pumper er en af de største brugere af mekaniske tætninger.Som navnet antyder, er mekaniske tætninger kontakt-type tætninger, der adskiller sig fra aerodynamiske eller labyrint ikke-kontakt tætninger.Mekaniske tætningerer også karakteriseret som afbalanceret mekanisk tætning ellerubalanceret mekanisk tætning.Dette refererer til, hvor stor en procentdel af, hvis noget, procestryk kan komme rundt bag den stationære tætningsflade.Hvis tætningsfladen ikke skubbes mod den roterende flade (som i en tætning af pusher-typen), eller procesvæske ved det tryk, der skal tætnes, ikke får lov at komme bag ved tætningsfladen, vil procestrykket blæse tætningsfladen tilbage og åben.Tætningsdesigneren skal overveje alle driftsbetingelser for at designe en tætning med den nødvendige lukkekraft, men ikke så meget kraft, at enhedsbelastningen ved den dynamiske tætningsflade skaber for meget varme og slid.Dette er en delikat balance, der gør eller bryder pumpens pålidelighed.
den dynamiske tætningsflader ved at muliggøre en åbningskraft frem for den konventionelle måde
afbalancering af lukkekraften, som beskrevet ovenfor.Det eliminerer ikke den nødvendige lukkekraft, men giver pumpedesigneren og brugeren en anden knap at dreje ved at tillade afvægtning eller aflæsning af tætningsfladerne, samtidig med at den nødvendige lukkekraft opretholdes, og dermed reduceres varme og slid samtidig med, at de mulige driftsbetingelser udvides.
Dry Gas Seals (DGS), der ofte anvendes i kompressorer, giver en åbningskraft ved tætningsfladerne.Denne kraft skabes af et aerodynamisk lejeprincip, hvor fine pumperiller hjælper med at fremme gas fra højtryksprocessiden af tætningen, ind i spalten og på tværs af forseglingens overflade som et berøringsfrit væskefilmleje.
Den aerodynamiske lejeåbningskraft af en tør gastætningsflade.Linjens hældning er repræsentativ for stivheden ved et mellemrum.Bemærk, at mellemrummet er i mikron.
Det samme fænomen forekommer i de hydrodynamiske olielejer, der understøtter de fleste store centrifugalkompressorer og pumperotorer og ses i rotor dynamiske excentricitetsplot vist af Bently. Denne effekt giver et stabilt tilbagestop og er et vigtigt element i succesen med hydrodynamiske olielejer og DGS .Mekaniske tætninger har ikke de fine pumperiller, som kan findes i en aerodynamisk DGS-flade.Der kan være en måde at bruge eksternt tryksatte gaslejerprincipper til at afvægte lukkekraften framekanisk tætningsflades.
Kvalitative plots af væske-film-lejeparametre versus tidsskriftsexcentricitetsforhold.Stivhed, K, og dæmpning, D, er minimum, når tappen er i midten af lejet.Når tappen nærmer sig lejefladen, øges stivheden og dæmpningen dramatisk.
Eksternt tryksatte aerostatiske gaslejer anvender en kilde til trykgas, hvorimod dynamiske lejer bruger den relative bevægelse mellem overfladerne til at generere spaltetryk.Den eksternt tryksatte teknologi har mindst to grundlæggende fordele.For det første kan den tryksatte gas injiceres direkte mellem tætningsfladerne på en kontrolleret måde i stedet for at tilskynde gassen ind i tætningsspalten med overfladiske pumperiller, der kræver bevægelse.Dette gør det muligt at adskille tætningsfladerne, før rotationen starter.Selv hvis ansigterne er vridet sammen, vil de åbne sig for nulfriktionsstarter og stoppe, når der sprøjtes tryk direkte mellem dem.Hvis tætningen er ved at blive varm, er det desuden muligt med eksternt tryk at øge trykket til forsiden af tætningen.Spalten ville da stige proportionalt med trykket, men varmen fra forskydning ville falde på en kubefunktion af spalten.Dette giver operatøren en ny evne til at udnytte varmeudviklingen.
Der er en anden fordel ved kompressorer ved, at der ikke er noget flow over fronten, som der er i en DGS.I stedet er det højeste tryk mellem tætningsfladerne, og det ydre tryk vil strømme ud i atmosfæren eller udluftes ind i den ene side og ind i kompressoren fra den anden side.Dette øger pålideligheden ved at holde processen ude af hullet.I pumper er dette muligvis ikke en fordel, da det kan være uønsket at tvinge en komprimerbar gas ind i en pumpe.Komprimerbare gasser inde i pumper kan forårsage kavitation eller problemer med lufthammer.Det ville dog være interessant at have en berøringsfri eller friktionsfri tætning til pumper uden ulempen ved gasstrøm ind i pumpeprocessen.Kunne det være muligt at have et eksternt tryksat gasleje med nul flow?
Kompensation
Alle eksternt tryksatte lejer har en form for kompensation.Kompensation er en form for begrænsning, der holder presset tilbage i reserve.Den mest almindelige form for kompensation er brugen af åbninger, men der er også rille-, trin- og porøse kompensationsteknikker.Kompensation gør det muligt for lejer eller tætningsflader at løbe tæt sammen uden at røre, fordi jo tættere de kommer, jo højere bliver gastrykket mellem dem, hvilket afviser ansigterne fra hinanden.
