Пумпите се едни од најголемите корисници на механички заптивки. Како што сугерира името, механичките заптивки се заптивки од контактен тип, разликувани од аеродинамичните или лабиринтските бесконтактни заптивки.Механички заптивкисе карактеризираат и како балансирана механичка заптивка илинеурамнотежена механичка заптивкаОва се однесува на тоа колкав процент од, доколку воопшто постои, притисокот во процесот може да се појави зад стационарната површина на заптивката. Ако површината на заптивката не се притисне кон вртечката површина (како кај заптивката од типот на туркач) или на течноста за процесирање при притисок што треба да се заптива не ѝ е дозволено да стигне зад површината на заптивката, притисокот во процесот ќе ја врати површината на заптивката назад и ќе ја отвори. Дизајнерот на заптивките треба да ги земе предвид сите работни услови за да дизајнира заптивка со потребната сила на затворање, но не толку голема сила што оптоварувањето на единицата на динамичката површина на заптивката ќе создаде премногу топлина и абење. Ова е деликатна рамнотежа што ја прави или ја нарушува сигурноста на пумпата.
динамичните површини на заптивката овозможуваат сила на отворање, наместо конвенционалниот начин на
балансирање на силата на затворање, како што е опишано погоре. Тоа не ја елиминира потребната сила на затворање, но им дава на дизајнерот и корисникот на пумпата уште едно копче за вртење со тоа што овозможува ослободување или растоварање на површините на заптивката, додека се одржува потребната сила на затворање, со што се намалува топлината и абењето, а воедно се прошируваат можните услови за работа.
Заптивки за сув гас (DGS), често користени во компресори, обезбедуваат сила на отворање на површините на заптивката. Оваа сила се создава со принцип на аеродинамично лежиште, каде што фините жлебови за пумпање помагаат да се поттикне гасот од страната на процесот под висок притисок на заптивката, во празнината и преку површината на заптивката како лежиште со бесконтактен флуиден филм.
Аеродинамичната сила на отворање на лежиштето на површината на заптивката со сув гас. Наклонот на линијата е претставник на цврстината на празнината. Забележете дека празнината е во микрони.
Истиот феномен се јавува кај хидродинамичките лежишта за масло кои ги поддржуваат повеќето големи центрифугални компресори и ротори на пумпи и се гледа во графиконите на динамичката ексцентричност на роторот прикажани од Бентли. Овој ефект обезбедува стабилно запирање и е важен елемент во успехот на хидродинамичките лежишта за масло и DGS. Механичките заптивки немаат фини жлебови за пумпање што би можеле да се најдат на аеродинамичната површина на DGS. Можеби постои начин да се користат принципите на лежишта со надворешен притисок на гас за да се ослободи од тежината на силата на затворање одмеханичка заптивкаs.
Квалитативни графикони на параметрите на лежиштето со флуид-филм наспроти коефициентот на ексцентричност на спидерот. Цврстината, K, и пригушувањето, D, се минимални кога спидерот е во центарот на лежиштето. Како што спидерот се приближува до површината на лежиштето, крутоста и пригушувањето драматично се зголемуваат.
Лежиштата за аеростатски гас со надворешен притисок користат извор на гас под притисок, додека динамичките лежишта го користат релативното движење помеѓу површините за да генерираат притисок во празнината. Технологијата со надворешен притисок има најмалку две фундаментални предности. Прво, гасот под притисок може да се вбризгува директно помеѓу површините на заптивката на контролиран начин, наместо да се поттикнува гасот во празнината на заптивката со плитки жлебови за пумпање кои бараат движење. Ова овозможува одвојување на површините на заптивката пред да започне ротацијата. Дури и ако површините се исцедени заедно, тие ќе се отворат за стартување и запирање без триење кога притисокот ќе се вбризга директно помеѓу нив. Дополнително, ако заптивката е жешка, можно е со надворешен притисок да се зголеми притисокот на површината на заптивката. Потоа празнината би се зголемила пропорционално со притисокот, но топлината од смолкнување би паднала на кубна функција на празнината. Ова му дава на операторот нова можност да се искористи против генерирањето топлина.
Постои уште една предност кај компресорите, а тоа е што нема проток низ површината како што има кај DGS. Наместо тоа, највисокиот притисок е помеѓу површините на заптивката, а надворешниот притисок ќе тече во атмосферата или ќе се испушта на едната страна и во компресорот од другата страна. Ова ја зголемува сигурноста со тоа што го држи процесот надвор од празнината. Кај пумпите ова можеби не е предност бидејќи може да биде непожелно да се наметне компресибилен гас во пумпата. Компресибилните гасови во пумпите можат да предизвикаат проблеми со кавитација или со воздушен чекан. Сепак, би било интересно да се има заптивка без контакт или без триење за пумпите без недостаток на проток на гас во процесот на пумпата. Дали е можно да се има надворешно притиснато лежиште за гас со нулти проток?
Компензација
Сите лежишта под надворешен притисок имаат некаков вид компензација. Компензацијата е форма на ограничување што го задржува притисокот во резерва. Најчестата форма на компензација е употребата на отвори, но постојат и техники на компензација на жлебови, чекори и порозни компензации. Компензацијата им овозможува на лежиштата или површините на заптивките да се движат блиску една до друга без да се допираат, бидејќи колку се поблиску, толку е поголем притисокот на гасот меѓу нив, со што се одбиваат површините.
