A szivattyúk a mechanikus tömítések egyik legnagyobb felhasználói. Ahogy a neve is sugallja, a mechanikus tömítések érintkező típusú tömítések, amelyek különböznek az aerodinamikus vagy labirint érintkezésmentes tömítésektől.Mechanikus tömítésekkiegyensúlyozott mechanikus tömítésként vagykiegyensúlyozatlan mechanikus tömítésEz arra utal, hogy a technológiai nyomás hány százaléka, ha egyáltalán van ilyen, tud a tömítőfelület mögé kerülni. Ha a tömítőfelületet nem nyomják a forgó felülethez (mint egy toló típusú tömítésnél), vagy a tömítendő nyomású technológiai folyadék nem juthat a tömítőfelület mögé, a technológiai nyomás visszalöki és kinyílik a tömítőfelület. A tömítés tervezőjének figyelembe kell vennie az összes üzemi körülményt, hogy olyan tömítést tervezzen, amelynek a szükséges záróereje van, de nem akkora, hogy az egység terhelése a dinamikus tömítőfelületen túl sok hőt és kopást okozzon. Ez egy kényes egyensúly, amely biztosítja vagy rontja a szivattyú megbízhatóságát.
a dinamikus tömítőfelületeket azáltal, hogy nyitóerőt tesznek lehetővé a hagyományos módon történő tömítés helyett
a záróerő kiegyensúlyozása, a fent leírtak szerint. Ez nem szünteti meg a szükséges záróerőt, de egy újabb forgatógombot ad a szivattyú tervezőjének és felhasználójának azáltal, hogy lehetővé teszi a tömítőfelületek tehermentesítését vagy tehermentesítését, miközben fenntartja a szükséges záróerőt, ezáltal csökkentve a hőt és a kopást, miközben szélesíti a lehetséges üzemi feltételeket.
Száraz gáztömítések (DGS), amelyeket gyakran kompresszorokban használnak, nyitóerőt biztosítanak a tömítési felületeken. Ezt az erőt az aerodinamikai csapágyelv hozza létre, ahol a finom pumpálóhornyok elősegítik a gáz bejutását a tömítés nagynyomású folyamatoldaláról a résbe és a tömítés felületén keresztül, mint érintkezésmentes folyadékfilm-csapágy.
A száraz gáztömítés felületének aerodinamikai csapágynyitási ereje. A vonal meredeksége a rés merevségét jelöli. Megjegyzendő, hogy a rés mikronban van megadva.
Ugyanez a jelenség fordul elő a legtöbb nagy centrifugális kompresszor és szivattyúrotort tartó hidrodinamikus olajcsapágyakban is, és ez látható a Bently által bemutatott rotordinamikai excentricitási diagramokon is. Ez a hatás stabil visszacsapást biztosít, és fontos eleme a hidrodinamikus olajcsapágyak és a DGS sikerének. A mechanikus tömítések nem rendelkeznek az aerodinamikus DGS felületeken található finom szivattyúhornyokkal. Létezhet mód a külső nyomású gázcsapágy-elvek alkalmazására a záróerő tehermentesítésére a...mechanikus tömítés felületes.
A folyadékfilm csapágyparaméterek kvalitatív ábrázolása a csapágycsapágy excentricitási arányának függvényében. A merevség (K) és a csillapítás (D) minimális, amikor a csapágycsap a csapágy közepén van. Ahogy a csapágycsapágy közeledik a csapágyfelülethez, a merevség és a csillapítás drámaian megnő.
A külső nyomású aerosztatikus gázcsapágyak nyomás alatti gázforrást alkalmaznak, míg a dinamikus csapágyak a felületek közötti relatív mozgást használják fel a résnyomás létrehozásához. A külső nyomású technológiának legalább két alapvető előnye van. Először is, a nyomás alatti gáz közvetlenül a tömítőfelületek közé fecskendezhető szabályozott módon, ahelyett, hogy a gázt sekély, mozgást igénylő pumpáló hornyokkal ösztönöznék a tömítőrésbe. Ez lehetővé teszi a tömítőfelületek szétválasztását a forgás megkezdése előtt. Még ha a felületek össze is nyomódnak, akkor is kinyílnak, nulla súrlódású indítást és leállást eredményezve, amikor a nyomást közvetlenül közéjük fecskendezik. Ezenkívül, ha a tömítés forró, külső nyomással növelhető a tömítés felületére nehezedő nyomás. A rés ekkor a nyomással arányosan növekedne, de a nyírásból származó hő a rés köbös függvényére esne. Ez új lehetőséget ad a kezelőnek a hőképződés elleni védekezésre.
