les bombes són un dels majors usuaris de segells mecànics.Com el seu nom indica, els segells mecànics són segells de contacte, diferenciats dels segells aerodinàmics o laberints sense contacte.Segells mecànicstambé es caracteritzen com a segell mecànic o equilibrattancament mecànic desequilibrat.Això fa referència a quin percentatge de pressió de procés, si n'hi ha, pot arribar darrere de la cara estacionària del segell.Si la cara del segell no s'empeny contra la cara giratòria (com en un segell de tipus empujador) o si el fluid de procés a la pressió que cal segellar no es permet que passi darrere de la cara del segell, la pressió del procés voldria cap enrere la cara del segell. i obert.El dissenyador del segell ha de tenir en compte totes les condicions de funcionament per dissenyar un segell amb la força de tancament necessària, però no tanta força que la càrrega de la unitat a la cara del segell dinàmic creï massa calor i desgast.Aquest és un equilibri delicat que fa o trenca la fiabilitat de la bomba.
el segell dinàmic s'enfronta permetent una força d'obertura en lloc de la forma convencional
equilibrant la força de tancament, tal com es descriu anteriorment.No elimina la força de tancament necessària, sinó que ofereix al dissenyador i usuari de la bomba un altre botó per girar, permetent el despesament o la descàrrega de les cares de tancament, mantenint la força de tancament necessària, reduint així la calor i el desgast alhora que amplia les possibles condicions de funcionament.
Segells de gas sec (DGS), utilitzat sovint en compressors, proporcionen una força d'obertura a les cares de segellat.Aquesta força és creada per un principi de coixinet aerodinàmic, on les ranures de bombeig fines ajuden a fomentar el gas des del costat del procés d'alta pressió del segell, cap a l'espai i a través de la cara del segell com a coixinet de pel·lícula de fluid sense contacte.
La força d'obertura del coixinet aerodinàmic d'una cara de segellat de gas sec.El pendent de la línia és representatiu de la rigidesa en un buit.Tingueu en compte que la bretxa és en micres.
El mateix fenomen es produeix en els coixinets d'oli hidrodinàmics que suporten la majoria de compressors centrífugs i rotors de bombes grans i es veu en els diagrames d'excentricitat dinàmica del rotor mostrats per Bently. Aquest efecte proporciona una parada posterior estable i és un element important en l'èxit dels coixinets d'oli hidrodinàmics i DGS. .Els segells mecànics no tenen les ranures de bombeig fines que es poden trobar en una cara aerodinàmica DGS.Pot haver-hi una manera d'utilitzar principis de coixinets de gas a pressió externa per despesar la força de tancament delcara de tancament mecànics.
Gràfics qualitatius dels paràmetres del coixinet de pel·lícula fluida versus la relació d'excentricitat del diari.La rigidesa, K, i l'amortiment, D, són mínims quan el gir està al centre del coixinet.A mesura que el diari s'acosta a la superfície de suport, la rigidesa i l'amortiment augmenten dràsticament.
Els coixinets de gas aerostàtic a pressió externa utilitzen una font de gas a pressió, mentre que els coixinets dinàmics utilitzen el moviment relatiu entre les superfícies per generar pressió de buit.La tecnologia de pressió externa té almenys dos avantatges fonamentals.En primer lloc, el gas a pressió es pot injectar directament entre les cares del segell de manera controlada en lloc d'animar el gas a l'espai del segell amb ranures de bombeig poc profundes que requereixen moviment.Això permet separar les cares del segell abans que comenci la rotació.Fins i tot si les cares estan juntes, s'obriran perquè s'iniciï i s'aturi la fricció zero quan s'injecti pressió directament entre elles.A més, si el segell està calent, és possible augmentar la pressió a la cara del segell amb pressió externa.Aleshores, la bretxa augmentaria proporcionalment amb la pressió, però la calor de la cisalla cauria en funció del cub de la bretxa.Això ofereix a l'operador una nova capacitat per aprofitar la generació de calor.
Hi ha un altre avantatge en els compressors, ja que no hi ha flux a la cara com hi ha en un DGS.En canvi, la pressió més alta es troba entre les cares del segell, i la pressió externa fluirà a l'atmosfera o es ventilarà per un costat i cap al compressor per l'altre costat.Això augmenta la fiabilitat mantenint el procés fora de la bretxa.A les bombes, això pot no ser un avantatge, ja que pot ser indesitjable forçar un gas compressible a una bomba.Els gasos compressibles dins de les bombes poden causar problemes de cavitació o de martell d'aire.Tanmateix, seria interessant tenir un segell sense contacte o sense fricció per a les bombes sense el desavantatge del flux de gas al procés de la bomba.Podria ser possible tenir un coixinet de gas a pressió externa amb flux zero?
Compensació
Tots els coixinets a pressió externa tenen algun tipus de compensació.La compensació és una forma de restricció que manté la pressió a la reserva.La forma més habitual de compensació és l'ús d'orificis, però també hi ha tècniques de compensació de solcs, esglaons i poroses.La compensació permet que els coixinets o les cares del segell s'apropin entre si sense tocar-se, perquè com més s'apropen, més gran és la pressió del gas entre elles, repel·lent les cares separades.
