यांत्रिक सीलमध्ये बल संतुलन साधण्याचा एक नवीन मार्ग

पंप हे यांत्रिक सीलच्या सर्वात मोठ्या वापरकर्त्यांपैकी एक आहेत. नावाप्रमाणेच, यांत्रिक सील हे संपर्क-प्रकारचे सील आहेत, जे वायुगतिकीय किंवा भूलभुलैया नसलेल्या संपर्क सीलपेक्षा वेगळे आहेत.यांत्रिक सीलसंतुलित यांत्रिक सील म्हणून देखील वैशिष्ट्यीकृत आहेत किंवाअसंतुलित यांत्रिक सील. हे स्थिर सील फेसच्या मागे किती टक्के, जर असेल तर, प्रक्रिया दाब येऊ शकतो हे दर्शवते. जर सील फेस फिरत्या फेसवर (पुशर-प्रकारच्या सीलप्रमाणे) ढकलला गेला नाही किंवा सील करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या दाबावर प्रक्रिया द्रवपदार्थ सील फेसच्या मागे येऊ दिला नाही, तर प्रक्रिया दाब सील फेस मागे उडवून उघडेल. सील डिझायनरला आवश्यक क्लोजिंग फोर्ससह सील डिझाइन करण्यासाठी सर्व ऑपरेटिंग परिस्थितींचा विचार करणे आवश्यक आहे परंतु इतके फोर्स नाही की डायनॅमिक सील फेसवर युनिट लोडिंग खूप जास्त उष्णता आणि झीज निर्माण करेल. हे एक नाजूक संतुलन आहे जे पंप विश्वासार्हता बनवते किंवा तोडते.

पारंपारिक पद्धतीने उघडण्याच्या शक्तीला सक्षम करून गतिमान सीलचे तोंड
वर वर्णन केल्याप्रमाणे, बंद होण्याच्या शक्तीचे संतुलन राखणे. हे आवश्यक बंद होण्याच्या शक्तीला काढून टाकत नाही परंतु पंप डिझायनर आणि वापरकर्त्याला सील फेसचे वजन कमी करून किंवा उतरवून फिरण्यासाठी आणखी एक नॉब देते, आवश्यक बंद होण्याच्या शक्ती राखून, अशा प्रकारे उष्णता आणि झीज कमी करते आणि संभाव्य ऑपरेटिंग परिस्थिती वाढवते.

ड्राय गॅस सील्स (DGS)कंप्रेसरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या या बलामुळे सीलच्या पृष्ठभागावर एक उघडण्याची शक्ती मिळते. ही शक्ती वायुगतिकीय बेअरिंग तत्त्वाद्वारे तयार केली जाते, जिथे बारीक पंपिंग ग्रूव्ह सीलच्या उच्च-दाब प्रक्रियेच्या बाजूने, गॅपमध्ये आणि सीलच्या समोरून संपर्क नसलेल्या द्रव फिल्म बेअरिंगच्या रूपात गॅसला उत्तेजन देण्यास मदत करतात.

कोरड्या वायू सील फेसचा वायुगतिकीय बेअरिंग ओपनिंग फोर्स. रेषेचा उतार अंतरावरील कडकपणा दर्शवितो. लक्षात ठेवा की अंतर मायक्रॉनमध्ये आहे.
बहुतेक मोठ्या सेंट्रीफ्यूगल कॉम्प्रेसर आणि पंप रोटर्सना आधार देणाऱ्या हायड्रोडायनामिक ऑइल बेअरिंग्जमध्येही हीच घटना घडते आणि बेंटलीने दाखवलेल्या रोटर डायनॅमिक एक्सेन्ट्रिसिटी प्लॉटमध्ये दिसून येते. हा परिणाम स्थिर बॅक स्टॉप प्रदान करतो आणि हायड्रोडायनामिक ऑइल बेअरिंग्ज आणि डीजीएसच्या यशात एक महत्त्वाचा घटक आहे. मेकॅनिकल सीलमध्ये एरोडायनामिक डीजीएस फेसमध्ये आढळणारे बारीक पंपिंग ग्रूव्ह नसतात. बाहेरून दाबलेल्या गॅस बेअरिंग तत्त्वांचा वापर करून क्लोजिंग फोर्सचे वजन कमी करण्याचा एक मार्ग असू शकतो.यांत्रिक सील फेसs.

