Виды уплотнений: классификация по движению, среде и конструкции

Самый короткий путь к виду уплотнения идёт от узла. Сначала определяют, есть ли относительное движение деталей. Потом смотрят, какое это движение: вращение вала, ход штока или качание. Третьим вопросом уточняют давление, скорость и загрязнение на кромке. После этого остаётся два-три кандидата, и между ними выбирают по месту установки и материалу.

Учебная классификация устроена похоже. В лекции по основам герметологии ГрГУ уплотнения сначала делят по типу соединения: УН для неподвижных, УВ для вращательного движения, УПС для возвратно-поступательного и УС для сложного движения. Затем по классу: контактные, бесконтактные и разделительные. Дальше идут подклассы (эластомерные, механические, набивочные, проточные, диафрагмовые), группы по механизму герметизации и конкретные конструкции.

Три вопроса выводят на вид уплотнения

Первый вопрос про движение. Если детали стоят друг относительно друга, нужен неподвижный стык: прокладка, кольцо или профиль в канавке, герметик. Если двигаются, кромка уплотнения трётся о поверхность, и решают уже скорость, давление и смазка.

Второй вопрос про характер движения. Вращающийся вал уплотняют сальником (армированной манжетой), торцевой парой, набивкой или лабиринтом. Шток и поршень с ходом туда-обратно уплотняют манжетами, кольцами круглого и Х-образного сечения, шевронными пакетами; рядом стоят грязесъёмник и направляющие кольца. Качание и малый ход без скольжения часто закрывают мембраной или сильфоном.

Третий вопрос про нагрузку на кромку. Для вала граница проходит примерно по давлению: обычная армированная манжета рассчитана на почти безнапорную полость. На странице поставщика уплотнительных систем для сальников указано давление до 0,05 МПа (дата просмотра 20.10.2026). Выше этого, при абразиве или при опасной среде на валу ставят торцевое уплотнение или набивку.

Дерево на схеме читается сверху вниз. Неподвижный плоский стык с болтами ведёт к плоской прокладке, неподвижный стык с канавкой к кольцу или профилю. Ход штока ведёт к набору из манжеты, кольца, грязесъёмника и направляющих. Вращающийся вал без давления закрывают армированной манжетой, а при давлении выше 0,05 МПа или абразиве на кромке выбирают торцевое уплотнение или набивку.

Какие бывают виды уплотнений по типу движения?

Виды уплотнений по типу движения делятся на четыре группы. Неподвижные (прокладки, кольца в канавках, профили, герметики) закрывают стык деталей, которые не смещаются. Уплотнения вращательного движения (сальники, торцевые пары, набивка, лабиринты) стоят на валах. Уплотнения возвратно-поступательного движения (манжеты, кольца, шевроны, грязесъёмники) работают на штоках и поршнях. Сложное движение, качание и малый ход закрывают мембранами и сильфонами.

Неподвижные стыки: прокладки, кольца, профили и герметики

Неподвижное уплотнение работает за счёт сжатия. Плоская прокладка лежит между двумя фланцами, болты сдавливают её, и материал заполняет неровности поверхностей. Отсюда требования к материалу: он должен течь под нагрузкой ровно настолько, чтобы закрыть риски обработки, и не выдавливаться из стыка при рабочей температуре. Паронит, ТРГ, фторопласт, резина, картон и фибра занимают каждый свою нишу по среде и усилию затяжки.

Кольцо в канавке устроено иначе. Его сечение сжимают стенки канавки, а давление среды прижимает кольцо к одной стороне и усиливает контакт. Поэтому кольцу нужно намного меньше усилия болтов, чем плоской прокладке, и крышка часто ставится «металл в металл». Обозначения, размерные ряды и группы резины для колец круглого сечения собраны в стандарте, и по обозначению колец ГОСТ 9833 размер и группу резины читают прямо из маркировки.

Профили и шнуры закрывают длинные стыки: двери камер, люки, крышки шкафов, кузова. Их вклеивают в паз, надевают на кромку или прижимают замком. Сечение бывает монолитным или пористым, с полостью внутри или без. Для таких стыков заказывают либо погонные метры, либо готовую рамку со стыкованными углами; уплотнительные профили и шнуры по сечению заказчика делают экструзией, а рамку склеивают или вулканизуют по месту.

Герметики стоят особняком. Анаэробные и силиконовые составы закрывают жёсткие обработанные стыки корпусов, где нет смысла в отдельной детали. Их недостаток в ремонте: стык после разборки чистят, а ошибка в слое даёт течь, которую не видно до пуска.

Плоские прокладки по чертежу сегодня режут на плоттере или гидроабразивом, большими партиями вырубают штампом. Прокладки для фланцев трубопроводов нестандартного исполнения и для крышек насосов чаще других заказывают по чертежу: форма крышки у каждого изготовителя оборудования своя, и на складе её нет.

