Торцеве ущільнення - це механічний вузол, основним завданням якого є герметизація валу, насоса, мішалки або реактора, що виходить з корпусу електродвигуна гідравлічну частину апарату. Герметизація валу в таких торцевих ущільненнях здійснюється за рахунок щільності притиску і не здатності проходити середовища через ущільнюючі кільця, які між собою труться торцевими частинами- нерухома і рухлива частина торцевого ущільнення. Точність шліфування торцевих ущільнень у місцях зіткнення досить точна і має "дзеркальне" покриття, що при дотику рухомої та не рухомої частини створюється ефект "склеювання" частин, таким чином можна перевірити на якість виробництва та шліфування торцевого ущільнення.

Торцеві ущільнення це нещодавно придуманий виріб, більше 100 років тому вперше з'явився торцевий виріб у США в 1905 році. Винахідником вважається американець Джордж Кук, свій виріб він називав Cook Seal (Ущільнення Кука), надалі він заснував компанію з виробництва торцевих ущільнень в Америці під назвою Cook Seal. Своє перше виріб-торцеве ущільнення Джордж Кук було розроблено та використано в холодильних компресорах.

Джордж Кук був єдиним у своєму плані винахідник і виробник торцевих ущільнень, це приносило йому непоганий дохід, але надалі йому довелося продати свою компанію Cook Seal компанії Muskegon Piston Ring, де ця філія Cook Seal почав займатися виробництвом ротаційних з'єднань. під маркою "Muskegon Piston Ring Co". Пізніше "Muskegon Piston Ring" продала свій підрозділ "Rotary Seal EG&G Sealol", який у свою чергу було придбано, компанією "John Crane" у 1998 році.

Компанія Crane Packing Company на той час випускала торцеві ущільнення для автомобілів з 1949 року і на той час їх філії були в США, Канаді та Англії. Пізніше ці філії були перейменовані і об'єднані в одну компанію з виробництва торцевих ущільнень в «John Crane» і з 1987 року існує як єдина компанія з багатьма філіями по всьому світу.

Також з'являються й інші фірми такі як Компанія «Pacific & Durametallic», яка почала виробництво в США виробництво торцевих ущільнень в 1930 році. Фірма «Borgwarner» з'являється на ринку торцевих ущільнень у 1955 році в США. Пізніше відбулося злиття підрозділів фірм «Pacific & Durametallic» та «Borgwarner» у компанію «PAC Seals», у рамках холдингу «Flowserve corporation-Flow».

Всім відома німецька компанія з виробництва торцевих ущільнень Burgmann на ринку торцевих ущільнень з'явилася в 1962 році. В даний час ця компанія має назву "Eagle Burgmann".

Механічні ущільнення або ще одна з назв- це торцеве ущільнення , є основною частиною запірного, ущільнювального механізму в обертальних частинах обладнання, де можлива витік рідини через вал обладнання, що обертається- це наприклад, вал насосовиходящий з корпусу електродвигуна і перехідний в корпус гідравл цьому місці де вал заходить в корпус насоса і потрібне встановлення торцевого ущільнення, для запобігання витоку рідини. Раніше даних тип витоку запобігав сальниковому набиванню, але у зв'язку з втратою потужності електродвигуна, сальникове набивання все частіше і частіше замінюють торцевим ущільненням. При чому допускалося при використанні сальникового набивання на насосі, допустима кількість крапель протікання рідини через вал насоса і сальникове набивання, що призводило до виходу з ладу за рахунок іржі на валу і плюс була вогкість навколо насоса, що призводило до короткого замикання електродвигуна та виходу з ладу всього насосного агрегату з ладу за рахунок невеликого витоку рідини.

Спочатку багато конструкторів при виготовленні насосів використовували спрощені гумові кільця, манжети, сальники, але згодом при зрздании тиску в корпусі насоса ці манжети просто почали видавлювати рідиною і тому доводилося шукати альтернативу манжетам, до чого і прийшли конструктори. Воно складається з двох частин-рухлива частина, яка обертається на валу і нерухома частина, яка встановлена в корпусі насоса і зафіксована гумовим кільцем або гумовою вставкою. Між собою рухома і нерухома частина торцевого ущільнення має місце тертя, яке зазвичай має твердіший матеріал-кераміка, графіт, карбід кермування, карбід вольфраму. Рухливі частини цих торцевих ущільнень настільки відшліфовані, що при зіткненні один до одного вони притягуються один до одного.

Основні компоненти торцевого ущільнення

1. Первинні ущільнення, так само називають парою тертя. Загальна комбінація складається з твердого матеріалу, такого як карбід кремнію або карбіду вольфраму, вбудованого в корпус насоса і більш м'якого матеріалу, такого як вуглець у ущільнюючому вузлі, що обертається. Багато інших матеріалів можуть використовуватись залежно від умов роботи, хімічних властивостей, тиску та температури рідини. Ці два кільця нахоються в тісному контакті, одне кільце обертається разом з валом, інше кільце нерухоме. При виробництві пар тертя ці кільця обробляються в процесі, званому притиранням, щоб отримати необхідний ступінь площинності.

2. Вторинні ущільнення, що забезпечують герметизацію інших точок зіткнення в ущільненні, вони запобігають витоку рідини і не обертаються щодо один одного.

