Пумпе су једни од највећих корисника механичких заптивача. Као што и само име говори, механички заптивачи су контактни заптивачи, који се разликују од аеродинамичких или лавиринтских бесконтактних заптивача.Механичке заптивкесе такође карактеришу као уравнотежено механичко заптивање илинеуравнотежено механичко заптивањеОво се односи на то који проценат, ако уопште постоји, процесног притиска може да се појави иза стационарне површине заптивке. Ако површина заптивке није притиснута уз ротирајућу површину (као код заптивке потискивачког типа) или ако се процесној течности под притиском који треба да се заптива не дозволи да доспе иза површине заптивке, процесни притисак би потиснуо површину заптивке уназад и отворио је. Пројектант заптивке мора да узме у обзир све радне услове како би пројектовао заптивку са потребном силом затварања, али не толико великом силом да оптерећење јединице на динамичкој површини заптивке створи превише топлоте и хабања. Ово је деликатна равнотежа која одлучује о поузданости пумпе.
динамичке заптивне површине омогућавајући силу отварања уместо конвенционалног начина
балансирање силе затварања, као што је горе описано. То не елиминише потребну силу затварања, али даје конструктору пумпе и кориснику још једно дугме за окретање омогућавајући растерећење површина заптивача, уз одржавање потребне силе затварања, чиме се смањује топлота и хабање, а истовремено проширују могући услови рада.
Суви гасови заптивачи (DGS), често коришћени у компресорима, обезбеђују силу отварања на површинама заптивке. Ова сила се ствара принципом аеродинамичног лежаја, где фини жлебови за пумпање помажу у подстицању гаса са стране процеса високог притиска заптивке, у зазор и преко површине заптивке као бесконтактни лежај флуидног филма.
Аеродинамичка сила отварања лежаја површине заптивача са сувим гасним заптивањем. Нагиб линије представља крутост у зазору. Треба напоменути да је зазор у микронима.
Исти феномен се јавља у хидродинамичким уљним лежајевима који подржавају већину великих центрифугалних компресора и ротора пумпи, а види се на дијаграмима динамичке ексцентричности ротора које је приказао Бентли. Овај ефекат обезбеђује стабилан повратни граничник и важан је елемент успеха хидродинамичких уљних лежајева и DGS-а. Механичке заптивке немају фине жлебове за пумпање који би се могли наћи на аеродинамичкој површини DGS-а. Можда постоји начин да се користе принципи спољашњег притиска гаса на лежајеве како би се растеретила сила затварања од...механичка заптивна површинаs.
Квалитативни графикони параметара лежаја флуидног филма у односу на однос ексцентричности лежаја. Крутост, K, и пригушење, D, су минимални када се лежај налази у центру лежаја. Како се лежај приближава површини лежаја, крутост и пригушење драматично се повећавају.
Спољно притискани аеростатички гасни лежајеви користе извор гаса под притиском, док динамички лежајеви користе релативно кретање између површина за стварање притиска у зазору. Технологија спољашњег притиска има најмање две основне предности. Прво, гас под притиском може се убризгавати директно између површина заптивке на контролисан начин, уместо да се гас подстиче у зазор заптивке плитким жлебовима за пумпање који захтевају кретање. Ово омогућава раздвајање површина заптивке пре него што почне ротација. Чак и ако су површине стиснуте једна уз другу, оне ће се отворити без трења када се притисак убризга директно између њих. Поред тога, ако се заптивка загрева, могуће је спољашњим притиском повећати притисак на површину заптивке. Зазор би се тада повећавао пропорционално притиску, али би топлота од смицања падала на кубну функцију зазора. Ово даје оператеру нову могућност да се избори са стварањем топлоте.
Постоји још једна предност код компресора, а то је да нема протока преко површине заптивке као што је то случај код DGS-а. Уместо тога, највиши притисак је између површина заптивке, а спољашњи притисак ће тећи у атмосферу или се испуштати на једну страну, а у компресор са друге стране. Ово повећава поузданост тако што држи процес ван зазора. Код пумпи ово можда није предност јер може бити непожељно убризгавати компресибилни гас у пумпу. Компримљиви гасови унутар пумпи могу изазвати проблеме са кавитацијом или ваздушним чекићем. Међутим, било би занимљиво имати заптивку без контакта или трења за пумпе без недостатка протока гаса у процес пумпе. Да ли би било могуће имати лежај гаса под спољашњим притиском са нултим протоком?
Компензација
Сви лежајеви под спољашњим притиском имају неку врсту компензације. Компензација је облик ограничења који задржава притисак у резерви. Најчешћи облик компензације је употреба отвора, али постоје и технике компензације са жлебовима, степеницама и порозним слојевима. Компензација омогућава лежајевима или површинама заптивача да се крећу близу једна другој без додиривања, јер што су ближе, то је већи притисак гаса између њих, што одбија површине.
