čerpadlá sú jedným z najväčších používateľov mechanických upchávok.Ako už názov napovedá, mechanické tesnenia sú tesnenia kontaktného typu, ktoré sa líšia od aerodynamických alebo labyrintových bezkontaktných tesnení.Mechanické tesneniasú charakterizované aj ako vyvážená mechanická upchávka respnevyvážené mechanické tesnenie.To sa týka toho, aké percento, ak vôbec nejaké, procesného tlaku sa môže dostať za stacionárnu tesniacu plochu.Ak sa čelná plocha tesnenia netlačí proti rotujúcej ploche (ako pri tesnení tlačného typu) alebo ak sa procesná tekutina pri tlaku, ktorý je potrebné utesniť, nedostane za plochu tesnenia, procesný tlak by odfúkol lícovú stranu tesnenia späť. a otvorte.Konštruktér tesnenia musí zvážiť všetky prevádzkové podmienky, aby navrhol tesnenie s požadovanou uzatváracou silou, ale nie s takou silou, aby zaťaženie jednotky na dynamickej ploche tesnenia vytváralo príliš veľa tepla a opotrebovania.Ide o chúlostivú rovnováhu, ktorá robí alebo narúša spoľahlivosť čerpadla.
dynamické tesnenie čelia skôr umožnením otváracej sily než konvenčným spôsobom
vyváženie uzatváracej sily, ako je opísané vyššie.Nevylučuje potrebnú uzatváraciu silu, ale poskytuje konštruktérovi čerpadla a používateľovi ďalší gombík na otáčanie tým, že umožňuje odľahčenie alebo vyloženie tesnení pri zachovaní potrebnej uzatváracej sily, čím sa zníži teplo a opotrebovanie a zároveň sa rozšíria možné prevádzkové podmienky.
Suché plynové tesnenia (DGS), často používané v kompresoroch, poskytujú otváraciu silu na tesniacich plochách.Táto sila je vytvorená princípom aerodynamického ložiska, kde jemné čerpacie drážky pomáhajú povzbudiť plyn z vysokotlakovej procesnej strany tesnenia do medzery a cez čelnú plochu tesnenia ako bezkontaktné ložisko s kvapalinovým filmom.
Aerodynamická sila otvárania ložiska suchého čela plynového tesnenia.Sklon čiary predstavuje tuhosť v medzere.Všimnite si, že medzera je v mikrónoch.
Rovnaký jav sa vyskytuje v hydrodynamických olejových ložiskách, ktoré podporujú väčšinu veľkých odstredivých kompresorov a rotorov čerpadiel a je vidieť na grafoch dynamickej excentricity rotora, ktoré ukázal Bently. Tento efekt poskytuje stabilnú spätnú zarážku a je dôležitým prvkom úspechu hydrodynamických olejových ložísk a DGS .Mechanické upchávky nemajú jemné čerpacie drážky, ktoré možno nájsť na aerodynamickom čele DGS.Môže existovať spôsob, ako využiť princípy externého stlačeného plynového ložiska na uvoľnenie zatváracej sily z ventilučelo mechanického tesnenias.
Kvalitatívne grafy parametrov ložiska fluidného filmu verzus pomer excentricity čapu.Tuhosť K a tlmenie D sú minimálne, keď je čap v strede ložiska.Keď sa čap približuje k povrchu ložiska, tuhosť a tlmenie sa dramaticky zvyšuje.
Externe stlačené aerostatické plynové ložiská využívajú zdroj stlačeného plynu, zatiaľ čo dynamické ložiská využívajú relatívny pohyb medzi povrchmi na vytvorenie medzerového tlaku.Technológia externého tlaku má minimálne dve zásadné výhody.Po prvé, stlačený plyn môže byť vstrekovaný priamo medzi tesniace čelá riadeným spôsobom, a nie povzbudzovať plyn do tesniacej medzery plytkými čerpacími drážkami, ktoré vyžadujú pohyb.To umožňuje oddelenie tesnení pred začiatkom otáčania.Aj keď sú čelá zlisované k sebe, otvoria sa, čím sa dosiahne nulové trenie a zastavenie, keď sa tlak vstrekne priamo medzi ne.Okrem toho, ak je tesnenie horúce, je možné vonkajším tlakom zvýšiť tlak na povrch tesnenia.Medzera by sa potom zväčšovala úmerne s tlakom, ale teplo zo šmyku by dopadlo na kockovú funkciu medzery.To dáva operátorovi novú možnosť využiť proti vytváraniu tepla.