Возвратно-поступательное движение: манжеты, кольца и грязесъёмники

Шток гидроцилиндра проходит через крышку с кромкой уплотнения при каждом ходе. Кромка должна снять масляную плёнку при выходе штока настолько, чтобы он не мокрел, и пропустить её обратно при втягивании. Эту работу делает манжета с асимметричным профилем, обращённым губой к давлению. На поршне стоит своя манжета или пара из кольца скольжения и упругого кольца поджатия.

Основное уплотнение работает в комплекте. Грязесъёмник снаружи крышки счищает со штока пыль и воду, направляющие кольца центрируют шток и поршень, чтобы манжету не выдавливало в зазор с одного бока, защитные кольца перекрывают щель при высоком давлении. Изношенная деталь комплекта сокращает жизнь новой манжете, поэтому гидравлические уплотнения цилиндра заказывают набором по замерам канавок.

Кольца круглого сечения в подвижных узлах работают при небольшом ходе и давлении: в пневматике, в клапанах, в поворотных соединениях. Их минус в подвижной посадке: кольцо может перекручиваться в канавке, особенно на длинном ходе. Кольцо Х-образного сечения с четырьмя губками меньше склонно к скручиванию и даёт меньшее трение покоя.

Пакет из нескольких V-образных шевронных манжет выбирают для больших зазоров и высокого давления там, где узел можно поджимать: на плунжерах насосов и штоках прессов. По мере износа пакет подтягивают, пока у нажимной втулки остаётся ход.

Подвижные уплотнения штока чаще всего делают из полиуретана или NBR, а для поршней с высоким давлением добавляют наполненный фторопласт в скользящем кольце. Выбор между ними зависит от жидкости, температуры и скорости, и решается для каждого цилиндра отдельно.

Вращающийся вал: сальники, торцевые пары, набивка

На вращающемся валу кромка уплотнения непрерывно скользит по одной дорожке. Отсюда нагрев, износ вала и зависимость ресурса от окружной скорости. Для каждой скорости и давления подходит свой вид.

Армированная манжета (сальник) стоит в корпусах редукторов, подшипниковых узлов, электродвигателей. Это резиновая губа на металлическом каркасе, прижатая к валу браслетной пружиной. Она держит масло в корпусе и пыль снаружи, но почти не держит давление. Размерные ряды и типы с пыльником и без описаны в DIN 3760 и его отечественных аналогах; сальники нестандартного диаметра и профиля изготавливают по образцу.

Торцевая пара переносит герметизацию с цилиндра вала на плоскость. Одно кольцо крутится вместе с валом, второе неподвижно сидит в корпусе, пружина и давление среды сводят их торцы. Зазор между ними заполняет тонкая плёнка жидкости; по данным того же поставщика уплотнительных систем, зазор между кольцами всего 0,001–0,005 мм, поэтому торцы доводят до высокой плоскостности. Из-за плёнки пара боится сухого хода. У торцевого уплотнения насоса по образцу обычно повторяют вторичные кольца и отдельные детали, а пару трения чаще берут у изготовителя насоса.

Сальниковая набивка остаётся рабочим видом для арматуры, плунжерных насосов и старого оборудования. Шнур из графита, фторопласта, арамида или их сочетаний укладывают кольцами в камеру и поджимают грундбуксой. Набивка допускает небольшую утечку для смазки и охлаждения, требует подтяжки, но прощает биение и износ вала. Марки шнура и их среды подбирают по стандарту на набивки ГОСТ 5152 и паспортам изготовителя шнура.

Какое уплотнение ставят на вращающийся вал?

Для вращающегося вала с маслом в корпусе и почти нулевым давлением подходит армированная манжета (сальник) с пружиной: так закрывают редукторы, подшипниковые узлы и электродвигатели. Если в полости насоса или мешалки рабочее давление и капля наружу недопустима, ставят торцевую пару. Арматуре и старым насосам с биением вала подходит набивка с подтяжкой. На быстроходных валах вентиляторов и шпинделей пыль и брызги держит лабиринт без контакта.

Бесконтактные уплотнения: щель, лабиринт, импеллер

Бесконтактные уплотнения не трутся о вал. Между вращающейся и неподвижной деталью остаётся зазор, а утечку сдерживает сопротивление узкого канала или встречный поток. Такие уплотнения почти не изнашиваются и не греются, поэтому их ставят на быстроходные валы турбин, вентиляторов, шпинделей и в корпуса подшипников.

