pumpe su jedni od najvećih korisnika mehaničkih zaptivača. Kao što ime govori, mehaničke brtve su zaptivke kontaktnog tipa, koje se razlikuju od aerodinamičkih ili labirintnih beskontaktnih zaptivki.Mehaničke brtvetakođer se karakteriziraju kao balansirani mehanički zaptivač ilineuravnotežena mehanička zaptivka. Ovo se odnosi na to koji procenat, ako ga ima, procesnog pritiska može doći iza stacionarne površine brtve. Ako lice zaptivke nije gurnuto na lice koje se okreće (kao kod brtve tipa potiskivača) ili procesnoj tekućini pod pritiskom koji treba da se zapečati nije dozvoljeno da dođe iza površine zaptivke, procesni pritisak bi oduvao lice brtve nazad i otvoren. Projektant zaptivke treba da uzme u obzir sve radne uslove kako bi dizajnirao zaptivku sa potrebnom silom zatvaranja, ali ne tolikom silom da opterećenje jedinice na dinamičkom licu zaptivke stvara previše toplote i habanja. Ovo je delikatan balans koji čini ili narušava pouzdanost pumpe.
dinamička brtva se suočava tako što omogućava otvaranje sile umjesto konvencionalnog načina
balansiranje sile zatvaranja, kao što je gore opisano. Ne eliminiše potrebnu silu zatvaranja, ali daje dizajneru pumpe i korisniku još jedno dugme za okretanje omogućavajući otklanjanje težine ili rasterećenje površina zaptivke, uz održavanje potrebne sile zatvaranja, čime se smanjuje toplota i habanje, a proširuju se mogući uslovi rada.
Zaptivke za suvi gas (DGS), koji se često koriste u kompresorima, pružaju silu otvaranja na stranama zaptivke. Ova sila je stvorena aerodinamičkim principom ležaja, gdje fini žljebovi za pumpanje pomažu potaknuti plin sa procesne strane zaptivke pod visokim pritiskom, u otvor i preko lica zaptivke kao beskontaktnog ležaja fluidnog filma.
Aerodinamička sila otvaranja ležaja na površini zaptivke sa suvim gasom. Nagib linije je reprezentativan za krutost na razmaku. Imajte na umu da je jaz u mikronima.
Isti fenomen se javlja u hidrodinamičkim uljnim ležajevima koji podržavaju većinu velikih centrifugalnih kompresora i rotora pumpi i vidi se u dijagramima dinamičkog ekscentriciteta rotora koje pokazuje Bently. . Mehaničke zaptivke nemaju fine žljebove za pumpanje koji se mogu naći na aerodinamičnom DGS licu. Možda postoji način da se koriste principi plinskog ležaja pod vanjskim tlakom kako bi se oslobodila sila zatvaranja odlice mehaničkog zaptivačas.
Kvalitativni dijagrami parametara ležaja fluid-film u odnosu na omjer ekscentriciteta nosača. Krutost, K i prigušenje, D, minimalni su kada je rukavac u središtu ležaja. Kako se čaura približava površini ležaja, krutost i prigušenje se dramatično povećavaju.
Aerostatski plinski ležajevi pod vanjskim tlakom koriste izvor plina pod tlakom, dok dinamički ležajevi koriste relativno kretanje između površina za stvaranje tlaka zazora. Tehnologija pod vanjskim pritiskom ima najmanje dvije osnovne prednosti. Prvo, plin pod pritiskom može se ubrizgati direktno između površina zaptivke na kontroliran način umjesto da potiče plin u otvor zaptivke s plitkim žljebovima za pumpanje koji zahtijevaju kretanje. Ovo omogućava odvajanje površina brtve prije početka rotacije. Čak i ako su lica stisnuta zajedno, otvorit će se za početak i prestanak trenja kada se pritisak ubrizga direktno između njih. Dodatno, ako je brtva vruća, moguće je vanjskim pritiskom povećati pritisak na lice brtve. Razmak bi se tada povećavao proporcionalno pritisku, ali bi toplina od smicanja padala na kubnu funkciju zazora. Ovo operateru daje novu sposobnost da utječe na stvaranje topline.
Postoji još jedna prednost kompresora u tome što nema protoka preko lica kao kod DGS-a. Umjesto toga, najveći tlak je između strana zaptivke, a vanjski tlak će teći u atmosferu ili će se ispuštati na jednu stranu i u kompresor s druge strane. Ovo povećava pouzdanost držeći proces izvan jaza. Kod pumpi to možda nije prednost jer može biti nepoželjno ugurati kompresibilni plin u pumpu. Kompresijski plinovi unutar pumpi mogu uzrokovati kavitaciju ili probleme s zračnim čekićem. Bilo bi interesantno, međutim, imati zaptivanje bez kontakta ili trenja za pumpe bez nedostatka protoka gasa u proces pumpe. Može li biti moguće imati vanjski plinski ležaj pod pritiskom sa nultim protokom?
Kompenzacija
Svi ležajevi pod pritiskom imaju neku vrstu kompenzacije. Kompenzacija je oblik ograničenja koji zadržava pritisak u rezervi. Najčešći oblik kompenzacije je upotreba otvora, ali postoje i tehnike kompenzacije žljebova, stepenica i porozne kompenzacije. Kompenzacija omogućava ležajevima ili zaptivnim površinama da prolaze blizu jedna uz drugu bez dodirivanja, jer što se bliže približavaju, to je veći pritisak gasa između njih, odbijajući strane da se razdvoje.
