Οι αντλίες είναι ένας από τους μεγαλύτερους χρήστες μηχανικών στεγανοποιήσεων.Όπως υποδηλώνει το όνομα, οι μηχανικές σφραγίδες είναι σφραγίδες τύπου επαφής, που διαφοροποιούνται από αεροδυναμικές ή λαβυρίνθιες σφραγίδες χωρίς επαφή.Μηχανικές σφραγίδεςχαρακτηρίζονται επίσης ως ισορροπημένη μηχανική σφράγιση ήμη ισορροπημένη μηχανική σφράγιση.Αυτό αναφέρεται σε ποιο ποσοστό, εάν υπάρχει, πίεση διεργασίας μπορεί να έρθει γύρω από τη στατική επιφάνεια σφράγισης.Εάν η επιφάνεια στεγανοποίησης δεν πιέζεται πάνω στην περιστρεφόμενη επιφάνεια (όπως σε μια τσιμούχα τύπου ώθησης) ή εάν το υγρό διεργασίας στην πίεση που πρέπει να σφραγιστεί δεν επιτρέπεται να μπει πίσω από την επιφάνεια σφράγισης, η πίεση διεργασίας θα ανατινάξει την όψη της στεγανοποίησης και ανοιχτό.Ο σχεδιαστής σφραγίδων πρέπει να λάβει υπόψη όλες τις συνθήκες λειτουργίας για να σχεδιάσει μια στεγανοποίηση με την απαιτούμενη δύναμη κλεισίματος αλλά όχι τόσο μεγάλη δύναμη ώστε η φόρτωση της μονάδας στη δυναμική επιφάνεια σφράγισης να δημιουργεί υπερβολική θερμότητα και φθορά.Αυτή είναι μια λεπτή ισορροπία που κάνει ή σπάει την αξιοπιστία της αντλίας.
η δυναμική στεγανοποίηση αντιμετωπίζει επιτρέποντας μια δύναμη ανοίγματος και όχι με τον συμβατικό τρόπο
εξισορροπώντας τη δύναμη κλεισίματος, όπως περιγράφεται παραπάνω.Δεν εξαλείφει την απαιτούμενη δύναμη κλεισίματος, αλλά δίνει στον σχεδιαστή και στο χρήστη της αντλίας άλλο ένα πόμολο να περιστρέφεται, επιτρέποντας την αποφόρτιση ή την εκφόρτωση των επιφανειών στεγανοποίησης, διατηρώντας παράλληλα την απαιτούμενη δύναμη κλεισίματος, μειώνοντας έτσι τη θερμότητα και τη φθορά διευρύνοντας παράλληλα τις πιθανές συνθήκες λειτουργίας.
Σφραγίδες ξηρού αερίου (DGS), που χρησιμοποιούνται συχνά σε συμπιεστές, παρέχουν δύναμη ανοίγματος στις επιφάνειες στεγανοποίησης.Αυτή η δύναμη δημιουργείται από μια αρχή αεροδυναμικής έδρασης, όπου οι λεπτές αυλακώσεις άντλησης βοηθούν στην ενθάρρυνση του αερίου από την πλευρά της διαδικασίας υψηλής πίεσης της τσιμούχας, στο διάκενο και σε όλη την επιφάνεια της στεγανοποίησης ως ρουλεμάν ρευστού φιλμ χωρίς επαφή.
Η αεροδυναμική δύναμη ανοίγματος ρουλεμάν μιας ξηρής επιφάνειας στεγανοποίησης αερίου.Η κλίση της γραμμής είναι αντιπροσωπευτική της ακαμψίας σε ένα κενό.Σημειώστε ότι το κενό είναι σε μικρά.
Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει στα υδροδυναμικά ρουλεμάν λαδιού που υποστηρίζουν τους περισσότερους μεγάλους φυγόκεντρους συμπιεστές και ρότορες αντλιών και φαίνεται στα διαγράμματα δυναμικής εκκεντρότητας του ρότορα που παρουσιάζονται από το Bently. .Οι μηχανικές τσιμούχες δεν έχουν τις λεπτές αυλακώσεις άντλησης που μπορεί να βρεθούν σε μια αεροδυναμική όψη DGS.Μπορεί να υπάρχει τρόπος να χρησιμοποιηθούν εξωτερικά πεπιεσμένες αρχές ρουλεμάν αερίου για να απαλλαγούμε από το βάρος της δύναμης κλεισίματος από τομηχανική όψη σφράγισηςs.