जर्नल विक्षिप्तता गुणोत्तर विरुद्ध द्रव-फिल्म बेअरिंग पॅरामीटर्सचे गुणात्मक प्लॉट. जर्नल बेअरिंगच्या मध्यभागी असताना कडकपणा, K, आणि डॅम्पिंग, D हे किमान असतात. जर्नल बेअरिंग पृष्ठभागाजवळ येताच, कडकपणा आणि डॅम्पिंग नाटकीयरित्या वाढते.

बाह्य दाबयुक्त एरोस्टॅटिक गॅस बेअरिंग्ज दाबयुक्त वायूचा स्रोत वापरतात, तर गतिमान बेअरिंग्ज पृष्ठभागांमधील सापेक्ष गतीचा वापर गॅप प्रेशर निर्माण करण्यासाठी करतात. बाह्य दाबयुक्त तंत्रज्ञानाचे किमान दोन मूलभूत फायदे आहेत. प्रथम, दाबयुक्त वायू सील गॅपमध्ये उथळ पंपिंग ग्रूव्हसह गॅसला प्रोत्साहित करण्याऐवजी नियंत्रित पद्धतीने सील फेसमध्ये थेट इंजेक्ट केला जाऊ शकतो ज्यासाठी हालचाल आवश्यक असते. हे रोटेशन सुरू होण्यापूर्वी सील फेस वेगळे करण्यास सक्षम करते. जरी चेहरे एकत्र जोडले गेले असले तरी, ते शून्य घर्षण सुरू होण्यासाठी उघडतील आणि त्यांच्यामध्ये थेट दाब इंजेक्ट केल्यावर थांबतील. याव्यतिरिक्त, जर सील गरम होत असेल, तर बाह्य दाबाने सीलच्या फेसवर दाब वाढवणे शक्य आहे. नंतर अंतर दाबाच्या प्रमाणात वाढेल, परंतु कातरणेची उष्णता गॅपच्या घन फंक्शनवर पडेल. यामुळे ऑपरेटरला उष्णता निर्मितीविरुद्ध फायदा घेण्याची एक नवीन क्षमता मिळते.

कंप्रेसरमध्ये आणखी एक फायदा म्हणजे डीजीएस प्रमाणे समोरून प्रवाह होत नाही. त्याऐवजी, सीलच्या समोरून सर्वात जास्त दाब असतो आणि बाह्य दाब वातावरणात किंवा एका बाजूला व्हेंटमध्ये आणि दुसऱ्या बाजूने कंप्रेसरमध्ये जातो. यामुळे प्रक्रिया अंतराबाहेर राहून विश्वासार्हता वाढते. पंपमध्ये हे एक फायदा असू शकत नाही कारण पंपमध्ये दाबता येणारा वायू जबरदस्तीने टाकणे अवांछनीय असू शकते. पंपच्या आत दाबता येणारे वायू पोकळ्या निर्माण करणे किंवा हवेच्या हातोड्याच्या समस्या निर्माण करू शकतात. तथापि, पंप प्रक्रियेत वायू प्रवाहाचा तोटा न होता पंपसाठी संपर्क नसलेला किंवा घर्षण-मुक्त सील असणे मनोरंजक असेल. शून्य प्रवाहासह बाह्य दाबयुक्त गॅस बेअरिंग असणे शक्य आहे का?

भरपाई
सर्व बाह्य दाब असलेल्या बेअरिंग्जमध्ये काही प्रकारचे भरपाई असते. भरपाई ही एक प्रकारची बंधने आहेत जी दाब राखीव ठेवतात. भरपाईचा सर्वात सामान्य प्रकार म्हणजे छिद्रांचा वापर, परंतु ग्रूव्ह, स्टेप आणि सच्छिद्र भरपाई तंत्रे देखील आहेत. भरपाईमुळे बेअरिंग्ज किंवा सील फेस एकमेकांना स्पर्श न करता जवळून चालतात, कारण ते जितके जवळ येतात तितके त्यांच्यामधील वायूचा दाब जास्त होतो, ज्यामुळे फेस वेगळे होतात.

