A szivattyúk a mechanikus tömítések egyik legnagyobb felhasználója. Ahogy a neve is sugallja, a mechanikus tömítések érintkező típusú tömítések, amelyek különböznek az aerodinamikus vagy labirintusos érintésmentes tömítésektől.Mechanikus tömítésekkiegyensúlyozott mechanikus tömítésként, illkiegyensúlyozatlan mechanikus tömítés. Ez arra vonatkozik, hogy a folyamat nyomásának hány százaléka kerülhet be az álló tömítési felület mögé, ha van ilyen. Ha a tömítési felület nincs a forgó felülethez nyomva (mint a toló típusú tömítésnél), vagy ha a tömítendő nyomású technológiai folyadék nem kerülhet a tömítési felület mögé, akkor a folyamat nyomása visszafújná a tömítési felületet. és nyitott. A tömítés tervezőjének minden működési körülményt figyelembe kell vennie a szükséges záróerővel rendelkező tömítés megtervezéséhez, de nem akkora erővel, hogy a dinamikus tömítési felület egységterhelése túl sok hőt és kopást okozzon. Ez egy finom egyensúly, amely növeli vagy megbontja a szivattyú megbízhatóságát.
a dinamikus tömítés felülete nyitóerőt tesz lehetővé, nem pedig a hagyományos módon
a záróerő kiegyensúlyozása a fent leírtak szerint. Nem szünteti meg a szükséges záróerőt, de a szivattyú tervezőjének és felhasználójának egy másik gomb elforgatását teszi lehetővé, lehetővé téve a tömítési felületek súlytalanítását vagy tehermentesítését, miközben fenntartja a szükséges záróerőt, így csökkenti a hőt és a kopást, miközben kiszélesíti a lehetséges működési feltételeket.
Száraz gáztömítések (DGS)A kompresszorokban gyakran használt tömítési felületek nyitóerőt biztosítanak. Ezt az erőt egy aerodinamikus csapágyelv hozza létre, ahol a finom pumpáló hornyok segítik a gázt a tömítés nagynyomású folyamati oldaláról a résbe és a tömítés felületén keresztül, érintkezésmentes folyadékfilmes csapágyként ösztönözni.
A száraz gáztömítési felület aerodinamikus csapágynyitási ereje. A vonal lejtése a résnél fennálló merevséget reprezentálja. Vegye figyelembe, hogy a rés mikronban van megadva.
Ugyanez a jelenség fordul elő a hidrodinamikus olajcsapágyakban, amelyek a legtöbb nagy centrifugális kompresszort és szivattyú rotort támogatják, és látható a Bently által bemutatott rotor dinamikus excentricitási diagramjain is. Ez a hatás stabil visszaállást biztosít, és fontos eleme a hidrodinamikus olajcsapágyak és a DGS sikerének. . A mechanikus tömítések nem rendelkeznek olyan finom szivattyúhornyokkal, amelyek az aerodinamikus DGS felületén találhatók. Lehetséges, hogy külső nyomás alatt álló gázcsapágyazási elveket alkalmazzunk a záróerő súlytalanítására amechanikus tömítés felülets.
A folyadékfilm hordozó paramétereinek minőségi diagramja a csap excentricitási arányának függvényében. A K merevség és a D csillapítás minimális, ha a csap a csapágy közepén van. Ahogy a csap a csapágyfelülethez közeledik, a merevség és a csillapítás drámaian megnő.
A külső nyomás alatt álló aerosztatikus gázcsapágyak nyomás alatti gázforrást alkalmaznak, míg a dinamikus csapágyak a felületek közötti relatív mozgást használják a résnyomás létrehozására. A külső nyomású technológiának legalább két alapvető előnye van. Először is, a túlnyomásos gázt szabályozott módon közvetlenül a tömítési felületek közé fecskendezhetjük be, ahelyett, hogy a gázt a tömítési résbe bátorítanánk sekély szivattyúhornyokkal, amelyek mozgást igényelnek. Ez lehetővé teszi a tömítési felületek szétválasztását a forgás megkezdése előtt. Még akkor is, ha az arcokat összecsavarják, kinyílnak, így a nulla súrlódás elindul és leáll, amikor nyomást injektálnak közvetlenül közéjük. Ezenkívül, ha a tömítés felforrósodik, külső nyomással növelhető a nyomás a tömítés felületére. Ekkor a rés a nyomással arányosan növekedne, de a nyírásból származó hő a rés kockafüggvényére esik. Ez új lehetőséget ad a kezelőnek a hőtermelés elleni küzdelemben.