Som et eksempel, under en flad åbning kompenseret gasleje (billede 3), er gennemsnittet
trykket i spalten vil svare til den samlede belastning på lejet divideret med overfladearealet, dette er enhedsbelastning.Hvis dette kildegastryk er 60 pund pr. kvadrattomme (psi), og forsiden har et areal på 10 kvadrattomme, og der er 300 punds belastning, vil der være et gennemsnit på 30 psi i lejespalten.Typisk vil mellemrummet være omkring 0,0003 tommer, og fordi mellemrummet er så lille, vil flowet kun være omkring 0,2 standard kubikfod pr. minut (scfm).Fordi der er en åbningsbegrænser lige før mellemrummet, der holder trykket tilbage i reserven, reduceres lejespalten til ca.Denne stigning i den anden begrænsning giver åbningsbegrænseren tilstrækkelig strøm til at tillade det gennemsnitlige tryk i mellemrummet at stige til 40 psi og understøtte den øgede belastning.
Dette er et sidebillede af et typisk åbningsluftleje fundet i en koordinatmålemaskine (CMM).Hvis et pneumatisk system skal betragtes som et "kompenseret leje", skal det have en begrænsning opstrøms for begrænsningen af lejespalten.
Åbning vs. porøs kompensation
Åbningskompensation er den mest udbredte form for kompensation En typisk åbning kan have en huldiameter på 0,010 tommer, men da den føder et par kvadratcentimeter areal, føder den flere størrelsesordener mere areal end sig selv, så hastigheden af gassen kan være høj.Ofte skæres åbninger præcist af rubiner eller safirer for at undgå erosion af åbningsstørrelsen og dermed ændringer i lejets ydeevne.Et andet problem er, at ved mellemrum under 0,0002 tommer, begynder området omkring åbningen at kvæle strømmen til resten af ansigtet, hvorefter der sker kollaps af gasfilmen. Det samme sker ved afløftning, da kun området af åbning og eventuelle riller er tilgængelige for at starte løft.Dette er en af hovedårsagerne til, at eksternt tryksatte lejer ikke ses i tætningsplaner.
Dette er ikke tilfældet for det porøse kompenserede leje, i stedet fortsætter stivheden med
stige i takt med at belastningen øges og spalten reduceres, ligesom det er tilfældet med DGS (billede 1) og
hydrodynamiske olielejer.I tilfælde af eksternt tryksatte porøse lejer, vil lejet være i en balanceret krafttilstand, når inputtrykket gange arealet svarer til den samlede belastning på lejet.Dette er et interessant tribologisk tilfælde, da der er nul løft eller luftgab.Der vil være nul flow, men den hydrostatiske kraft af lufttrykket mod modfladen under lejets overflade afvægter stadig den samlede belastning og resulterer i en friktionskoefficient næsten nul - selvom fladerne stadig er i kontakt.
For eksempel, hvis en grafitforseglingsflade har et areal på 10 kvadrattommer og 1.000 pund lukkekraft, og grafitten har en friktionskoefficient på 0,1, ville det kræve 100 pund kraft for at starte bevægelse.Men med en ekstern trykkilde på 100 psi ført gennem den porøse grafit til dens overflade, ville der i det væsentlige være nul kraft, der kræves for at starte bevægelse.Dette på trods af, at der stadig er 1.000 punds lukkekraft, der klemmer de to ansigter sammen, og at ansigterne er i fysisk kontakt.
En klasse af glidelejematerialer såsom: grafit, kulstof og keramik såsom aluminiumoxid og siliciumcarbider, der er kendt af turboindustrien og er naturligt porøse, så de kan bruges som eksternt tryksatte lejer, der er ikke-berørende væskefilmlejer.Der er en hybridfunktion, hvor ydre tryk bruges til at afvægte kontakttrykket eller tætningens lukkekraft fra tribologien, der foregår i de kontaktende tætningsflader.Dette giver pumpeoperatøren mulighed for at justere uden for pumpen for at håndtere problematiske applikationer og højere hastigheder, mens der bruges mekaniske tætninger.
Dette princip gælder også for børster, kommutatorer, excitere eller enhver kontaktleder, der kan bruges til at tage data eller elektriske strømme på eller af roterende objekter.Efterhånden som rotorerne spinner hurtigere og løber tør stiger, kan det være svært at holde disse enheder i kontakt med akslen, og det er ofte nødvendigt at øge fjedertrykket, der holder dem mod akslen.Desværre, især i tilfælde af højhastighedsdrift, resulterer denne stigning i kontaktkraft også i mere varme og slid.Det samme hybridprincip anvendt på mekaniske tætningsflader beskrevet ovenfor kan også anvendes her, hvor fysisk kontakt er påkrævet for elektrisk ledningsevne mellem de stationære og roterende dele.Det ydre tryk kan bruges som trykket fra en hydraulisk cylinder til at reducere friktionen ved den dynamiske grænseflade, mens den stadig øger fjederkraften eller lukkekraften, der kræves for at holde børsten eller tætningsfladen i kontakt med den roterende aksel.
Indlægstid: 21. oktober 2023