Pompy wyposażone w dławnice, czyli pompy dławnicowe, znalazły szerokie zastosowanie w różnych instalacjach grzewczych, chłodniczych, a także przemysłowych.

W odróżnieniu od pomp bezdławnicowych powszechnie stosowanych w instalacjach grzewczych zakres ich stosowania jest zdecydowanie większy. Dotyczy to zarówno mocy zainstalowanych silników, jak i pompowanych mediów. Poważnym ograniczeniem stosowania pomp bezdławnicowych jest moc silnika. Oferowane są one do mocy około 3 kW. Powyżej tej wartości spotykamy praktycznie już tylko pompy dławnicowe. Istotnym elementem konstrukcji tych pomp jest dławnica wału, od której ten typ pomp wziął swoją nazwę. Zadaniem dławnicy jest uszczelnienie przejścia wału pompy przez korpus.

Trzy typy uszczelnień

Gawronek207rys1

Możemy rozróżnić trzy podstawowe typy uszczelnień wału, które są stosowane w pompach wirowych (rys 1):

* uszczelnienia sznurowe lub pakunkowe,

* uszczelnienia wargowe,

* uszczelnienia mechaniczne.

Najstarszym rozwiązaniem są uszczelnienia sznurowe. Ich podstawową wadą jest konieczność zapewnienia „technologicznego wycieku” pompowanej cieczy, niezbędnego do stałego smarowania powierzchni ślizgowej. Powoduje to znaczące ubytki pompowanej cieczy. W wypadku pompowania cieczy wybuchowych czy trujących eliminuje to możliwość stosowania pomp z tym uszczelnieniem. Zaletą uszczelnień sznurowych jest natomiast ograniczenie gwałtownych, dużych wycieków spowodowanych awarią. Przy właściwej eksploatacji wyciek z pompy jest w pełni kontrolowany.

Uszczelnienia wargowe mogą znaleźć zastosowanie w wypadku urządzeń niskociśnieniowych i w praktyce są bardzo rzadko stosowane. Możemy je znaleźć na przykład w pompach zatapialnych jako pomocnicze uszczelnienie silnika.

Uszczelnienie mechaniczne

Typem uszczelnienia powszechnie stosowanym w pompach dławnicowych jest uszczelnienie mechaniczne. Zasadę działania uszczelnienia ilustruje rysunek 2 i 3.

Gawronek207rys2 Gawronek207rys3

Za uszczelnienie przejścia wału pompy przez korpus odpowiedzialne są dwa pierścienie ślizgowe. Powierzchnia styku jest bardzo gładka, o niskiej chropowatości. Pierścień stacjonarny umieszczony jest w korpusie pompy przy pomocy uszczelnienia pomocniczego, czyli o-ringu. Pierścień ruchomy zamontowany jest na wale pompy i obraca się wraz z nim. Mocowanie pierścienia ruchomego zabezpiecza uszczelnienie pomocnicze (wtórne), które zwykle wykonane jest w formie o-ringu lub mieszka gumowego. Odpowiedni docisk powierzchni ślizgowych zapewnia ciśnienie robocze w pompie i dodatkowo sprężyna montowana na wale pompy. Aby zapewnić poprawną pracę uszczelnienia, stykające się powierzchnie ślizgowe muszą być stale smarowane. Rolę czynnika smarującego pełni pompowana ciecz, która w efekcie różnicy ciśnień pomiędzy ciśnieniem roboczym pompy a ciśnieniem atmosferycznym wypełnia szczelinę pomiędzy pierścieniami ślizgowymi. Przesuwając się w stronę zewnętrzną uszczelnienia (określoną ciśnieniem atmosferycznym), ciecz smarująca odparowuje. Dzieje się to na skutek spadku ciśnienia i podwyższenia temperatury (tarcie). W efekcie, obserwując uszczelnienie od zewnątrz, nie widzimy żadnego przecieku. W rzeczywistości jednak wyciek pompowanej cieczy istnieje, choć jest niewielki – w granicach od 0,001 do 2 ml/godz. w zależności od ciśnienia roboczego, średnicy wału i prędkości obrotowej. Dla porównania przy średnicy wału 50 mm i prędkości obrotowej silnika 2900 obr./min technologiczny wyciek z uszczelnienia sznurowego to 3 l/godz. Różnica jest istotna. Należy jednak podkreślić, że uszczelnienia mechaniczne nie są absolutnie szczelne. W wypadku pompowania cieczy wybuchowych lub trujących przy braku odpowiedniej wentylacji i długotrwałej pracy może dojść do zagrożenia wybuchem lub zatruciem. W takim wypadku dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie uszczelnień podwójnych i cieczy barierowej. Uszczelnienia mechaniczne nie są również gazoszczelne. Przy pracy pompy ze ssaniem może dojść w określonych sytuacjach do zasysania powietrza poprzez uszczelnienie i zapowietrzenia pompy.