На пример, испод лежаја са компензацијом гаса са равним отвором (слика 3), просечна
Притисак у зазору ће бити једнак укупном оптерећењу на лежају подељеном површином чеоне површине, ово је јединично оптерећење. Ако је притисак овог изворног гаса 60 фунти по квадратном инчу (psi) и чеона има површину од 10 квадратних инча и постоји оптерећење од 300 фунти, у зазору лежаја ће бити просечан притисак од 30 psi. Типично, зазор би био око 0,0003 инча, а пошто је зазор тако мали, проток би био само око 0,2 стандардне кубне стопе у минути (scfm). Пошто постоји рестриктор отвора непосредно пре зазора који држи притисак у резерви, ако се оптерећење повећа на 400 фунти, зазор лежаја се смањује на око 0,0002 инча, ограничавајући проток кроз зазор за 0,1 scfm. Ово повећање другог ограничења даје рестриктору отвора довољно протока да омогући да се просечан притисак у зазору повећа на 40 psi и подржи повећано оптерећење.
Ово је бочни приказ пререза типичног отвора ваздушног лежаја који се налази у координатној мерној машини (CMM). Ако се пнеуматски систем сматра „компензованим лежајем“, мора имати ограничење узводно од ограничења зазора лежаја.
Компензација отвора у односу на порозне структуре
Компензација отвора је најчешће коришћени облик компензације. Типичан отвор може имати пречник рупе од 0,010 инча, али пошто снабдева површину од неколико квадратних инча, снабдева површину неколико редова величине већу од себе, тако да брзина гаса може бити велика. Често се отвори прецизно исеку од рубина или сафира како би се избегла ерозија величине отвора и тиме промене у перформансама лежаја. Још један проблем је што код зазора мањих од 0,0002 инча, подручје око отвора почиње да гуши проток до остатка површине, у ком тренутку долази до колапса гасног филма. Исто се дешава и при подизању, јер је само подручје отвора и сви жлебови доступни за покретање подизања. Ово је један од главних разлога зашто се лежајеви под спољашњим притиском не виде у плановима заптивача.
То није случај код порозног компензованог лежаја, уместо тога крутост наставља да расте
повећава се како се оптерећење повећава, а размак се смањује, баш као што је случај са DGS-ом (слика 1) и
Хидродинамички уљни лежајеви. У случају порозних лежајева под спољашњим притиском, лежај ће бити у уравнотеженом режиму силе када је улазни притисак помножен са површином једнак укупном оптерећењу на лежају. Ово је занимљив триболошки случај јер нема подизања или ваздушног зазора. Биће нултог протока, али хидростатичка сила ваздушног притиска на контра површину испод површине лежаја и даље растерећује укупно оптерећење и резултира скоро нултим коефицијентом трења - чак и ако су површине и даље у контакту.
На пример, ако графитна заптивна површина има површину од 10 квадратних инча и 1.000 фунти силе затварања, а графит има коефицијент трења од 0,1, било би потребно 100 фунти силе да би се покренуло кретање. Али са спољним извором притиска од 100 psi који би се провео кроз порозни графит до његове површине, у суштини не би била потребна никаква сила да би се покренуло кретање. Ово је упркос чињеници да и даље постоји 1.000 фунти силе затварања која стиска две површине заједно и да су површине у физичком контакту.
Класа материјала за клизне лежајеве као што су: графит, угљеници и керамика попут алуминијум-оксида и силицијум-карбида који су познати у турбо индустрији и природно су порозни, тако да се могу користити као лежајеви под спољашњим притиском који су бесконтактни лежајеви са флуидним филмом. Постоји хибридна функција где се спољашњи притисак користи за растерећење контактног притиска или силе затварања заптивке од трибологије која се дешава на контактним површинама заптивке. Ово омогућава оператеру пумпе да нешто подеси споља пумпе како би се носио са проблематичним апликацијама и радом већих брзина приликом коришћења механичких заптивача.
Овај принцип се такође примењује на четке, комутаторе, побуђиваче или било који контактни проводник који се може користити за довод података или електричне струје на или са ротирајућих објеката. Како се ротори брже окрећу и њихово време загревања се повећава, може бити тешко држати ове уређаје у контакту са вратилом и често је потребно повећати притисак опруге који их држи уз вратило. Нажалост, посебно у случају рада великом брзином, ово повећање контактне силе такође доводи до већег загревања и хабања. Исти хибридни принцип који се примењује на горе описане површине механичких заптивача може се применити и овде, где је потребан физички контакт за електричну проводљивост између непокретних и ротирајућих делова. Спољни притисак може се користити попут притиска из хидрауличног цилиндра да би се смањило трење на динамичком интерфејсу, а истовремено повећала сила опруге или сила затварања потребна да би се четкица или површина заптивача држала у контакту са ротирајућим вратилом.
Време објаве: 21. октобар 2023.