Навигация по таблицам
- Таблица 1: Типы механических уплотнений по API 682
- Таблица 2: Категории и рабочие параметры
- Таблица 3: Материалы пар трения
- Таблица 4: Схемы расположения уплотнений
- Таблица 5: Эксплуатационные пределы
Таблица 1: Типы механических уплотнений по API 682
| Тип | Описание | Гибкий элемент | Вторичное уплотнение | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Type A | Сбалансированное картриджное уплотнение с пружинами | Множественные пружины | Эластомерные O-кольца | Универсальное применение до 260°C |
| Type B | Сбалансированное картриджное уплотнение с металлическим сильфоном | Металлический сильфон | Эластомерные O-кольца | Агрессивные среды, высокие температуры |
| Type C | Высокотемпературное картриджное уплотнение | Металлический сильфон | Гибкий графит | Экстремальные температуры до 400°C |
Таблица 2: Категории и рабочие параметры
| Категория | Максимальная температура | Максимальное давление | Применение | Стандарт камеры |
|---|---|---|---|---|
| Category 1 | 260°C (500°F) | 2,2 МПа (315 psi) | Химическая промышленность | ASME B73.1, B73.2 |
| Category 2 | 399°C (750°F) | 4,2 МПа (615 psi) | Нефтепереработка | API 610 |
| Category 3 | 399°C (750°F) | 4,2 МПа (615 psi) | Критические применения | API 610 (расширенные требования) |
Таблица 3: Материалы пар трения
| Материал | Твердость HV | Коэффициент трения | Теплопроводность Вт/(м·К) | Химическая стойкость | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|---|---|---|
| Карбид кремния (SiC) | 2500-2800 | 0,08-0,12 | 80-120 | Отличная | Абразивные среды, высокие температуры |
| Карбид вольфрама (WC) | 1500-1800 | 0,12-0,18 | 50-80 | Хорошая | Высокие давления, ударные нагрузки |
| Керамика (Al2O3) | 1200-1500 | 0,20-0,30 | 25-35 | Хорошая | Легкие условия, низкие скорости |
| Углерод-графит | 150-300 | 0,05-0,15 | 5-25 | Зависит от связующего | Мягкая пара, самосмазывающийся |
Таблица 4: Схемы расположения уплотнений
| Схема | Тип | Вспомогательная жидкость | Давление жидкости | Защита от утечек | Применение |
|---|---|---|---|---|---|
| Arrangement 1 | Одинарное | Промывка (опционально) | Атмосферное | Базовая | Неопасные среды |
| Arrangement 2 | Двойное тандемное | Буферная жидкость | Ниже давления процесса | Улучшенная | Контроль утечек |
| Arrangement 3 | Двойное встречное | Барьерная жидкость | Выше давления процесса | Максимальная | Опасные, токсичные среды |
Таблица 5: Эксплуатационные пределы
| Параметр | Category 1 | Category 2 | Category 3 | Единицы измерения |
|---|---|---|---|---|
| Диаметр вала | 19-127 | 19-127 | 19-127 | мм |
| Окружная скорость | до 25 | до 30 | до 30 | м/с |
| Давление в камере | до 2,2 | до 4,2 | до 4,2 | МПа |
| Температура среды | -40 до +260 | -40 до +399 | -40 до +399 | °C |
| Ресурс работы | 25000 | 25000 | 25000 | часов |
Оглавление статьи
Введение в стандарт API 682
Стандарт API 682 "Pumps - Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps" является ведущим международным стандартом, определяющим требования к механическим уплотнениям торцевого типа для центробежных и роторных насосов. Разработанный Американским институтом нефти (API), этот стандарт широко применяется в нефтяной, газовой и химической промышленности по всему миру.
Четвертое издание стандарта, принятое в мае 2014 года и подтвержденное в 2022 году, остается актуальным по состоянию на июль 2025 года. Стандарт включает в себя десятилетия практического опыта эксплуатации уплотнений в критически важных применениях. Стандарт охватывает валы диаметром от 19 до 127 мм и устанавливает жесткие требования к надежности работы в течение 25000 часов непрерывной эксплуатации.
Типы механических уплотнений
Стандарт API 682 классифицирует механические уплотнения на три основных типа, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности и области применения.