Parametry doboru

Dobór właściwego uszczelnienia określają takie parametry jak:

* rodzaj pompowanej cieczy,

* temperatura i ciśnienie roboczego,

* odporność na suchobieg.

Zapewnienie odporności chemicznej polega na odpowiednim doborze materiałów – zarówno pierścieni ślizgowych, jak i pomocniczych. Pomocne w tym wypadku będą materiały publikowane przez producentów pomp oraz znajomość materiałów standardowo stosowanych w uszczelnieniach.

Zakres temperatury i ciśnienia określa producent pomp. Warto jednak pamiętać, że z uwagi na konstrukcję uszczelnienia dzielą się na odciążone i nieodciążone. Określenie to odnosi się do stosunku sił tzw. zamykających i otwierających. W wypadku uszczelnień nieodciążonych siły zamykające zdecydowanie przeważają nad otwierającymi. Oznacza to, że w tym wypadku trudniej jest wytworzyć odpowiedni „film” smarujący powierzchnie ślizgowe, gdyż siły ściskające pierścienie są przeważające. Tego typu uszczelnienia stosujemy w przypadku niższych ciśnień roboczych, do 16 barów. Zmiana geometrii pierścieni ślizgowych pozwala na zrównoważenie sił zamykających i otwierających. Tego typu uszczelnienia nazywamy odciążonymi. Mogą być one stosowane przy ciśnieniach powyżej 16 barów.

O-ringowe i mieszkowe

Z uwagi na typ uszczelnienia pomocniczego uszczelnienia dzielimy na o-ringowe i mieszkowe. Zaletą uszczelnień mieszkowych jest większa odporność na zanieczyszczenia w pompowanej cieczy. Przewagą uszczelnień o-ringowych jest wyższe dopuszczalne ciśnienie pracy.

Odporność uszczelnień mechanicznych na brak smarowania jest niewielka z uwagi na siły tarcia znacznie podwyższające temperaturę pracy. Zależy ona przede wszystkim od twardości materiałów pierścieni ślizgowych. W praktyce spotykamy dwa rodzaje kombinacji:

* twardy/twardy,

* twardy/miękki.

Uszczelnienia typu twardy/twardy, jak np. węglik krzemu/węglik krzemu lub węglik wolframu/węglik wolframu, wykazują dużą odporność na wiele związków chemicznych lecz niewielką odporność na suchobieg.

Uszczelnienia typu twardy/miękki, np. węgiel/węglik wolframu, mają większą odporność na suchobieg, lecz ograniczoną odporność na ciecze inne niż woda.

Dopuszczalny czas pracy „na sucho” dla uszczelnień typu twardy/miękki to 10-15 minut, a dla uszczelnień twardy/twardy to 1-2 minuty.

Pozostaje jeszcze kwestia stosowania uszczelnień mechanicznych przy pompowaniu cieczy o lepkości większej niż woda. Dotyczy to na przykład mieszanin wodno-glikolowych. W niskich temperaturach cieczy, poniżej 0oC, przy dużej lepkości, wymagany jest większy docisk powierzchni ślizgowych. W tym wypadku zalecane są uszczelnienia o zredukowanej powierzchni styku pierścieni ślizgowych. Mniejsza powierzchnia styku zwiększa ciśnienie zamykające uszczelnienie i zapobiega wyciekowi cieczy.

Na zakończenie

Częstym tematem zapytań użytkowników pomp dławnicowych jest czas bezawaryjnej pracy uszczelnienia mechanicznego. Niestety na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Prawidłowe funkcjonowanie uszczelnienia zależy od wielu parametrów: rodzaju cieczy, temperatury, ciśnienia, prędkości obrotowej i lepkości. Fabryczne „nastawy” związane na przykład z naciągiem sprężyny nie uwzględniają wszystkich rzeczywistych ciśnień roboczych i temperatur. Stąd wniosek, że czas pracy uszczelnienia nie może być jednoznacznie określony. W praktyce możemy mówić o zakresie od 8000 do 25 000 godzin pracy. Niestety, zdarzają się uszczelnienia, które pracują poniżej 8000 godzin i znacznie powyżej 25 000 godzin.

Ryszard Gawronek

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij