Сегодня торцевые уплотнения для пищевых насосов пользуются большим спросом. Долговечность торцевых механических уплотнений вала водяного насоса напрямую зависит от применяемой в конструкции комбинации материалов, их свойств и стойкости к воздействию перекачиваемой среды. Отдельные элементы механического уплотнения — пары трения из неподвижного и подвижного колец, резиновые вторичные уплотнительные кольца, вращающиеся сильфоны и прижимные пружины должны обладать определенными свойствами и характеристиками, обеспечивающими прогнозируемый ресурс работы в заданных условиях эксплуатации.
Пара трения на протяжении всего предусмотренного срока службы должна сохранять идеально гладкую контактную поверхность, вторичные подвижные и неподвижные резиновые уплотнения поддерживать герметичность, а прижимная пружина обладать высокой коррозионной стойкостью и обеспечивать достаточную плотность контакта пары трения. В определенном температурном режиме, составе и химической активности жидкости надежность самого слабого компонента позволяет прогнозировать поведение и ресурс работы механического уплотнения до замены.
— Конструкционные материалы пар трения (контактных колец) механического уплотнения
В качестве материалов контактных колец механических уплотнений водяного насоса широко используют графиты, алюмоксидную керамику (оксид алюминия), карбиды кремния и вольфрама. В изготовлении сильфона применяют нитрил-бутадиеновую резину NBR, для специфических условий — этилен-пропиленовый каучук EPDM или флюрогуминизированный каучук FPM («Viton»). Материалом прижимной пружины служит нержавеющая сталь или специальные коррозионностойкие сплавы, предназначенные для работы в условиях высокой агрессивности перекачиваемой среды.
Пара «керамика-графит» в сочетании с сильфоном из нитрила NBR считается «базовым» и наиболее дешевым вариантом механического уплотнения, повсеместно применяемым в водяных насосах для перекачивания чистой воды с рабочими температурами до 50оС. Графит — достаточно мягкий материал, поэтому графитовое кольцо (подвижное или неподвижное) механического уплотнения плохо переносит присутствие в воде твердых включений, которые могут вызвать разрушение поверхности и выход из строя уплотнения. Эта причина ограничивает применение графитовых колец в насосах и не допускает использования материала в механических уплотнениях водяных насосов, предназначенных для перекачивания сильно загрязненных механическими включениями жидкостей. Дополнительные специальные пропитки или импрегнирование графита металлами улучшают самосмазывающие способности и уменьшают коэффициент поверхностного трения, обеспечивая эффективность работы в условиях сухого трения или с пониженным эффектом самосмазывания, присущим горячим жидкостям. Это делает применение графита целесообразным в условиях высоких температур перекачиваемой жидкости и в ситуациях сухого трения контактных колец механического уплотнения. Также нужно учитывать то, что металлизация графита понижает коррозионную стойкость материала и ограничивает применение таких уплотнений для перекачивания чистых пищевых продуктов. Алюмоксидная керамика (оксид алюминия (Al2O3)) в составе «базового» механического уплотнения обычно используется в качестве материала кольца оппозитного графитовому. Недостатком оксида алюминия считается низкая коррозионная стойкость, а главным преимуществом — низкая цена.
В насосах для перекачивания сильно загрязненных вод (дренажные насосы для грязкной воды) применение механического уплотнения с парой трения «графит-алюмоксидная керамика» нецелообразно из-за высокой вероятности преждевременного разрушения графита и попадания воды в электродвигатель. Поэтому в условиях предполагаемого разрушения мягкого графитового кольца материалом заменителем графита является карбид кремния. Наряду с высокими показателями по твердости и теплопроводности карбид кремния обладает значительным коэффициентом поверхностного трения, который обычно снижают с помощью специальных пропиток, что значительно увеличивает срок службы пары трения. Основная область применения механических уплотнений с парой трения «керамика-карбид кремния» — дренажные насосы, там, где в перекачиваемой среде предполагается высокое содержание твердых включений. В горячей воде пара трения «керамика-карбид кремния» подвергается интенсивному износу и поэтому не применяется в насосах для перекачивания жидкостей с высокими температурами. Еще один специальный материал — карбид вольфрама обладает наиболее высокой твердостью и стойкостью к наличию в жидкости твердых включений, но из-за высокого коэффициента трения его применение эффективно лишь при малых скоростях вращения вала или при использовании дополнительной смазки. Контактная пара колец «графит — карбид вольфрама» обеспечивает высокие эксплуатационные качества в условиях сухого трения и высокой температуры жидкости. В этой паре низкий коэффициент поверхностного трения и самосмазывающую способность обеспечивает графит. Контактная пара «графит-карбид вольфрама» отличается высокой износостойкостью в горячей воде. Пара трения «карбид вольфрама — карбид вольфрама» применяется достаточно ограничено в связи с высокой ценой и крайне низкой стойкостью к сухому ходу, разрушающему механическое уплотнение даже при кратковременном возникновении аварийной ситуации. Пара трения «карбид кремния — карбид кремния» наиболее устойчива к агрессивному химическому воздействия перекачиваемой среды, обладает высокой твердостью и за счет специальных пропиток демонстрирует приемлемый коэффициент поверхностного трения. Пара часто применяется в механических уплотнениях водяных насосов, способных перекачивать химически активные среды.