उदाहरणार्थ, सपाट छिद्राच्या भरपाई दिलेल्या गॅस बेअरिंगखाली (प्रतिमा ३), सरासरी
गॅपमधील दाब हा बेअरिंगवरील एकूण भार भागिले फेस एरिया असेल, तर हे युनिट लोडिंग आहे. जर या स्त्रोताच्या वायूचा दाब ६० पौंड प्रति चौरस इंच (psi) असेल आणि फेसमध्ये १० चौरस इंच क्षेत्रफळ असेल आणि ३०० पौंड भार असेल, तर बेअरिंग गॅपमध्ये सरासरी ३० psi असेल. सामान्यतः, गॅप सुमारे ०.०००३ इंच असेल आणि गॅप खूप लहान असल्याने, प्रवाह फक्त ०.२ मानक घनफूट प्रति मिनिट (scfm) असेल. कारण गॅपच्या अगदी आधी एक ओरिफिस रिस्ट्रिक्टर आहे जो दाब राखीव ठेवतो, जर भार ४०० पौंडपर्यंत वाढला तर बेअरिंग गॅप सुमारे ०.०००२ इंचांपर्यंत कमी होतो, ज्यामुळे गॅपमधून प्रवाह ०.१ scfm कमी होतो. दुसऱ्या रिस्ट्रिकेशनमधील या वाढीमुळे ओरिफिस रिस्ट्रिक्टरला गॅपमधील सरासरी दाब ४० psi पर्यंत वाढू शकेल आणि वाढलेल्या भाराला आधार मिळेल इतका प्रवाह मिळेल.

हे कोऑर्डिनेट मेजरिंग मशीन (CMM) मध्ये आढळणाऱ्या एका सामान्य ओरिफिस एअर बेअरिंगचे कटअवे साईड व्ह्यू आहे. जर एखाद्या वायवीय प्रणालीला "कम्पेन्सेटेड बेअरिंग" मानले जायचे असेल तर त्याला बेअरिंग गॅप रिस्ट्रिक्शनच्या वरच्या बाजूस एक रिस्ट्रिक्शन असणे आवश्यक आहे.
छिद्र विरुद्ध छिद्रयुक्त भरपाई
ओरिफिस भरपाई ही भरपाईचा सर्वात जास्त वापरला जाणारा प्रकार आहे. एका सामान्य ओरिफिसचा व्यास .010 इंच असू शकतो, परंतु तो काही चौरस इंच क्षेत्रफळ भरत असल्याने, तो स्वतःपेक्षा अनेक आकारमानाच्या क्षेत्रफळाचा पुरवठा करत असल्याने, वायूचा वेग जास्त असू शकतो. बऱ्याचदा, ओरिफिस माणिक किंवा नीलमणीपासून अचूकपणे कापले जातात जेणेकरून ओरिफिसचा आकार कमी होऊ नये आणि त्यामुळे बेअरिंगच्या कामगिरीत बदल होऊ शकेल. आणखी एक समस्या अशी आहे की 0.0002 इंचापेक्षा कमी अंतरावर, ओरिफिसभोवतीचा भाग उर्वरित चेहऱ्यावर प्रवाह रोखू लागतो, ज्या वेळी गॅस फिल्म कोसळते. लिफ्ट ऑफ करतानाही असेच घडते, कारण फक्त ओरिफिसचे क्षेत्रफळ आणि लिफ्ट सुरू करण्यासाठी कोणतेही खोबणी उपलब्ध असतात. सील प्लॅनमध्ये बाह्य दाब असलेले बेअरिंग दिसत नाहीत याचे हे एक मुख्य कारण आहे.