A kompresszoroknak van egy másik előnyük is, mégpedig az, hogy nincs áramlás a felületükön, mint a DGS-nél. Ehelyett a legnagyobb nyomás a tömítőfelületek között van, és a külső nyomás a légkörbe áramlik, vagy az egyik oldalon, a másik oldalon pedig a kompresszorba távozik. Ez növeli a megbízhatóságot azáltal, hogy a folyamatot távol tartja a réstől. Szivattyúknál ez nem feltétlenül előnyös, mivel nemkívánatos lehet összenyomható gázt a szivattyúba kényszeríteni. A szivattyúkban lévő összenyomható gázok kavitációt vagy légütési problémákat okozhatnak. Érdekes lenne azonban egy olyan érintkezésmentes vagy súrlódásmentes tömítés a szivattyúkhoz, amelynél nincs olyan hátrány, hogy gáz áramlik a szivattyú folyamatába. Lehetséges lenne egy külső nyomás alatt álló gázcsapágy nulla áramlással?
Kártérítés
Minden külső nyomás alatt álló csapágy rendelkezik valamilyen kompenzációval. A kompenzáció a korlátozás egy formája, amely a nyomást tartalékban tartja. A kompenzáció leggyakoribb formája a nyílások használata, de léteznek hornyos, lépcsős és porózus kompenzációs technikák is. A kompenzáció lehetővé teszi, hogy a csapágyak vagy a tömítőfelületek egymáshoz közel fussanak anélkül, hogy érintkeznének, mert minél közelebb kerülnek egymáshoz, annál nagyobb lesz a közöttük lévő gáznyomás, ami taszítja a felületeket egymástól.
Példaként egy lapos nyílással kompenzált gázcsapágy alatt (3. ábra) az átlagos
A résben lévő nyomás megegyezik a csapágy teljes terhelésének és a csapágyfelületnek a hányadosával, ez az egységnyi terhelés. Ha a forrásgáz nyomása 60 font/négyzethüvelyk (psi), a csapágyfelület 10 négyzethüvelyknyi, és 300 font terhelés van, akkor átlagosan 30 psi lesz a csapágyrésben. A rés jellemzően körülbelül 0,0003 hüvelyk lenne, és mivel a rés ilyen kicsi, az áramlás csak körülbelül 0,2 standard köbláb/perc (scfm) lenne. Mivel a rés előtt egy fúvókaszűkítő található, amely tartalékban tartja a nyomást, ha a terhelés 400 fontra nő, a csapágyrés körülbelül 0,0002 hüvelykre csökken, ami 0,1 scfm-mel korlátozza az áramlást a résen keresztül. A második szűkítésnek ez a növekedése elegendő áramlást biztosít a fúvókaszűkítőnek ahhoz, hogy a résben lévő átlagos nyomás 40 psi-re emelkedjen, és elbírja a megnövekedett terhelést.
Ez egy tipikus koordináta-mérőgépben (CMM) található fúvókás légcsapágy metszeti nézete. Ha egy pneumatikus rendszert „kompenzált csapágynak” tekintünk, akkor a csapágyhézag-szűkítés előtt szűkítéssel kell rendelkeznie.