Ποιοτικά διαγράμματα παραμέτρων που φέρουν φιλμ ρευστού σε σχέση με τον λόγο εκκεντρότητας περιοδικού.Η ακαμψία, K και η απόσβεση, D, είναι ελάχιστες όταν το ημερολόγιο βρίσκεται στο κέντρο του ρουλεμάν.Καθώς το ημερολόγιο πλησιάζει στην επιφάνεια έδρασης, η ακαμψία και η απόσβεση αυξάνονται δραματικά.
Τα εξωτερικά υπό πίεση ρουλεμάν αεροστατικού αερίου χρησιμοποιούν μια πηγή πεπιεσμένου αερίου, ενώ τα δυναμικά ρουλεμάν χρησιμοποιούν τη σχετική κίνηση μεταξύ των επιφανειών για να δημιουργήσουν πίεση διάκενου.Η τεχνολογία με εξωτερική πίεση έχει τουλάχιστον δύο θεμελιώδη πλεονεκτήματα.Πρώτον, το πεπιεσμένο αέριο μπορεί να εγχυθεί απευθείας μεταξύ των επιφανειών σφράγισης με ελεγχόμενο τρόπο αντί να ενθαρρύνει το αέριο μέσα στο διάκενο στεγανοποίησης με ρηχές αυλακώσεις άντλησης που απαιτούν κίνηση.Αυτό επιτρέπει τον διαχωρισμό των επιφανειών στεγανοποίησης πριν από την έναρξη της περιστροφής.Ακόμα κι αν οι όψεις είναι στριμωγμένες μεταξύ τους, θα ανοίξουν για μηδενικές εκκινήσεις τριβής και θα σταματήσουν όταν η πίεση εγχυθεί απευθείας μεταξύ τους.Επιπλέον, εάν η τσιμούχα λειτουργεί ζεστά, είναι δυνατό με εξωτερική πίεση να αυξηθεί η πίεση στην επιφάνεια της τσιμούχας.Το διάκενο τότε θα αυξανόταν αναλογικά με την πίεση, αλλά η θερμότητα από τη διάτμηση θα έπεφτε σε μια συνάρτηση κύβου του διακένου.Αυτό δίνει στον χειριστή μια νέα δυνατότητα μόχλευσης έναντι της παραγωγής θερμότητας.
Υπάρχει ένα άλλο πλεονέκτημα στους συμπιεστές στο ότι δεν υπάρχει ροή σε όλη την επιφάνεια όπως υπάρχει σε ένα DGS.Αντίθετα, η υψηλότερη πίεση είναι μεταξύ των επιφανειών στεγανοποίησης και η εξωτερική πίεση θα ρέει στην ατμόσφαιρα ή θα εξαερωθεί στη μία πλευρά και στον συμπιεστή από την άλλη πλευρά.Αυτό αυξάνει την αξιοπιστία κρατώντας τη διαδικασία μακριά από το κενό.Στις αντλίες αυτό μπορεί να μην είναι πλεονέκτημα καθώς μπορεί να είναι ανεπιθύμητο να εξαναγκαστεί ένα συμπιέσιμο αέριο σε μια αντλία.Τα συμπιεστά αέρια στο εσωτερικό των αντλιών μπορεί να προκαλέσουν σπηλαίωση ή προβλήματα με το σφυρί αέρα.Θα ήταν ενδιαφέρον, ωστόσο, να υπάρχει μια στεγανοποίηση χωρίς επαφή ή χωρίς τριβές για αντλίες χωρίς το μειονέκτημα της ροής αερίου στη διαδικασία της αντλίας.Θα μπορούσε να υπάρχει ένα ρουλεμάν αερίου εξωτερικά υπό πίεση με μηδενική ροή;
Αποζημίωση
Όλα τα ρουλεμάν με εξωτερική πίεση έχουν κάποιο είδος αντιστάθμισης.Η αποζημίωση είναι μια μορφή περιορισμού που συγκρατεί την πίεση στο αποθεματικό.Η πιο κοινή μορφή αντιστάθμισης είναι η χρήση στομίων, αλλά υπάρχουν επίσης τεχνικές αντιστάθμισης αυλακώσεων, βημάτων και πορωδών.Η αντιστάθμιση επιτρέπει στα ρουλεμάν ή τις επιφάνειες στεγανοποίησης να κινούνται κοντά μεταξύ τους χωρίς να αγγίζονται, επειδή όσο πλησιάζουν, τόσο αυξάνεται η πίεση του αερίου μεταξύ τους, απομακρύνοντας τις όψεις.