A kompresszorok másik előnye, hogy nincs áramlás a felületen, mint a DGS-ben. Ehelyett a legnagyobb nyomás a tömítési felületek között van, és a külső nyomás az atmoszférába áramlik vagy az egyik oldalon szellőzik, a másik oldalon pedig a kompresszorba. Ez növeli a megbízhatóságot azáltal, hogy a folyamatot távol tartja a réstől. Szivattyúkban ez nem jelent előnyt, mivel nem kívánatos lehet összenyomható gázt a szivattyúba kényszeríteni. A szivattyúkban lévő összenyomható gázok kavitációt vagy légkalapács problémákat okozhatnak. Érdekes lenne azonban egy érintkezésmentes vagy súrlódásmentes tömítés a szivattyúkhoz anélkül, hogy a gáz beáramlása a szivattyú folyamatba kerülne. Lehetséges külső nyomású gázcsapágy nulla átfolyással?
Kártérítés
Minden külső nyomás alatt álló csapágy rendelkezik valamilyen kompenzációval. A kompenzáció egyfajta korlátozás, amely tartalékban tartja a nyomást. A kompenzáció legelterjedtebb formája a nyílások alkalmazása, de léteznek hornyos, lépcsős és porózus kompenzációs technikák is. A kompenzáció lehetővé teszi, hogy a csapágyak vagy a tömítések felületei egymáshoz közel fussanak anélkül, hogy egymáshoz érnének, mivel minél közelebb kerülnek egymáshoz, annál nagyobb lesz a köztük lévő gáznyomás, ami taszítja a felületeket.
Például egy lapos nyílású kompenzált gázcsapágy alatt (3. kép) az átlagos
a résben lévő nyomás megegyezik a csapágy teljes terhelésével osztva a homlokfelülettel, ez egységterhelés. Ha ez a forrásgáz nyomása 60 font per négyzethüvelyk (psi), és a homlokfelület 10 négyzethüvelyk, és 300 font terhelés van, akkor átlagosan 30 psi lesz a csapágyrésben. Általában a rés körülbelül 0,0003 hüvelyk, és mivel a rés olyan kicsi, az áramlás csak körülbelül 0,2 köbláb/perc (scfm) lenne. Mivel közvetlenül a rés előtt van egy nyíláskorlátozó, amely visszatartja a nyomást, ha a terhelés 400 fontra nő, a csapágyhézag körülbelül 0,0002 hüvelykre csökken, ami 0,1 scfm-rel korlátozza az áramlást a résen keresztül. A második szűkítésnek ez a növekedése elegendő áramlást biztosít a nyílásszűkítő számára ahhoz, hogy az átlagos nyomás a résben 40 psi-re növekedjen, és fenntartsa a megnövekedett terhelést.
Ez a koordináta mérőgépben (CMM) található tipikus nyílásos légcsapágy metszett oldalnézete. Ha egy pneumatikus rendszert „kompenzált csapágynak” kell tekinteni, akkor a csapágyrés-korlátozás előtt korlátozni kell.