Плата за отсутствие трения в том, что полной герметичности нет. Лабиринт гасит перепад давления в цепочке камер и хорошо держит пыль и брызги, но жидкость под давлением он пропустит. Импеллерные и винтовые уплотнения работают, пока вал вращается, а на остановке их дополняют стояночным уплотнением. Число камер и величину зазора в лабиринтном уплотнении вала подбирают под скорость и вид загрязнения.

Для заказчика у бесконтактных уплотнений есть важная особенность: деталь у них металлическая или пластиковая, её точат, а размер задаёт зазор с валом. Резиновые и полимерные кольца здесь появляются только как дополнение, например V-образная манжета перед лабиринтом или войлок.

Чем контактное уплотнение отличается от бесконтактного?

Контактное уплотнение закрывает путь среде тем, что прижимает упругую кромку или поверхность к сопрягаемой детали: так работают прокладки, кольца, манжеты, торцевые пары. Бесконтактное уплотнение оставляет зазор и сдерживает утечку сопротивлением узкого канала или встречным потоком, как лабиринт и импеллер. Контактное держит давление и даёт почти нулевую утечку, но изнашивается. Бесконтактное почти вечное, однако полной герметичности не даёт.

Мембраны и сильфоны разделяют среды без трения

Третий класс в классификации ГрГУ называется разделительным. Мембрана или сильфон не скользят по поверхности: они закреплены по контуру и деформируются вместе с движением детали. Среда с одной стороны и привод или атмосфера с другой разделены сплошной стенкой, поэтому утечка в идеальном случае равна нулю.

Мембраны ставят в насосы-дозаторы, пневмоклапаны, регуляторы давления, гидроаккумуляторы. Ход у них ограничен прогибом, а ресурс считают в циклах. Ткань внутри резины держит давление, резина держит среду. Для дозирующих насосов мембрану насоса выбирают по форме (плоская, тарельчатая, формованная) и по слою, который смотрит в среду.

Сильфон чаще металлический или фторопластовый. Он стоит на штоках вентилей для опасных сред и в торцевых уплотнениях вместо пружины и вторичного кольца. Резиновые пыльники и гофрочехлы той же схемы защищают штоки и шарниры от грязи без требования герметичности по давлению.

Среда и температура сужают выбор материала

Вид уплотнения отвечает на вопрос «какая деталь», материал отвечает на вопрос «из чего она переживёт среду». Порядок важен: сначала вид, потом материал. Кольцо из идеального материала не заменит манжету в канавке под манжету.

Для эластомерных уплотнений выбор обычно идёт по паре «среда и температура». Ориентиры для марок общего назначения, материал фиксируется в КП:

Для неподвижных прокладок добавляются паронит, ТРГ, фторопласт, картон. Для торцевых пар выбирают сочетание твёрдых материалов колец: графит, карбид кремния, керамика. Каждую из этих пар считают отдельно, под конкретную жидкость и скорость скольжения.

Когда среда сложная (смесь, переменная температура, мойка щелочью между циклами), материал подбирают по таблицам стойкости и подтверждают пробой. Услуга подбора материала уплотнения начинается с тех же вопросов: что за среда, какая температура у детали, есть ли давление и движение.

По чертежу или со склада: что решает геометрия

Вид уплотнения подсказывает, где его искать. Стандартные кольца, сальники и манжеты массовых типоразмеров быстрее купить со склада. По чертежу или образцу делают то, у чего форма задана конкретной машиной: плоские прокладки, рамки, кольца большого диаметра, манжеты под нестандартную канавку, мембраны.

Матрица на схеме сводит это по видам. Плоские прокладки со склада подходят редко, их обычно режут по чертежу без оснастки или вырубают штампом. Кольца круглого сечения стандартных рядов ГОСТ и AS568 берут со склада, большие диаметры делают из шнура или в форме. Профиль покупают типового сечения, рамку собирают по месту, новое сечение требует фильеры. Манжеты штока есть в типоразмерах, нестандарт точат или льют. Сальники вала стандартны по DIN 3760, нестандартный размер требует пресс-формы. Торцевые уплотнения обычно берут у изготовителя насоса, по чертежу делают отдельные кольца и сильфоны.

Технология изготовления влияет на цену и срок сильнее, чем вид. Резаная прокладка не требует оснастки, формовое кольцо нестандартного сечения требует пресс-формы, профиль новой формы требует фильеры. Пример расчёта, ориентировочно, с НДС, точная цена в КП: кольцо 246 × 5,33 из NBR 70 Shore A, склеенное из шнура с вулканизацией, при партии 6 штук около 650 ₽ за штуку. Сумма партии здесь меньше порога, поэтому к оплате минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС.

Граница между резаной и формовой деталью для конкретного узла зависит от тиража и сечения: при нескольких штуках кольца большого диаметра выгоднее склеить из шнура, при тысячах окупается пресс-форма.