Com a exemple, sota un coixinet de gas compensat amb orifici pla (Imatge 3), la mitjana
La pressió a l'espai serà igual a la càrrega total del coixinet dividida per l'àrea de la cara, aquesta és la càrrega de la unitat.Si la pressió del gas d'aquesta font és de 60 lliures per polzada quadrada (psi) i la cara té 10 polzades quadrades d'àrea i hi ha 300 lliures de càrrega, hi haurà una mitjana de 30 psi a l'espai del coixinet.Normalment, el buit seria d'uns 0,0003 polzades i, com que el buit és tan petit, el flux només seria d'uns 0,2 peus cúbics estàndard per minut (scfm).Com que hi ha un limitador d'orifici just abans de la bretxa que manté la pressió a la reserva, si la càrrega augmenta a 400 lliures, la bretxa del coixinet es redueix a uns 0,0002 polzades, restringint el flux a través de la bretxa a 0,1 scfm.Aquest augment de la segona restricció proporciona al restrictor de l'orifici un flux suficient per permetre que la pressió mitjana a l'espai augmenti a 40 psi i suporti l'augment de la càrrega.
Aquesta és una vista lateral seccionada d'un coixinet d'aire d'orifici típic que es troba en una màquina de mesura de coordenades (CMM).Si un sistema pneumàtic s'ha de considerar un "coixinet compensat", ha de tenir una restricció aigües amunt de la restricció de la bretxa del coixinet.
Compensació de l'orifici vs
La compensació de l'orifici és la forma de compensació més utilitzada Un orifici típic pot tenir un diàmetre de forat de 0,010 polzades, però com que està alimentant unes quantes polzades quadrades d'àrea, està alimentant diversos ordres de magnitud més d'àrea que ell mateix, de manera que la velocitat del gas pot ser alt.Sovint, els orificis es tallen amb precisió de robins o safirs per evitar l'erosió de la mida de l'orifici i, per tant, canvis en el rendiment del coixinet.Un altre problema és que a espais per sota de 0,0002 polzades, l'àrea al voltant de l'orifici comença a sufocar el flux cap a la resta de la cara, moment en què es produeix el col·lapse de la pel·lícula de gas. El mateix passa a l'aixecament, ja que només l'àrea de la L'orifici i les ranures estan disponibles per iniciar l'elevació.Aquesta és una de les principals raons per les quals els coixinets a pressió externa no es veuen als plànols de segellat.
Aquest no és el cas del coixinet compensat porós, sinó que la rigidesa continua
augmenta a mesura que augmenta la càrrega i es redueix la bretxa, com passa amb el DGS (Imatge 1) i
coixinets d'oli hidrodinàmic.En el cas dels coixinets porosos a pressió externa, el coixinet estarà en un mode de força equilibrada quan la pressió d'entrada multiplica per l'àrea la càrrega total del coixinet.Aquest és un cas tribològic interessant, ja que hi ha una sustentació zero o un buit d'aire.Hi haurà flux zero, però la força hidrostàtica de la pressió de l'aire contra la superfície del comptador sota la cara del coixinet encara despesa la càrrega total i resulta en un coeficient de fricció proper a zero, tot i que les cares encara estan en contacte.
Per exemple, si una cara de segell de grafit té una àrea de 10 polzades quadrades i 1.000 lliures de força de tancament i el grafit té un coeficient de fricció de 0,1, caldria 100 lliures de força per iniciar el moviment.Però amb una font de pressió externa de 100 psi portada a través del grafit porós fins a la seva cara, es requeriria essencialment zero força per iniciar el moviment.Això malgrat que encara hi ha 1.000 lliures de força de tancament apretant les dues cares juntes i que les cares estan en contacte físic.
Una classe de materials de coixinets llis com ara: grafit, carbonis i ceràmiques com l'alúmina i els carburs de silici que són coneguts per les indústries turbo i són naturalment porosos, de manera que es poden utilitzar com a coixinets a pressió externa que són coixinets de pel·lícula fluida sense contacte.Hi ha una funció híbrida on la pressió externa s'utilitza per despesar la pressió de contacte o la força de tancament del segell de la tribologia que està passant a les cares del segell en contacte.Això permet a l'operador de la bomba ajustar alguna cosa fora de la bomba per fer front a aplicacions problemàtiques i operacions de major velocitat mentre utilitza segells mecànics.
Aquest principi també s'aplica als raspalls, commutadors, excitadors o qualsevol conductor de contacte que es pugui utilitzar per agafar dades o corrents elèctrics en o fora d'objectes en rotació.A mesura que els rotors giren més ràpid i s'esgoten augmenta, pot ser difícil mantenir aquests dispositius en contacte amb l'eix, i sovint és necessari augmentar la pressió de la molla que els manté contra l'eix.Malauradament, especialment en el cas del funcionament a alta velocitat, aquest augment de la força de contacte també provoca més calor i desgast.El mateix principi híbrid aplicat a les cares de segellat mecànic descrit anteriorment també es pot aplicar aquí, on es requereix un contacte físic per a la conductivitat elèctrica entre les parts estacionàries i giratòries.La pressió externa es pot utilitzar com la pressió d'un cilindre hidràulic per reduir la fricció a la interfície dinàmica alhora que augmenta la força de molla o la força de tancament necessària per mantenir el raspall o la cara del segell en contacte amb l'eix giratori.
Hora de publicació: Oct-21-2023