सच्छिद्र भरपाई असलेल्या बेअरिंगसाठी हे खरे नाही, त्याऐवजी कडकपणा कायम राहतो
भार वाढतो आणि अंतर कमी होते तसे वाढते, जसे डीजीएसच्या बाबतीत होते (प्रतिमा १) आणि
हायड्रोडायनामिक ऑइल बेअरिंग्ज. बाह्य दाब असलेल्या सच्छिद्र बेअरिंग्जच्या बाबतीत, जेव्हा इनपुट प्रेशरचा गुणाकार क्षेत्रफळाचा असेल तेव्हा बेअरिंग संतुलित बल मोडमध्ये असेल. हे एक मनोरंजक ट्रायबोलॉजिकल केस आहे कारण शून्य लिफ्ट किंवा एअर गॅप आहे. शून्य प्रवाह असेल, परंतु बेअरिंगच्या पृष्ठभागावरील काउंटर पृष्ठभागाविरुद्ध हवेच्या दाबाचे हायड्रोस्टॅटिक बल अजूनही एकूण भार कमी करते आणि परिणामी घर्षणाचा जवळजवळ शून्य गुणांक होतो - जरी फेस अजूनही संपर्कात असले तरीही.

उदाहरणार्थ, जर ग्रेफाइट सील फेसचे क्षेत्रफळ १० चौरस इंच आणि १,००० पौंड बंदिस्त बल असेल आणि ग्रेफाइटचा घर्षण गुणांक ०.१ असेल, तर त्याला हालचाल सुरू करण्यासाठी १०० पौंड बल लागेल. परंतु १०० पीएसआयचा बाह्य दाब स्रोत सच्छिद्र ग्रेफाइटमधून त्याच्या फेसवर पोर्ट केला गेला तर हालचाल सुरू करण्यासाठी शून्य बल लागेल. दोन्ही फेस एकत्र दाबण्यासाठी १,००० पौंड बंदिस्त बल आहे आणि चेहरे भौतिक संपर्कात आहेत हे असूनही हे घडते.

साध्या बेअरिंग मटेरियलचा एक वर्ग जसे की: ग्रेफाइट, कार्बन आणि सिरेमिक्स जसे की अॅल्युमिना आणि सिलिकॉन-कार्बाइड्स जे टर्बो उद्योगांना ज्ञात आहेत आणि नैसर्गिकरित्या छिद्रयुक्त आहेत म्हणून ते बाह्य दाबयुक्त बेअरिंग म्हणून वापरले जाऊ शकतात जे संपर्क नसलेले द्रव फिल्म बेअरिंग आहेत. एक हायब्रिड फंक्शन आहे जिथे संपर्क दाब किंवा सीलच्या बंद होण्याच्या शक्तीला संपर्क सीलच्या चेहऱ्यांमध्ये चालू असलेल्या ट्रायबोलॉजीपासून कमी करण्यासाठी बाह्य दाब वापरला जातो. हे पंप ऑपरेटरला यांत्रिक सील वापरताना समस्या अनुप्रयोग आणि उच्च गती ऑपरेशन्स हाताळण्यासाठी पंपच्या बाहेर काहीतरी समायोजित करण्यास अनुमती देते.

हे तत्व ब्रश, कम्युटेटर, एक्साइटर किंवा फिरत्या वस्तूंवर किंवा बंद करून डेटा किंवा विद्युत प्रवाह घेण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कोणत्याही संपर्क वाहकाला देखील लागू होते. रोटर्स वेगाने फिरतात आणि संपतात तसतसे ही उपकरणे शाफ्टच्या संपर्कात ठेवणे कठीण होऊ शकते आणि त्यांना शाफ्टवर धरून ठेवणारा स्प्रिंग प्रेशर वाढवणे अनेकदा आवश्यक असते. दुर्दैवाने, विशेषतः हाय-स्पीड ऑपरेशनच्या बाबतीत, संपर्क बलात वाढ झाल्यामुळे अधिक उष्णता आणि झीज देखील होते. वर वर्णन केलेल्या यांत्रिक सील फेसवर लागू केलेले समान संकरित तत्व येथे देखील लागू केले जाऊ शकते, जिथे स्थिर आणि फिरणाऱ्या भागांमधील विद्युत चालकतेसाठी भौतिक संपर्क आवश्यक असतो. बाह्य दाब हायड्रॉलिक सिलेंडरच्या दाबाप्रमाणे वापरला जाऊ शकतो ज्यामुळे गतिमान इंटरफेसवरील घर्षण कमी होते आणि ब्रश किंवा सील फेस फिरणाऱ्या शाफ्टच्या संपर्कात ठेवण्यासाठी आवश्यक असलेले स्प्रिंग फोर्स किंवा क्लोजिंग फोर्स वाढवता येते.