Type A - Пружинные уплотнения
Уплотнения типа A представляют собой сбалансированные картриджные конструкции с множественными пружинами в качестве нагружающего элемента. Вторичное уплотнение осуществляется эластомерными O-кольцами. Эти уплотнения являются наиболее распространенными и подходят для широкого спектра применений при температурах до 260°C.
Type B - Сильфонные уплотнения
Уплотнения типа B используют металлический сильфон в качестве гибкого элемента в сочетании с эластомерными вторичными уплотнениями. Эта конструкция обеспечивает лучшую стойкость к агрессивным средам и более стабильное усилие прижатия торцов.
Type C - Высокотемпературные уплотнения
Уплотнения типа C предназначены для экстремальных условий эксплуатации. Они используют металлический сильфон и гибкий графит в качестве вторичного уплотнения, что позволяет работать при температурах до 400°C.
При повышении температуры от 20°C до 400°C стальной вал диаметром 100 мм удлинится на: ΔL = α × L × ΔT = 11×10⁻⁶ × 1000 × 380 = 4,18 мм. Сильфонная конструкция должна компенсировать эти деформации.
Категории уплотнений и их области применения
Стандарт API 682 делит уплотнения на три категории в зависимости от условий эксплуатации и требований к надежности.
Category 1 - Химические применения
Категория 1 предназначена для насосов химической промышленности, не соответствующих стандарту API 610. Эти уплотнения рассчитаны на работу при температурах до 260°C и давлениях до 2,2 МПа. Уплотнительные камеры должны соответствовать размерам ASME B73.1 и B73.2.
Category 2 - Нефтеперерабатывающие применения
Уплотнения категории 2 разработаны для насосов API 610 в нефтеперерабатывающей промышленности. Они выдерживают температуры до 399°C и давления до 4,2 МПа. Эта категория требует более строгих испытаний и документирования.
Category 3 - Критические применения
Категория 3 представляет наиболее жесткие требования стандарта. Уплотнения этой категории проходят самые строгие квалификационные испытания и предназначены для критически важных применений при температурах до 399°C и давлениях до 4,2 МПа, где отказ уплотнения может привести к серьезным последствиям.
Схемы расположения уплотнений
Стандарт API 682 определяет три основные схемы расположения уплотнений, каждая из которых обеспечивает различные уровни защиты от утечек.
Arrangement 1 - Одинарные уплотнения
Схема расположения 1 представляет собой одинарное уплотнение на валу. Это наиболее простая и экономичная конфигурация, подходящая для неопасных сред, где небольшие утечки допустимы. Может включать различные планы промывки для улучшения условий работы уплотнения.
Arrangement 2 - Двойные тандемные уплотнения
В схеме расположения 2 используются два уплотнения в тандемной конфигурации с буферной жидкостью между ними. Давление буферной жидкости ниже давления в уплотнительной камере. Эта схема обеспечивает лучший контроль утечек и защиту окружающей среды.
Arrangement 3 - Двойные встречные уплотнения
Схема расположения 3 использует два уплотнения во встречной конфигурации с барьерной жидкостью под давлением выше давления процесса. Эта схема практически исключает утечки опасных веществ в атмосферу и применяется для токсичных или воспламеняющихся сред.
Материалы пар трения
Выбор материалов торцевых поверхностей является критически важным фактором для обеспечения надежной работы механического уплотнения. Стандарт API 682 определяет основные материалы и их сочетания.
Карбид кремния (SiC)
Карбид кремния является наиболее твердым и износостойким материалом для торцевых уплотнений. Существует два основных типа: реакционно-связанный SiC и спеченный SiC. Оба типа в четвертом издании стандарта признаны равноценными для большинства применений.
Реакционно-связанный карбид кремния содержит около 10% свободного кремния, что обеспечивает лучшую теплопроводность и ударную вязкость. Спеченный карбид кремния обладает превосходной химической стойкостью и подходит для наиболее агрессивных сред.
Карбид вольфрама (WC)
Карбид вольфрама отличается высокой прочностью на излом и ударной вязкостью. Выпускается в двух основных вариантах: с кобальтовой связкой (для общих применений) и никелевой связкой (для коррозионно-стойких применений). Кобальтовая связка обеспечивает лучшие механические свойства, но никелевая связка предпочтительна в агрессивных средах.
При окружной скорости 20 м/с и удельном давлении 0,5 МПа тепловыделение составит: Q = μ × P × V = 0,12 × 0,5 × 20 = 1,2 кВт/м² для пары WC/Carbon.