Ďalšia výhoda kompresorov spočíva v tom, že nedochádza k žiadnemu prúdeniu cez čelo, ako je tomu v prípade DGS.Namiesto toho je najvyšší tlak medzi tesniacimi plochami a vonkajší tlak bude prúdiť do atmosféry alebo bude prúdiť na jednu stranu a do kompresora z druhej strany.Tým sa zvyšuje spoľahlivosť tým, že sa proces udržiava mimo medzery.V pumpách to nemusí byť výhodou, pretože môže byť nežiaduce tlačiť stlačiteľný plyn do pumpy.Stlačiteľné plyny vo vnútri čerpadiel môžu spôsobiť problémy s kavitáciou alebo vzduchovými rázmi.Bolo by však zaujímavé mať bezkontaktné tesnenie alebo tesnenie bez trenia pre čerpadlá bez nevýhody prúdenia plynu do procesu čerpadla.Bolo by možné mať externe stlačené plynové ložisko s nulovým prietokom?
Odškodnenie
Všetky externe natlakované ložiská majú nejaký druh kompenzácie.Kompenzácia je formou obmedzenia, ktoré zadržiava tlak v rezerve.Najbežnejšou formou kompenzácie je použitie otvorov, ale existujú aj drážkové, stupňovité a porézne kompenzačné techniky.Kompenzácia umožňuje, aby sa ložiská alebo tesniace plochy pohybovali blízko seba bez toho, aby sa dotýkali, pretože čím sú bližšie, tým vyšší je tlak plynu medzi nimi, čím dochádza k odpudzovaniu týchto plôch.
Ako príklad, pod plochým otvorom kompenzované plynové ložisko (obrázok 3), priemer
tlak v medzere sa bude rovnať celkovému zaťaženiu ložiska vydelenému plochou čela, ide o jednotkové zaťaženie.Ak je tento tlak zdroja plynu 60 libier na štvorcový palec (psi) a čelo má plochu 10 štvorcových palcov a je tam zaťaženie 300 libier, v ložiskovej medzere bude priemerne 30 psi.Typicky by medzera bola asi 0,0003 palca, a pretože medzera je taká malá, prietok by bol iba asi 0,2 štandardných kubických stôp za minútu (scfm).Pretože tesne pred medzerou je obmedzovač otvoru, ktorý zadržiava tlak v rezerve, ak sa zaťaženie zvýši na 400 libier, medzera ložiska sa zníži na približne 0,0002 palca, čím sa obmedzí prietok cez medzeru o 0,1 scfm.Toto zvýšenie druhého obmedzenia poskytuje obmedzovaču otvoru dostatočný prietok, aby umožnil zvýšenie priemerného tlaku v medzere na 40 psi a podporilo zvýšené zaťaženie.
Toto je bočný pohľad v reze na typické vzduchové ložisko s clonou, ktoré sa nachádza v súradnicovom meracom stroji (CMM).Ak sa má pneumatický systém považovať za „kompenzované ložisko“, musí mať obmedzenie pred obmedzením medzery ložiska.