Για παράδειγμα, κάτω από ένα επίπεδο στόμιο αντισταθμισμένο ρουλεμάν αερίου (Εικόνα 3), ο μέσος όρος
Η πίεση στο διάκενο θα ισούται με το συνολικό φορτίο στο ρουλεμάν διαιρεμένο με την επιφάνεια του προσώπου, αυτό είναι μοναδιαία φόρτιση.Εάν αυτή η πίεση αερίου πηγής είναι 60 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (psi) και η όψη έχει εμβαδόν 10 τετραγωνικές ίντσες και υπάρχει φορτίο 300 λίβρες, θα υπάρχουν κατά μέσο όρο 30 psi στο διάκενο ρουλεμάν.Τυπικά, το διάκενο θα ήταν περίπου 0,0003 ίντσες και επειδή το κενό είναι τόσο μικρό, η ροή θα ήταν μόνο περίπου 0,2 τυπικά κυβικά πόδια ανά λεπτό (scfm).Επειδή υπάρχει ένας περιοριστής στομίου ακριβώς πριν από το διάκενο που συγκρατεί την πίεση πίσω στο απόθεμα, εάν το φορτίο αυξηθεί σε 400 λίβρες, το διάκενο έδρασης μειώνεται σε περίπου 0,0002 ίντσες, περιορίζοντας τη ροή μέσω του διακένου προς τα κάτω κατά 0,1 scfm.Αυτή η αύξηση στον δεύτερο περιορισμό δίνει στον περιοριστή στομίου αρκετή ροή για να επιτρέψει στη μέση πίεση στο διάκενο να αυξηθεί στα 40 psi και να υποστηρίξει το αυξημένο φορτίο.
Αυτή είναι μια αποκομμένη πλάγια όψη ενός τυπικού ρουλεμάν αέρα που βρίσκεται σε μια μηχανή μέτρησης συντεταγμένων (CMM).Εάν ένα πνευματικό σύστημα πρέπει να θεωρηθεί ως «αντισταθμιζόμενο έδρανο», πρέπει να έχει περιορισμό ανάντη του περιορισμού του διακένου ρουλεμάν.
Orifice vs Porous Compensation
Η αντιστάθμιση στομίου είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μορφή αντιστάθμισης Ένα τυπικό στόμιο μπορεί να έχει διάμετρο οπής 0,010 ίντσες, αλλά καθώς τροφοδοτεί μερικές τετραγωνικές ίντσες επιφάνειας, τροφοδοτεί αρκετές τάξεις μεγέθους περισσότερη περιοχή από το ίδιο, άρα η ταχύτητα του αερίου μπορεί να είναι υψηλό.Συχνά, τα στόμια κόβονται με ακρίβεια από ρουμπίνια ή ζαφείρια για να αποφευχθεί η διάβρωση του μεγέθους του στομίου και έτσι αλλαγές στην απόδοση του ρουλεμάν.Ένα άλλο ζήτημα είναι ότι σε κενά κάτω από 0,0002 ίντσες, η περιοχή γύρω από το στόμιο αρχίζει να πνίγει τη ροή προς το υπόλοιπο πρόσωπο, οπότε συμβαίνει κατάρρευση της μεμβράνης αερίου. Το ίδιο συμβαίνει κατά την ανύψωση, καθώς μόνο η περιοχή του Το στόμιο και τυχόν αυλακώσεις είναι διαθέσιμα για την έναρξη της ανύψωσης.Αυτός είναι ένας από τους κύριους λόγους που τα ρουλεμάν με εξωτερική πίεση δεν φαίνονται στα σχέδια στεγανοποίησης.