Углерод-графит
Углерод-графит используется как мягкий материал в паре с твердыми материалами. Основные типы включают смоляные, металлические и антимонийные пропитки. Углерод обеспечивает самосмазывающиеся свойства и хорошую способность к притирке, что критически важно для надежной работы уплотнения.
Эксплуатационные пределы и расчеты
Стандарт API 682 устанавливает четкие границы применимости уплотнений по основным параметрам эксплуатации.
Температурные ограничения
Температурные пределы определяются в первую очередь материалами вторичных уплотнений. Для эластомерных O-колец типичные пределы составляют от -40°C до +200°C для NBR и до +300°C для специальных фторэластомеров. Уплотнения Type C с графитовыми прокладками могут работать до 400°C.
Температура торцов уплотнения превышает температуру среды на: ΔT = Q/(h×A), где Q - тепловыделение, h - коэффициент теплоотдачи, A - площадь теплообмена. При мощности 500 Вт и площади 0,01 м² превышение составит 15-25°C.
Давление и окружная скорость
Максимальное давление в уплотнительной камере ограничено 4,1 МПа для категорий 2 и 3, и 2,1 МПа для категории 1. Окружная скорость ограничена 30 м/с для высших категорий. Эти ограничения связаны с механическими напряжениями в торцах и тепловыделением.
Произведение PV
Критическим параметром является произведение давления на окружную скорость (PV-фактор), который определяет интенсивность нагружения торцов. Для большинства материальных пар максимальное значение PV составляет 3-4 МПа×м/с.
Картриджные уплотнения
Все уплотнения по стандарту API 682 выполняются в картриджном исполнении, что значительно упрощает монтаж и обеспечивает точность установки.
Преимущества картриджной конструкции
Картриджное исполнение предварительно собрано и настроено на заводе-изготовителе, что исключает ошибки монтажа и обеспечивает оптимальные рабочие зазоры. Все компоненты уплотнения интегрированы в единый узел, включая втулку вала, железу и вспомогательные элементы.
Модульность и взаимозаменяемость
Стандарт API 682 обеспечивает взаимозаменяемость уплотнений различных производителей благодаря стандартизированным размерам уплотнительных камер и посадочных поверхностей. Это критически важно для операторов нефтеперерабатывающих заводов, где унификация оборудования снижает затраты на техническое обслуживание.
Системы обвязки
Картриджные уплотнения интегрируются с системами обвязки (Piping Plans), которые обеспечивают оптимальные условия работы торцевых поверхностей. Основные планы включают промывку торцов (Plan 11), охлаждение (Plan 21), фильтрацию (Plan 13) и барьерные системы (Plan 53).
Применение механических уплотнений в насосном оборудовании
Рассмотренные в данной статье механические уплотнения по стандарту API 682 находят широкое применение в различных типах насосного оборудования. Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент насосов для различных применений, включая современные насосы In-Line серий CDM/CDMF и TD, которые комплектуются качественными торцевыми уплотнениями для обеспечения надежной герметизации.
Особое внимание следует уделить подбору уплотнений для специализированного оборудования: насосов для воды, включая агрегаты для горячей воды типа ЦВЦ-Т и ЦНСГ, насосов для загрязненной воды серий АНС и ГНОМ, а также насосов для канализационных вод типа ИРТЫШ, СМ, СД и ФГП (У) фекально-грязевых полупогружных. Для перекачивания нефтепродуктов используются насосы для нефтепродуктов, масел и битума, включая трехвинтовые насосы 3В и шестеренные насосы НМШ, где применение правильно подобранных механических уплотнений критически важно для предотвращения утечек агрессивных и токсичных сред.
Часто задаваемые вопросы
Источники:
- API Standard 682 "Pumps - Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps", 4th Edition (2014, reaffirmed 2022)
- ГОСТ 32600-2013 "Арматура промышленная трубопроводная. Уплотнения торцевые механические"
- ISO 21049:2011 "Pumps — Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps"
- Turbomachinery Magazine - публикации о стандарте API 682 (2021-2025)
- AESSEAL - техническая документация по API 682 4th Edition
- Fluiten, EagleBurgmann, John Crane - техническая литература производителей уплотнений (2024-2025)
- Seal FAQs - справочные материалы по API 682
Отказ от ответственности: Автор не несет ответственности за последствия использования информации, представленной в данной статье. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации.