Nyílás vs. porózus kompenzáció
A nyíláskompenzáció a legszélesebb körben használt kompenzációs forma Egy tipikus nyílás furatátmérője 0,010 hüvelyk lehet, de mivel néhány négyzethüvelyknyi területet táplál, több nagyságrenddel nagyobb területet táplál, mint saját maga, így a sebesség a gáz szintje magas lehet. Gyakran a nyílásokat pontosan rubinból vagy zafírból vágják ki, hogy elkerüljék a nyílás méretének erózióját, és így a csapágy teljesítményében bekövetkező változásokat. Egy másik probléma, hogy 0,0002 hüvelyk alatti réseknél a nyílás körüli terület elkezdi elfojtani az áramlást az arc többi részébe, ekkor a gázfilm összeomlik. Ugyanez történik a felemelkedéskor is, mivel csak a nyílás területe nyílás és minden barázda áll rendelkezésre az emelés elindításához. Ez az egyik fő oka annak, hogy a külső nyomás alatt álló csapágyak nem szerepelnek a tömítési tervekben.
Nem ez a helyzet a porózus kompenzált csapágy esetében, ehelyett a merevség továbbra is fennáll
növekszik a terhelés növekedésével és a rés csökkenésével, akárcsak a DGS esetében (1. kép) és
hidrodinamikus olajcsapágyak. Külső nyomás alatt álló porózus csapágyak esetén a csapágy kiegyensúlyozott erő üzemmódban lesz, ha a bemenő nyomás szorozva a területtel megegyezik a csapágy teljes terhelésével. Ez egy érdekes tribológiai eset, mivel nulla emelés vagy légrés. Az áramlás nulla lesz, de a légnyomás hidrosztatikus ereje a csapágy felülete alatti ellenfelületre hatva még mindig súlytalanná teszi a teljes terhelést, és közel nulla súrlódási együtthatót eredményez – annak ellenére, hogy a felületek továbbra is érintkeznek.
Például, ha egy grafit tömítés felülete 10 négyzethüvelyk és 1000 font záróerővel rendelkezik, és a grafit súrlódási együtthatója 0,1, akkor 100 font erőre lenne szükség a mozgás elindításához. De ha egy 100 psi nyomású külső nyomásforrást a porózus grafiton keresztül vezetnek a felületre, akkor lényegében nulla erőre lenne szükség a mozgás elindításához. Ez annak ellenére van így, hogy még mindig 1000 font záróerő szorítja össze a két oldalt, és hogy az arcok fizikai érintkezésben vannak.
A siklócsapágyak egy osztálya, mint például: grafit, szén és kerámia, például alumínium-oxid és szilícium-karbid, amelyek a turbóiparban ismertek, és természetesen porózusak, így használhatók külső nyomás alatt álló csapágyakként, amelyek nem érintkező folyadékfilmes csapágyak. Létezik egy hibrid funkció, ahol külső nyomást használnak az érintkezési nyomás vagy a tömítés záróerejének súlytalanítására az érintkező tömítési felületeken fellépő tribológiából. Ez lehetővé teszi a szivattyú kezelőjének, hogy a szivattyún kívül beállítsa a problémás alkalmazásokat és a nagyobb sebességű műveleteket a mechanikus tömítések használata közben.
Ez az elv vonatkozik a kefékre, kommutátorokra, gerjesztőkre vagy bármilyen érintkezővezetőre is, amely adatok vagy elektromos áramok forgó tárgyakon történő levételére vagy levételére használható. Mivel a rotorok gyorsabban pörögnek, és növekszik a kifutás, nehéz lehet ezeket az eszközöket érintkezésben tartani a tengellyel, és gyakran meg kell növelni a tengelyhez tartó rugónyomást. Sajnos, főleg nagy sebességű üzem esetén ez az érintkezési erő növekedése is több hőt és kopást eredményez. A fent leírt mechanikus tömítési felületeknél alkalmazott hibrid elv itt is alkalmazható, ahol az álló és a forgó részek közötti elektromos vezetőképességhez fizikai érintkezés szükséges. A külső nyomás a hidraulikus henger nyomásához hasonlóan használható a dinamikus interfész súrlódásának csökkentésére, miközben továbbra is növeli a rugóerőt vagy a záróerőt, amely ahhoz szükséges, hogy a kefe vagy a tömítőfelület érintkezésben legyen a forgó tengellyel.
Feladás időpontja: 2023.10.21