Αυτό δεν ισχύει για το πορώδες ρουλεμάν αντιστάθμισης, αντίθετα η ακαμψία συνεχίζει να
αυξάνεται καθώς αυξάνεται το φορτίο και το χάσμα μειώνεται, όπως ακριβώς συμβαίνει με το DGS (Εικόνα 1) και
υδροδυναμικά ρουλεμάν λαδιού.Στην περίπτωση πορωδών ρουλεμάν με εξωτερική πίεση, το ρουλεμάν θα είναι σε λειτουργία ισορροπημένης δύναμης όταν η πίεση εισόδου επί την περιοχή ισούται με το συνολικό φορτίο στο ρουλεμάν.Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα τριβολογική περίπτωση καθώς υπάρχει μηδενική ανύψωση ή διάκενο αέρα.Θα υπάρχει μηδενική ροή, αλλά η υδροστατική δύναμη της πίεσης του αέρα στην αντίθετη επιφάνεια κάτω από την όψη του ρουλεμάν εξακολουθεί να μη βαραίνει το συνολικό φορτίο και οδηγεί σε σχεδόν μηδενικό συντελεστή τριβής - παρόλο που οι όψεις είναι ακόμα σε επαφή.
Για παράδειγμα, εάν μια επιφάνεια σφράγισης γραφίτη έχει εμβαδόν 10 τετραγωνικές ίντσες και 1.000 λίβρες δύναμη κλεισίματος και ο γραφίτης έχει συντελεστή τριβής 0,1, θα απαιτούσε 100 λίβρες δύναμης για να ξεκινήσει η κίνηση.Αλλά με μια εξωτερική πηγή πίεσης 100 psi που μεταφέρεται μέσω του πορώδους γραφίτη στην όψη του, θα απαιτείται ουσιαστικά μηδενική δύναμη για την έναρξη της κίνησης.Αυτό συμβαίνει παρά το γεγονός ότι υπάρχουν ακόμα 1.000 λίβρες δύναμης κλεισίματος που συμπιέζει τα δύο πρόσωπα μεταξύ τους και ότι τα πρόσωπα βρίσκονται σε φυσική επαφή.
Μια κατηγορία υλικών απλών ρουλεμάν όπως: γραφίτης, άνθρακες και κεραμικά όπως αλουμίνα και καρβίδια πυριτίου που είναι γνωστά στις βιομηχανίες στροβιλοστροβιλισμού και είναι φυσικά πορώδη, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έδρανα με εξωτερική πίεση που είναι ρουλεμάν ρευστού φιλμ χωρίς επαφή.Υπάρχει μια υβριδική λειτουργία όπου η εξωτερική πίεση χρησιμοποιείται για να αφαιρεθεί το βάρος της πίεσης επαφής ή της δύναμης κλεισίματος της τσιμούχας από την τριβολογία που συμβαίνει στις όψεις της σφραγίδας επαφής.Αυτό επιτρέπει στον χειριστή της αντλίας να προσαρμόσει κάτι έξω από την αντλία για να αντιμετωπίσει προβληματικές εφαρμογές και λειτουργίες υψηλότερης ταχύτητας ενώ χρησιμοποιεί μηχανικά στεγανοποιητικά.
Αυτή η αρχή ισχύει επίσης για βούρτσες, μεταγωγείς, διεγέρτες ή οποιονδήποτε αγωγό επαφής που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη δεδομένων ή ηλεκτρικών ρευμάτων σε ή απενεργοποίηση περιστρεφόμενων αντικειμένων.Καθώς οι ρότορες περιστρέφονται γρηγορότερα και εξαντλούνται αυξάνεται, μπορεί να είναι δύσκολο να διατηρηθούν αυτές οι συσκευές σε επαφή με τον άξονα και συχνά είναι απαραίτητο να αυξηθεί η πίεση του ελατηρίου που τις συγκρατεί στον άξονα.Δυστυχώς, ειδικά στην περίπτωση λειτουργίας υψηλής ταχύτητας, αυτή η αύξηση της δύναμης επαφής έχει επίσης ως αποτέλεσμα περισσότερη θερμότητα και φθορά.Η ίδια υβριδική αρχή που εφαρμόζεται στις μηχανικές επιφάνειες στεγανοποίησης που περιγράφονται παραπάνω μπορεί επίσης να εφαρμοστεί εδώ, όπου απαιτείται φυσική επαφή για ηλεκτρική αγωγιμότητα μεταξύ των ακίνητων και των περιστρεφόμενων μερών.Η εξωτερική πίεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί όπως η πίεση από έναν υδραυλικό κύλινδρο για τη μείωση της τριβής στη δυναμική διεπαφή, αυξάνοντας παράλληλα τη δύναμη του ελατηρίου ή τη δύναμη κλεισίματος που απαιτείται για να διατηρείται η βούρτσα ή η όψη στεγανοποίησης σε επαφή με τον περιστρεφόμενο άξονα.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-21-2023