Kao primjer, ispod ravnog otvora kompenziranog plinskog ležaja (Slika 3), prosjek
pritisak u zazoru će biti jednak ukupnom opterećenju ležaja podijeljenom s površinom lica, ovo je jedinično opterećenje. Ako je pritisak izvornog plina 60 funti po kvadratnom inču (psi) i čelo ima 10 kvadratnih inča površine i ima 300 funti opterećenja, u međuprostoru ležišta u prosjeku će biti 30 psi. Obično bi taj razmak bio oko 0,0003 inča, a budući da je jaz tako mali, protok bi bio samo oko 0,2 standardna kubna stopa u minuti (scfm). Budući da postoji graničnik otvora neposredno prije otvora koji drži pritisak u rezervi, ako se opterećenje poveća na 400 funti, razmak ležaja se smanjuje na oko 0,0002 inča, ograničavajući protok kroz otvor za 0,1 scfm. Ovo povećanje drugog ograničenja daje graničniku otvora dovoljan protok da omogući da se prosječni tlak u otvoru poveća na 40 psi i podrži povećano opterećenje.
Ovo je izrez sa strane tipičnog zračnog ležaja sa otvorom koji se nalazi u koordinatnoj mjernoj mašini (CMM). Ako se pneumatski sistem smatra "kompenziranim ležajem", on mora imati ograničenje uzvodno od ograničenja zazora ležaja.
Orifice vs. Porozna kompenzacija
Kompenzacija otvora je najčešće korišćeni oblik kompenzacije Tipični otvor može imati prečnik rupe od 0,010 inča, ali kako hrani nekoliko kvadratnih inča površine, on hrani nekoliko redova veličine veću površinu od sebe, tako da brzina gasa može biti visoka. Često su otvori precizno izrezani od rubina ili safira kako bi se izbjegla erozija veličine otvora i tako promjene u performansama ležaja. Drugi problem je da na prazninama ispod 0,0002 inča, područje oko otvora počinje da guši protok do ostatka lica, u kom trenutku dolazi do kolapsa plinskog filma. Isto se događa i pri podizanju, jer samo područje otvor i svi žljebovi su dostupni za pokretanje podizanja. Ovo je jedan od glavnih razloga zašto se vanjski ležajevi pod pritiskom ne vide u planovima zaptivki.
To nije slučaj sa poroznim kompenziranim ležajem, umjesto toga krutost se nastavlja
povećavaju kako raste opterećenje, a jaz se smanjuje, baš kao što je slučaj sa DGS (Slika 1) i
hidrodinamički uljni ležajevi. U slučaju poroznih ležajeva pod vanjskim pritiskom, ležaj će biti u režimu uravnotežene sile kada je ulazni pritisak puta površina jednaka ukupnom opterećenju ležaja. Ovo je zanimljiv tribološki slučaj jer nema podizanja ili vazdušnog jaza. Protok će biti nulti, ali hidrostatska sila tlaka zraka na suprotnoj površini ispod prednjeg dijela ležaja i dalje smanjuje ukupno opterećenje i rezultira skoro nultim koeficijentom trenja - iako su strane još uvijek u kontaktu.
Na primjer, ako grafitno brtveno lice ima površinu od 10 kvadratnih inča i 1000 funti sile zatvaranja, a grafit ima koeficijent trenja od 0,1, bilo bi potrebno 100 funti sile da započne kretanje. Ali sa vanjskim izvorom pritiska od 100 psi koji se prenosi kroz porozni grafit na njegovo lice, u suštini ne bi bila potrebna nula sila da se pokrene kretanje. Ovo je uprkos činjenici da još uvijek postoji 1.000 funti sile zatvaranja koja stišće dva lica zajedno i da su lica u fizičkom kontaktu.
Klasa materijala kliznih ležajeva kao što su: grafit, ugljik i keramika kao što su glinica i silicijum-karbidi koji su poznati u turbo industriji i prirodno su porozni tako da se mogu koristiti kao ležajevi pod pritiskom koji su beskontaktni ležajevi fluidnog filma. Postoji hibridna funkcija u kojoj se vanjski pritisak koristi da se odvoji kontaktni pritisak ili sila zatvaranja zaptivke od tribologije koja se događa u kontaktnim površinama brtve. Ovo omogućava operateru pumpe nešto da prilagodi izvan pumpe kako bi se bavio problematičnim aplikacijama i operacijama veće brzine uz korištenje mehaničkih zaptivača.
Ovaj princip se također primjenjuje na četke, komutatore, pobudnike ili bilo koji kontaktni provodnik koji se može koristiti za prijenos podataka ili električne struje na ili od rotirajućih objekata. Kako se rotori brže okreću i rastezanje raste, može biti teško držati ove uređaje u kontaktu sa osovinom, a često je potrebno povećati pritisak opruge koja ih drži uz osovinu. Nažalost, posebno u slučaju rada velike brzine, ovo povećanje kontaktne sile također rezultira većom toplinom i habanjem. Isti hibridni princip primijenjen na gore opisane mehaničke zaptivke također se može primijeniti ovdje, gdje je fizički kontakt potreban za električnu provodljivost između nepokretnih i rotirajućih dijelova. Vanjski pritisak se može koristiti kao pritisak iz hidrauličkog cilindra za smanjenje trenja na dinamičkom sučelju dok se i dalje povećava sila opruge ili sila zatvaranja koja je potrebna da se četka ili površina brtve drži u kontaktu s rotirajućim vratilom.
Vrijeme objave: 21.10.2023