pompele sunt unul dintre cei mai mari utilizatori de etanșări mecanice.După cum sugerează și numele, etanșările mecanice sunt etanșări de tip contact, diferențiate de etanșările aerodinamice sau labirint fără contact.Garnituri mecanicesunt de asemenea caracterizate ca etanșare mecanică echilibrată sauetanșare mecanică dezechilibrată.Aceasta se referă la procentul, dacă există, presiunea procesului care poate apărea în spatele feței staționare de etanșare.Dacă fața de etanșare nu este împinsă pe fața de rotație (ca într-o etanșare de tip împingător) sau dacă fluidul de proces la presiunea care trebuie etanșată nu este permis să treacă în spatele feței de etanșare, presiunea de proces ar arunca fata etanșării înapoi. și deschis.Proiectantul de etanșare trebuie să ia în considerare toate condițiile de funcționare pentru a proiecta o etanșare cu forța de închidere necesară, dar nu atât de mare încât încărcarea unității la fața dinamică a etanșării să creeze prea multă căldură și uzură.Acesta este un echilibru delicat care face sau distruge fiabilitatea pompei.
etanșarea dinamică se confruntă permițând o forță de deschidere mai degrabă decât modul convențional de
echilibrarea forței de închidere, așa cum este descris mai sus.Nu elimină forța de închidere necesară, dar oferă proiectantului și utilizatorului pompei un alt buton pe care să-l rotească, permițând dezgravarea sau descărcarea fețelor de etanșare, menținând în același timp forța de închidere necesară, reducând astfel căldura și uzura în timp ce lărgește posibilele condiții de funcționare.
Garnituri de gaz uscat (DGS), adesea folosit la compresoare, asigură o forță de deschidere pe fețele de etanșare.Această forță este creată de un principiu aerodinamic al rulmentului, în care canelurile fine de pompare ajută la încurajarea gazului din partea procesului de înaltă presiune a etanșării, în gol și peste fața etanșării ca un rulment de film fluid fără contact.
Forța aerodinamică de deschidere a rulmentului a unei fețe de etanșare cu gaz uscat.Panta liniei este reprezentativă pentru rigiditatea la un gol.Rețineți că decalajul este în microni.
Același fenomen are loc la rulmenții de ulei hidrodinamic care susțin majoritatea compresoarelor centrifugale mari și a rotoarelor pompelor și este observat în diagramele de excentricitate dinamică ale rotorului prezentate de Bently. Acest efect asigură o oprire stabilă în spate și este un element important în succesul rulmenților cu ulei hidrodinamic și al DGS. .Garniturile mecanice nu au canelurile fine de pompare care ar putea fi găsite într-o față aerodinamică DGS.Poate exista o modalitate de a utiliza principiile de rulment de gaz sub presiune extern pentru a reduce greutatea forței de închidere de lafata de etansare mecanicas.
Grafice calitative ale parametrilor rulmentului fluid-film versus raportul de excentricitate al jurnalului.Rigiditatea, K și amortizarea, D, sunt minime atunci când tijul se află în centrul lagărului.Pe măsură ce suportul se apropie de suprafața lagărului, rigiditatea și amortizarea cresc dramatic.
Rulmenții cu gaz aerostatic presurizat extern folosesc o sursă de gaz presurizat, în timp ce rulmenții dinamici folosesc mișcarea relativă dintre suprafețe pentru a genera presiunea de gol.Tehnologia presurizată extern are cel puțin două avantaje fundamentale.În primul rând, gazul presurizat poate fi injectat direct între fețele de etanșare într-un mod controlat, mai degrabă decât încurajarea gazului în golul de etanșare cu caneluri de pompare puțin adânci care necesită mișcare.Acest lucru permite separarea fețelor de etanșare înainte de începerea rotației.Chiar dacă fețele sunt strânse împreună, ele se vor deschide pentru a porni și se oprește cu frecare zero atunci când presiunea este injectată direct între ele.În plus, dacă etanșarea funcționează fierbinte, este posibilă creșterea presiunii pe fața etanșării cu presiune externă.Decalajul ar crește apoi proporțional cu presiunea, dar căldura de la forfecare ar cădea în funcție de cub de decalaj.Acest lucru oferă operatorului o nouă capacitate de a face pârghie împotriva generării de căldură.
Există un alt avantaj la compresoare prin faptul că nu există flux pe față, așa cum există într-un DGS.În schimb, cea mai mare presiune se află între fețele de etanșare, iar presiunea externă va curge în atmosferă sau va evaza într-o parte și în compresor de cealaltă parte.Acest lucru crește fiabilitatea prin menținerea procesului în afara decalajului.La pompe, acest lucru poate să nu fie un avantaj, deoarece poate fi nedorit să forțați un gaz compresibil într-o pompă.Gazele compresibile din interiorul pompelor pot cauza cavitație sau probleme cu ciocanul de aer.Ar fi interesant, totuși, să existe o etanșare fără contact sau fără frecare pentru pompe, fără dezavantajul fluxului de gaz în procesul pompei.Ar putea fi posibil să existe un rulment de gaz sub presiune extern cu debit zero?
Compensare
Toți rulmenții presurizați extern au un fel de compensare.Compensarea este o formă de restricție care ține presiunea în rezervă.Cea mai comună formă de compensare este utilizarea orificiilor, dar există și tehnici de compensare cu caneluri, trepte și poroase.Compensarea permite rulmenților sau fețelor de etanșare să se apropie, fără a se atinge, deoarece cu cât se apropie, cu atât presiunea gazului dintre ele devine mai mare, respingând fețele depărtate.