3. Пружини, що використовуються для створення тиску та збереження тісного контакту між первинними ущільненнями. У поєднанні з пружиною, надійний контакт пар тертя також забезпечується і тиском рідини, що перекачується.

Первинні поверхні ущільнювача повинні бути єдиними частинами ущільнення, які можуть обертатися відносно один одного, вони не повинні обертатися щодо частин ущільнення, які утримують їх на місці. У міру розвитку переробної промисловості необхідно було оцінювати ефективність торцевих ущільнень, щоб адаптувати їх під сучасні вимоги.

Як розроблялися перші ущільнення торця.

У 1929 році Дж. М. Раян з Crane Packing Company розробив торцеве ущільнення, що отримало назву Ryan Seal. В «Ryan Seal» використовувалися сталеві та бронзові поверхні, одна циліндрична пружина та сальникове ущільнення як другий ущільнювальний елемент. Тоді нерухоме кільце ущільнювача ще не було винайдено. Пізніше нерухомі кільця торцевого ущільнення почали виготовляти зі сталі та монтували з натягом на вал насоса. Ущільнюючі поверхні оброблялися на верстаті, а не методом притирання.

У ранніх торцевих ущільненнях часто використовувалася комбінація із загартованої сталі та свинцевої бронзи. Ця комбінація матеріалів для торцевих ущільнень була придатною для мастильних матеріалів. Найкращий спосіб забезпечення мастила, подвійного торцевого ущільнення, було розроблено компанією «Durametallic» у 1937 році. Крім того, подвійні ущільнення також використовувалися при агресивних та брудних середовищах, а також у середовищах з високим тиском. У певному сенсі, подвійні торцеві ущільнення були схожі на сальникову набивку, яка була відокремлена кільцем для підведення рідини, що ущільнює в сальник. Навіть незважаючи на те, що перші торцеві ущільнення сьогодні вважаються не зовсім надійними ущільненнями, що герметизують, втрати внаслідок витоку в них були на порядок менше, ніж витоку з сальникового набивання. Фактично, витік через сальникове набивання та споживання охолоджувальної олії були вимірні, в деяких випадках до 10% від потужності нафтопереробного заводу.

У торцевих ущільненнях 1930-х років як вторинні ущільнювальні елементи використовувалися м'які матеріали. Другорядні ущільнення були виготовлені з натуральних волокон, гуми, неопрену (синтетичний каучук) або азбесту. Нерухливе кільце ущільнювача було розроблено в 1930-х роках, але не використовувалося в торцевих ущільненнях до Другої світової війни. Ніл Крістенсен виявив оптимальні розміри для кільця ущільнювача і його канавки в 1933 році. Він подав заявку на патент у 1937 році, а отримав його у 1939 році. До Другої світової війни все ще використовували натуральний каучук, хоча вже було виконано велику роботу з розробки синтетичних матеріалів. Під час війни натуральний каучук було важко отримати, і виробництво синтетичного каучуку стало пріоритетом воєнного часу. Першими синтетиками були: неопрен, бутадієнакрилонітрильний, бутадієнстирольний та бутилові каучуки. Застосування синтетичних каучуків зазвичай обмежувалися температурами трохи більше 121°С.

Етапи розвитку у сфері герметизації.

1920–1945. Розробка гумових ущільнювальних кілець.

1945–1960. Розробка торцевих ущільнень, незбалансованого типу та збалансованого штовхача.

1960–1970. Деякі з провідних компаній, таких як "John Crane", "Flexibox", "Burgman", "Borg Warner", "Pilar", "Pacific", "Durametallic" і "Sealol", розширили свою діяльність, створивши спільні підприємства в інших країнах Азії, Австралії, Південної Америки, Європи та Африки. Тоді ж компанія Chesterton почала активно розвивати дистриб'юторську мережу по всьому світу.

1970 - 1980. Винахід металевого сильфонного ущільнення та кремнієвого картриджа для високотемпературного та кріогенного застосування.

1980. Стандартизація Європейськими країнами розмірів ущільнень та порожнин сальникового набивання, запровадження стандартів DIN. Це дозволило взаємозамінити ущільнення з інших виробників. Англійські та американські компанії, як і раніше, дотримуються цих стандартів.

1981. Розробка компанією "John Crane" безконтактних ущільнень для сухих газів, що застосовуються у високошвидкісних відцентрових компресорах.

1995–2005. Компанії, що виробляють торцеві ущільнення, стикаються із серйозною конкуренцією між собою і намагаються поглинути один одного, щоб залишитися на ринку. У результаті на ринку залишається чотири великі виробники:

- Компанія "John Crane", яка придбала "Sealol", "Safematic" та "Flexibox".

- Компанія «Flowserve»,яка об'єднала "Durametalic", "Borg Worner", "Pacific".

- Компанія «AESSEAL», утворена дистриб'юторами «Chesterton», які відокремилися та сформували власне підприємство.

- Компанія "Eagle Burgmann", що з'явилася в результаті злиття "Burgmann" та "Eagle of Japan".

На даний момент ринок торцевих ущільнень оцінюється в більш ніж 14 мільярдів доларів США.