Nyílás vs. porózus kompenzáció
A fúvókakompenzáció a kompenzáció legszélesebb körben elterjedt formája. Egy tipikus fúvóka átmérője lehet 0,010 hüvelyk, de mivel néhány négyzethüvelyknyi területet táplál, nagyságrendekkel nagyobb területet táplál, mint saját maga, így a gáz sebessége magas lehet. A fúvókákat gyakran precízen vágják ki rubinokból vagy zafírokból, hogy elkerüljék a fúvóka méretének erózióját és így a csapágy teljesítményének változását. Egy másik probléma, hogy 0,0002 hüvelyk alatti réseknél a fúvóka körüli terület elkezdi elfojtani az áramlást a felület többi része felé, ekkor a gázfilm összeomlik. Ugyanez történik felszálláskor is, mivel csak a fúvóka területe és az esetleges hornyok állnak rendelkezésre az felszállás megindításához. Ez az egyik fő oka annak, hogy a külső nyomás alatt álló csapágyak nem láthatók a tömítési terveken.
Ez nem áll fenn a porózus kompenzált csapágy esetében, ehelyett a merevség továbbra is megmarad.
növekszik a terhelés növekedésével és a rés csökkenésével, akárcsak a DGS esetében (1. ábra), és
hidrodinamikus olajcsapágyak. Külső nyomás alatt álló porózus csapágyak esetén a csapágy kiegyensúlyozott erő üzemmódban lesz, amikor a bemeneti nyomás és a terület szorzata megegyezik a csapágyra nehezedő teljes terheléssel. Ez egy érdekes tribológiai eset, mivel nulla a felhajtóerő vagy a légrés. Nulla az áramlás, de a csapágy felülete alatti ellenfelületre ható légnyomás hidrosztatikai ereje továbbra is tehermentesíti a teljes terhelést, és közel nulla súrlódási együtthatót eredményez – annak ellenére, hogy a felületek továbbra is érintkeznek.
Például, ha egy grafit tömítőfelület területe 10 négyzethüvelyk, 1000 font záróerővel rendelkezik, és a grafit súrlódási együtthatója 0,1, akkor 100 font erőre lenne szükség a mozgás megindításához. De egy 100 psi külső nyomásforrással, amelyet a porózus grafiton keresztül vezetnek a felületére, lényegében nulla erőre lenne szükség a mozgás megindításához. Ez annak ellenére van így, hogy továbbra is 1000 font záróerő szorítja össze a két felületet, és hogy a felületek fizikailag érintkeznek egymással.
Siklócsapágy-anyagok egy csoportja, mint például: grafit, szén és kerámia, például alumínium-oxid és szilícium-karbidok, amelyek ismertek a turbóiparban, és természetesen porózusak, így külső nyomás alatt álló, nem érintkező folyadékfilm-csapágyakként használhatók. Létezik egy hibrid funkció is, ahol külső nyomást használnak az érintkezési nyomás vagy a tömítés záróerejének tehermentesítésére az érintkező tömítőfelületeken ható tribológiából. Ez lehetővé teszi a szivattyú kezelője számára, hogy a szivattyún kívül állítson be valamit a problémás alkalmazások és a nagyobb sebességű működés kezelése érdekében mechanikus tömítések használata közben.
Ez az elv vonatkozik a kefékre, kommutátorokra, gerjesztőkre vagy bármilyen érintkezővezetőre is, amely adatok vagy elektromos áramok átvitelére használható forgó tárgyakon vagy azokról. Ahogy a rotorok gyorsabban forognak és a kifutásuk növekszik, nehéz lehet ezeket az eszközöket a tengellyel érintkezésben tartani, és gyakran növelni kell a rugóerőt, amely a tengelyhez rögzíti őket. Sajnos, különösen nagy sebességű működés esetén, ez az érintkezőerő növekedése nagyobb hőtermelést és kopást is eredményez. Ugyanez a hibrid elv, amelyet a fent leírtak szerint a mechanikus tömítőfelületekre alkalmaztak, itt is alkalmazható, ahol fizikai érintkezés szükséges az álló és forgó alkatrészek közötti elektromos vezetőképességhez. A külső nyomás a hidraulikus henger nyomásához hasonlóan használható a dinamikus határfelület súrlódásának csökkentésére, miközben továbbra is növekszik a rugóerő vagy a záróerő, amely ahhoz szükséges, hogy a kefe vagy a tömítőfelület érintkezzen a forgó tengellyel.
Közzététel ideje: 2023. október 21.