Otvor vs. Kompenzácia pórov
Kompenzácia clony je najpoužívanejšou formou kompenzácie Typická clona môže mať priemer otvoru 0,010 palca, ale keďže napája niekoľko štvorcových palcov plochy, napája o niekoľko rádov väčšiu plochu ako ona sama, takže rýchlosť plynu môže byť vysoký.Často sú otvory presne vyrezané z rubínov alebo zafírov, aby sa predišlo erózii veľkosti otvoru a tým zmenám výkonu ložiska.Ďalším problémom je, že pri medzerách pod 0,0002 palca začne oblasť okolo otvoru dusiť tok do zvyšku čela, v tomto bode nastáva kolaps plynového filmu. To isté nastáva pri zdvihnutí, pretože iba oblasť otvor a akékoľvek drážky sú k dispozícii na spustenie zdvihu.Toto je jeden z hlavných dôvodov, prečo nie sú ložiská s vonkajším tlakom vidieť v plánoch tesnení.
Toto nie je prípad porézneho kompenzovaného ložiska, namiesto toho tuhosť pokračuje
zvýšenie so zvyšujúcim sa zaťažením a zmenšením medzery, rovnako ako v prípade DGS (obrázok 1) a
hydrodynamické olejové ložiská.V prípade pórovitých ložísk s vonkajším tlakom bude ložisko v režime vyváženej sily, keď sa vstupný tlak vynásobí plochou, ktorá sa rovná celkovému zaťaženiu ložiska.Toto je zaujímavý tribologický prípad, pretože je tu nulový zdvih alebo vzduchová medzera.Prietok bude nulový, ale hydrostatická sila tlaku vzduchu proti protiľahlej ploche pod čelom ložiska stále odľahčuje celkové zaťaženie a vedie k takmer nulovému koeficientu trenia – aj keď sú čelá stále v kontakte.
Napríklad, ak má grafitová tesniaca plocha plochu 10 štvorcových palcov a 1000 libier uzatváracej sily a grafit má koeficient trenia 0,1, na spustenie pohybu by bolo treba 100 libier sily.Ale s vonkajším zdrojom tlaku 100 psi portovaným cez porézny grafit na jeho čelo by bola na spustenie pohybu potrebná v podstate nulová sila.A to aj napriek tomu, že obe tváre stláča k sebe ešte 1000 libier zatváracej sily a že sú tváre vo fyzickom kontakte.
Trieda materiálov pre klzné ložiská, ako sú: grafit, uhlíky a keramika, ako je oxid hlinitý a karbidy kremíka, ktoré sú známe v odvetví turbodúchadiel a sú prirodzene porézne, takže ich možno použiť ako ložiská s vonkajším tlakom, ktoré sú bezkontaktné ložiská s tekutým filmom.Existuje hybridná funkcia, kde sa vonkajší tlak používa na odľahčenie kontaktného tlaku alebo uzatváracej sily tesnenia od tribológie, ktorá prebieha v kontaktných plochách tesnenia.To umožňuje operátorovi čerpadla niečo nastaviť mimo čerpadla, aby sa vysporiadal s problémovými aplikáciami a prevádzkami s vyššou rýchlosťou pri použití mechanických upchávok.
Tento princíp platí aj pre kefy, komutátory, budiče alebo akýkoľvek kontaktný vodič, ktorý možno použiť na odoberanie dát alebo elektrického prúdu na alebo z rotujúcich predmetov.Keďže rotory sa otáčajú rýchlejšie a zvyšuje sa ich beh, môže byť ťažké udržať tieto zariadenia v kontakte s hriadeľom a často je potrebné zvýšiť tlak pružiny, ktorá ich drží na hriadeli.Bohužiaľ, najmä v prípade vysokorýchlostnej prevádzky, má toto zvýšenie prítlačnej sily za následok aj väčšie teplo a opotrebovanie.Rovnaký hybridný princíp aplikovaný na čelá mechanického tesnenia opísaný vyššie sa môže použiť aj tu, kde sa vyžaduje fyzický kontakt pre elektrickú vodivosť medzi stacionárnymi a rotujúcimi časťami.Vonkajší tlak sa môže použiť ako tlak z hydraulického valca na zníženie trenia na dynamickom rozhraní, pričom sa stále zvyšuje sila pružiny alebo uzatváracia sila potrebná na udržanie čela kefy alebo tesnenia v kontakte s rotujúcim hriadeľom.
Čas odoslania: 21. októbra 2023