Какие виды уплотнений делают по чертежу, а какие покупают стандартными?

Плоские прокладки фланцев и крышек, рамки из профиля, кольца большого и нестандартного диаметра, мембраны и манжеты под нестандартную канавку обычно делают по чертежу или образцу: их форму задаёт конкретная машина. Кольца круглого сечения стандартных рядов, сальники по DIN 3760 и типовые гидравлические манжеты быстрее покупать со склада. Торцевые уплотнения насосов берут у изготовителя насоса, по образцу заменяют отдельные кольца пары.

Риск заявки зависит от вида уплотнения

Одна и та же заявка «нужно уплотнение по образцу» несёт разный риск в зависимости от вида. Удобно разложить виды по трём цветам: зелёный можно запускать по спецификации, жёлтый требует уточнения, красный без отдельного решения технолога не обещают.

• Зелёный. Плоская прокладка неподвижного стыка, кольцо в неподвижной канавке, рамка профиля: среда известна (вода, воздух, масло), давление невысокое, материал и толщина заданы. Делается по чертежу или фото на листе с линейкой, после сверки размеров.
• Жёлтый. Манжета штока или поршня, сальник нестандартного размера, кольцо в подвижном узле, мембрана. Нужны размеры канавки, давление, скорость, жидкость; материал и твёрдость подбирают, и это предложение изготовителя, которое заказчик согласует письменно.
• Красный. Уплотнения для газа, кислорода, опасной химии, тормозных и медицинских узлов, торцевые пары насосов опасных сред, всё, что работает при необычных давлениях и температурах. Здесь сначала техническая оценка и данные испытаний, потом обещания по сроку и ресурсу.

Цвет переходит в соседний, если меняется хотя бы одно условие. Прокладка крышки воздуховода зелёная, та же прокладка на газопроводе красная. Кольцо в канавке масляного бака зелёное, кольцо поршня пневмоцилиндра жёлтое.

Данные, с которыми вид уплотнения определяется заочно

Чтобы по переписке понять вид уплотнения и сразу предложить материал, хватает короткого набора сведений. Если их нет, изготовитель будет угадывать, и ошибку обнаружат только при монтаже.

1. Узел и место: насос, цилиндр, редуктор, люк, фланец трубопровода; где именно стоит деталь.
2. Движение: неподвижный стык, вращение (обороты или окружная скорость), ход штока (длина и скорость).
3. Среда и её марка: масло по документам, вода, пар, химия с концентрацией.
4. Температура у детали и давление: рабочее и пиковое.
5. Размеры: чертёж, эскиз с размерами канавки или образец; принимаем DXF, DWG, PDF, STEP, фото детали на листе А4 с линейкой и эскиз от руки.
6. Количество сейчас и примерный расход в год.

Полезно пометить в заявке, какие из сведений точные, а какие предположение. Если марка масла взята с бочки в соседнем цехе и в паспорте машины не сверена, это предположение, и материал подбирают с запасом или проверяют.

Если узел уже разобран, старое уплотнение показывает больше, чем кажется: профиль кромки подсказывает вид, следы износа подсказывают направление давления, твёрдость старой резины подсказывает, перегрелась она или набухла. Такие наблюдения записывают в заявку как факты, отдельно от выводов.

Ошибки классификации, из-за которых узел течёт после ремонта

Самая частая ошибка: подобрать по размеру деталь другого вида. Кольцо круглого сечения, поставленное в канавку под манжету, держит первые дни, потом скручивается. Сальник без пыльника на валу в пыльном цехе быстро получает абразив под кромку. Обе ошибки начинаются с того, что вид определили по внешнему виду детали, хотя его задаёт узел.

Вторая ошибка касается давления. Армированную манжету ставят на вал насоса, где в полости есть давление, и губу выворачивает. Здесь нужен либо сальник с усиленной кромкой под давление, либо торцевое уплотнение. Для любого вала полезно знать давление в полости до заказа.

Третья ошибка в путанице неподвижного и подвижного режимов. Кольцо, которое годами стояло в крышке, переносят в поршневую канавку с тем же сечением и той же твёрдостью. В подвижном узле нужны другие посадка, натяг и часто другой материал.

Четвёртая ошибка в замене материала без смены вида. Узел с набивкой, которая течёт, иногда пытаются спасти более дорогим шнуром, хотя вал изношен и бьёт. Помогает ремонт вала или переход на торцевое уплотнение с проверкой камеры.

Если вид уплотнения определён, а с материалом и размерами остались сомнения, разумный следующий шаг: прислать фото узла и старой детали вместе с маркой среды и температурой. По этим сведениям вид подтверждают, а для жёлтых и красных случаев сразу видно, каких испытаний или документов не хватает.