На пример, под лежиште со компензиран гас со рамен отвор (Слика 3), просечната
Притисокот во празнината ќе биде еднаков на вкупното оптоварување на лежиштето поделено со површината на предната страна, ова е единечно оптоварување. Ако притисокот на овој изворен гас е 60 фунти на квадратен инч (psi), а површината има површина од 10 квадратни инчи и има 300 фунти оптоварување, ќе има просечно 30 psi во празнината на лежиштето. Типично, празнината би била околу 0,0003 инчи, и бидејќи празнината е толку мала, протокот би бил само околу 0,2 стандардни кубни стапки во минута (scfm). Бидејќи има ограничувач на отворот непосредно пред празнината што го држи притисокот во резерва, ако оптоварувањето се зголеми на 400 фунти, празнината на лежиштето се намалува на околу 0,0002 инчи, ограничувајќи го протокот низ празнината за 0,1 scfm. Ова зголемување на второто ограничување му дава на ограничувачот на отворот доволен проток за да се овозможи просечниот притисок во празнината да се зголеми на 40 psi и да го поддржи зголеменото оптоварување.
Ова е страничен поглед од засек на типично лежиште со отвор на воздух што се наоѓа во машина за мерење координати (CMM). Ако пневматскиот систем треба да се смета за „компензирано лежиште“, тој треба да има ограничување пред ограничувањето на растојанието на лежиштето.
Отвор наспроти порозна компензација
Компензацијата на отворот е најшироко користената форма на компензација. Типичен отвор може да има дијаметар на отворот од 0,010 инчи, но бидејќи напојува неколку квадратни инчи површина, напојува неколку реда на големина поголема површина од самата себе, па затоа брзината на гасот може да биде голема. Честопати, отворите се прецизно исечени од рубини или сафири за да се избегне ерозија на големината на отворот, а со тоа и промени во перформансите на лежиштето. Друг проблем е што на празнини под 0,0002 инчи, површината околу отворот почнува да го задушува протокот кон остатокот од површината, во кој момент се случува колапс на гасниот филм. Истото се случува и при подигнување, бидејќи само површината на отворот и сите жлебови се достапни за да се иницира подигнување. Ова е една од главните причини зошто лежиштата под надворешен притисок не се гледаат во плановите за заптивки.
Ова не е случај со порозното компензирано лежиште, туку цврстината продолжува да се зголемува.
се зголемуваат со зголемувањето на оптоварувањето и намалувањето на јазот, исто како во случајот со DGS (Слика 1) и
Хидродинамички лежишта за масло. Во случај на порозни лежишта под надворешен притисок, лежиштето ќе биде во режим на избалансирана сила кога влезниот притисок помножен со површината ќе биде еднаков на вкупното оптоварување на лежиштето. Ова е интересен триболошки случај бидејќи има нула подигање или воздушен јаз. Ќе има нула проток, но хидростатската сила на воздушниот притисок врз спротивната површина под површината на лежиштето сè уште го ослободува вкупниот товар и резултира со коефициент на триење близу нула - иако површините сè уште се во контакт.
На пример, ако површината на графитното заптивање има површина од 10 квадратни инчи и 1.000 фунти сила на затворање, а графитот има коефициент на триење од 0,1, ќе бидат потребни 100 фунти сила за да се иницира движење. Но, со надворешен извор на притисок од 100 psi пренесен низ порозниот графит до неговата површина, во суштина нема да биде потребна сила за да се иницира движење. Ова е и покрај фактот дека сè уште има 1.000 фунти сила на затворање што ги притиска двете површини заедно и дека површините се во физички контакт.
Класа на материјали за обични лежишта како што се: графит, јаглерод и керамика како што се алумина и силициум-карбиди кои се познати во турбо индустриите и се природно порозни, па затоа можат да се користат како надворешно притиснати лежишта кои се нерешенден флуиден филмски лежишта. Постои хибридна функција каде што надворешниот притисок се користи за да се ослободи од тежината на контактниот притисок или силата на затворање на заптивката од трибологијата што се случува на контактните површини на заптивката. Ова му овозможува на операторот на пумпата нешто да прилагоди надворешно од пумпата за да се справи со проблематичните апликации и операциите со поголема брзина при користење на механички заптивки.
Овој принцип важи и за четки, комутатори, побудувачи или кој било контактен спроводник што може да се користи за примање податоци или електрични струи на или од ротирачките предмети. Како што роторите се вртат побрзо и се празни, може да биде тешко да се држат овие уреди во контакт со вратилото, и често е потребно да се зголеми притисокот на пружината што ги држи кон вратилото. За жал, особено во случај на работа со голема брзина, ова зголемување на контактната сила, исто така, резултира со поголема топлина и абење. Истиот хибриден принцип што се применува на површините на механичките заптивки опишан погоре, може да се примени и овде, каде што е потребен физички контакт за електрична спроводливост помеѓу стационарните и ротирачките делови. Надворешниот притисок може да се користи како притисокот од хидрауличен цилиндар за да се намали триењето на динамичката интерфејс, а сепак да се зголеми силата на пружината или силата на затворање потребна за да се одржи четката или површината на заптивката во контакт со ротирачкото вратило.
Време на објавување: 21 октомври 2023 година