань, засновник компанії Jiangsu Golden Eagle Fluid Machinery Co., Ltd., присвятив цій галузі 50 років, починаючи з 1976 року. Протягом десятиліть наполегливої праці він став свідком усього шляху розвитку вітчизняних механічних ущільнень — від копіювання до самостійних інновацій. Сьогодні ми запросили голову правління пана Тона, щоб дослідити ефективність механічних ущільнень — від фундаментальних принципів до практичного досвіду, розкриваючи «секрети довговічності» цього ключового компонента.

Репортер : Голово Тон, маючи п’ятдесятирічний досвід роботи в галузі механічних ущільнень, ви стали свідком її розвитку та перетворень. Починаючи з основ: який найважливіший чинник продовження терміну служби механічних ущільнень під час роботи в рідкому середовищі?

Голова правління Тон : Врешті-решт, усе зводиться до підтримки плівки рідини. Між поверхнями тертя динамічного та нерухомого кілець у механічному ущільненні плівка рідини, утворена середовищем, забезпечує необхідне мащення. Ця плівка виступає захисним шаром — без неї або за її нестабільності ущільнення швидко вийде з ладу. У компанії Golden Eagle ми вважаємо стабільність рідинної плівки ключовим показником на всіх етапах проектування та виробництва.

Репортер : Які існують різні стани мащення між цими поверхнями тертя та як вони впливають на термін служби ущільнення?

Голова правління Тон : Згідно з нашим досвідом і дослідженнями, існує чотири основні стани:

Сухе тертя : Найгірший сценарій, коли до зони тертя не потрапляє жодна рідина — залишаються лише пил та оксидні шари. Це призводить до миттєвого виділення тепла, зносу та швидкого витікання. На початку моєї кар'єри я стикався з багатьма випадками, коли неправильне встановлення призводило до сухого тертя й значних втрат

Межове мащення : З теоретичної точки зору, поверхні ущільнення ніколи не бувають ідеально гладкими. Те, що здається плоским, все одно має мікроскопічні піки та западини. Коли ущільнювальна рідина або середовище потрапляє в зазор під тиском, воно заповнює западини, але не піки. Западини отримують змащення, тоді як піки перебувають у прямому контакті й зазнають тертя, що призводить до помірного зносу та виділення тепла.

 

Напіврідкісне змащення : Це ідеальний стан. Шляхом створення «макродіамантів» на кінцевих поверхнях за допомогою проточок підтримується тонка, але стабільна рідка плівка. Це зменшує коефіцієнт тертя та забезпечує ефективне ущільнення.

 

Повне рідкісне змащення : Хоча це може здатися ідеальним через відсутність тертя, надто великий зазор призводить до витоку — що робить такий стан контрпродуктивним.

Репортер : Схоже, що напіврідкісне змащення — це ідеальний стан, який слід прагнути досягти. Які фактори слід враховувати для його досягнення?

Голова правління Тон : Необхідний комплексний підхід. Властивості середовища є фундаментальними — наприклад, середовища з високою в'язкістю утворюють рідинні плівки легше, ніж середовища з низькою в'язкістю. Тиск, температура та швидкість ковзання також мають важливе значення: надмірний тиск може призвести до руйнування рідинної плівки, високі температури можуть викликати випаровування середовища, а висока швидкість — посилення тепла тертя.

У компанії Golden Eagle ми проводимо детальний розрахунок цих параметрів під час процесу вибору клієнтами. Крім того, необхідно оптимізувати такі фактори, як регулювання тиску на торцевій поверхні, конструкція системи мащення та точність обробки поверхонь тертя. Наприклад, якщо раніше прийнятним рівнем шорсткості поверхні було Ra0,8, то зараз наша прецизійна шліфовка досягає значення Ra0,02, що значно покращує утримання рідинної плівки.

Репортер : Ви згадали структури мащення — ми чули, що компанія Golden Eagle має значний технічний досвід у їх удосконаленні. Чи могли б ви розповісти більше?

Голова правління Тон : Безумовно. Конструювання є однією з наших основних компетенцій.

Ексцентричні торцеві поверхні : Шляхом незначного зміщення центра рухомого або нерухомого кільця відносно осі, під час обертання мастило «затягується» у зону тертя. Однак ступінь ексцентриситету має бути точним — надмірне зміщення призводить до нерівномірного зносу під високим тиском, а на високих швидкостях потрібен ретельний підхід до проектування, щоб уникнути вібрацій, спричинених відцентровими силами. Ми переконалися в цьому на власному гіркому досвіді на початковому етапі роботи з ущільненнями хімічних насосів, пізніше вирішивши проблему за допомогою методу скінченних елементів.

Нанесення канавок на торцеву поверхню : За умов високого тиску та високої швидкості нарізання канавок ефективно зменшує руйнування рідинної плівки, спричинене тертям. Розташування канавок має важливе значення: для ущільнень із зовнішнім підвищеним тиском канавки слід робити на нерухомому кільці, щоб запобігти потраплянню забруднюючих речовин; для ущільнень із внутрішнім підвищеним тиском краще використовувати рухоме кільце, оскільки відцентрова сила виштовхує забруднювачі. Також важливими є форма, кількість і глибина канавок — надто багато або надто глибокі канавки збільшують витік. Наші клиноподібні канавки покращили ефективність мащення на 30% порівняно з попередніми прямокутними конструкціями.

 

Гідростатичне мащення : Це передбачає використання окремого джерела рідини (наприклад, гідравлічного насоса) для подачі під тиском мастила безпосередньо на поверхню тертя, забезпечуючи як мащення, так і опір проти тиску середовища. Цю конструкцію часто застосовують у високотискових реакційних котлах.

Репортер : Чи є проблеми з мащенням складнішими для механічних ущільнень у газоподібних середовищах?

Голова правління Тон : Справді, вони є складнішими. Такі умови часто передбачають недостатню мастильність, проблеми з відведенням тепла та схильність до витоків, що вимагає спеціалізованих конструкцій для забезпечення стабільної роботи. Ми зазвичай використовуємо сухі газові ущільнення, які застосовують рельєф із канавками мікронного рівня (наприклад, спіральні або Т-подібні канавки) для створення гідродинамічних ефектів, стискаючи газ у надтонку плівку (приблизно 3–5 мкм) для роботи без контакту. У проекті модернізації для виробника газових компресорів цей підхід подовжив термін служби ущільнень з 3 до 18 місяців.

Репортер : За цими інноваціями було багато експериментів і помилок?

Голова правління Тон безперечно. У 1980-х роках, працюючи над ущільненнями для нафтопереробних насосів, ми експериментували з фасонними канавками на торцевих поверхнях. Спочатку занадто велика кількість канавок призводила до надмірного витоку; замало — до сухого тертя. Потрібно було понад 20 спроб, щоб знайти оптимальні параметри. Сьогодні молоді інженери мають перевагу використання комп'ютерного моделювання, що значно зменшує невизначеність. Проте я завжди підкреслюю, що прогалину між лабораторними даними та умовами в експлуатації може подолати лише практичний досвід. Саме тому Golden Eagle міцно тримається в галузі — ми цінуємо як теорію, так і практику.

Сьогоднішня дискусія з головою Тонґом — від принципів мащення рідкими плівками до конструктивних рішень, що покращують мащення, — виявила внутрішню логіку довговічності механічних ущільнень. У наступному інтерв'ю голова Тонґ глибше розгляне практичне застосування, досліджуючи стратегії вибору та заходи запобігання відмовам механічних ущільнень у різних галузях, зокрема в хімічній промисловості, фармацевтиці, нафтопереробці та нових матеріалах. Слідкуйте за подіями!