De exemplu, sub un rulment de gaz compensat cu orificiu plat (Imaginea 3), media
presiunea din gol va fi egală cu sarcina totală pe rulment împărțită la suprafața feței, aceasta este încărcarea unitară.Dacă această sursă de presiune a gazului este de 60 de lire pe inch pătrat (psi) și fața are o suprafață de 10 inci pătrați și există 300 de lire de sarcină, va exista o medie de 30 psi în spațiul lagărului.În mod obișnuit, decalajul ar fi de aproximativ 0,0003 inci și, deoarece decalajul este atât de mic, debitul ar fi de numai aproximativ 0,2 picioare cubi standard pe minut (scfm).Deoarece există un restrictor de orificiu chiar înainte de gol, care menține presiunea înapoi în rezervă, dacă sarcina crește la 400 de lire sterline, spațiul lagărului este redus la aproximativ 0,0002 inchi, limitând fluxul prin decalaj cu 0,1 scfm.Această creștere a celei de-a doua restricții oferă restrictorului orificiului suficient debit pentru a permite presiunii medii din spațiu să crească la 40 psi și să susțină sarcina crescută.
Aceasta este o vedere laterală tăiată a unui rulment de aer cu orificiu tipic găsit într-o mașină de măsurare a coordonatelor (CMM).Dacă un sistem pneumatic trebuie să fie considerat un „lagăr compensat”, acesta trebuie să aibă o restricție în amonte de limitarea spațiului lagărului.
Orificiu vs. Compensare poroasă
Compensarea orificiului este cea mai utilizată formă de compensare Un orificiu tipic poate avea un diametru al găurii de 0,010 inci, dar, deoarece alimentează cu câțiva inci pătrați de zonă, alimentează cu câteva ordine de mărime mai multă zonă decât el însuși, astfel încât viteza a gazului poate fi mare.Adesea, orificiile sunt tăiate cu precizie din rubine sau safire pentru a evita erodarea dimensiunii orificiului și, astfel, modificări ale performanței rulmentului.O altă problemă este că la goluri sub 0,0002 inci, zona din jurul orificiului începe să sufoce fluxul către restul feței, moment în care are loc colapsul filmului de gaz. Același lucru se întâmplă la ridicare, deoarece numai zona orificiul și orice caneluri sunt disponibile pentru a iniția ridicarea.Acesta este unul dintre principalele motive pentru care rulmenții sub presiune extern nu sunt văzuți în planurile de etanșare.
Acesta nu este cazul rulmentului compensat poros, ci rigiditatea continuă
crește pe măsură ce sarcina crește și decalajul este redus, la fel ca în cazul DGS (Imaginea 1) și
rulmenți cu ulei hidrodinamic.În cazul rulmenților porosi sub presiune extern, rulmentul va fi într-un mod de forță echilibrată atunci când presiunea de intrare multiplicată cu suprafața este egală cu sarcina totală pe rulment.Acesta este un caz tribologic interesant, deoarece nu există nicio ridicare sau decalaj de aer.Va exista un debit zero, dar forța hidrostatică a presiunii aerului împotriva suprafeței de sub suprafața rulmentului încă determină încărcătura totală și are ca rezultat un coeficient de frecare aproape de zero - chiar dacă fețele sunt încă în contact.
De exemplu, dacă o față de etanșare din grafit are o suprafață de 10 inchi pătrați și 1.000 de livre de forță de închidere, iar grafitul are un coeficient de frecare de 0,1, ar fi nevoie de 100 de lire de forță pentru a iniția mișcarea.Dar, cu o sursă de presiune externă de 100 psi, introdusă prin grafitul poros către fața sa, ar fi necesară în esență forța zero pentru a iniția mișcarea.Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că există încă 1.000 de kilograme de forță de închidere care stoarce cele două fețe împreună și că fețele sunt în contact fizic.
O clasă de materiale pentru rulmenți simpli, cum ar fi: grafit, carbon și ceramică, cum ar fi alumina și carburi de siliciu, care sunt cunoscute industriilor turbo și sunt poroase în mod natural, astfel încât pot fi utilizați ca rulmenți sub presiune extern, care sunt rulmenți cu film fluid fără contact.Există o funcție hibridă în care presiunea externă este utilizată pentru a reduce presiunea de contact sau forța de închidere a etanșării din tribologia care are loc pe fețele etanșării de contact.Acest lucru permite operatorului pompei să ajusteze ceva în afara pompei pentru a face față aplicațiilor cu probleme și operațiunilor cu viteză mai mare în timp ce utilizează etanșări mecanice.
Acest principiu se aplică, de asemenea, periilor, comutatoarelor, excitatoarelor sau oricărui conductor de contact care poate fi utilizat pentru a prelua date sau curenți electrici pe sau în afara obiectelor în rotație.Pe măsură ce rotoarele se rotesc mai repede și se epuizează crește, poate fi dificil să mențineți aceste dispozitive în contact cu arborele și este adesea necesar să creșteți presiunea arcului care le ține de arbore.Din păcate, mai ales în cazul funcționării la viteză mare, această creștere a forței de contact are ca rezultat și mai multă căldură și uzură.Același principiu hibrid aplicat fețelor de etanșare mecanică descrise mai sus poate fi aplicat și aici, acolo unde este necesar contactul fizic pentru conductivitatea electrică între părțile staționare și rotative.Presiunea externă poate fi utilizată ca presiunea unui cilindru hidraulic pentru a reduce frecarea la interfața dinamică, crescând în același timp forța arcului sau forța de închidere necesară pentru a menține peria sau fața de etanșare în contact cu arborele rotativ.
Ora postării: Oct-21-2023