यांत्रिक सील शक्ती संतुलित करण्याचा एक नवीन मार्ग

पंप हे यांत्रिक सीलच्या सर्वात मोठ्या वापरकर्त्यांपैकी एक आहेत. नावाप्रमाणेच, यांत्रिक सील हे संपर्क-प्रकारचे सील आहेत, जे वायुगतिकीय किंवा चक्रव्यूह नसलेल्या संपर्क सीलपेक्षा वेगळे आहेत.यांत्रिक सीलसंतुलित यांत्रिक सील किंवा म्हणून देखील दर्शविले जातेअसंतुलित यांत्रिक सील. हे स्थिर सील चेहऱ्याच्या मागे किती टक्के, जर असेल तर, प्रक्रिया दाब येऊ शकते याचा संदर्भ देते. जर सील फेस फिरत असलेल्या चेहऱ्यावर ढकलला गेला नाही (पुशर-टाइप सीलप्रमाणे) किंवा सील करणे आवश्यक असलेल्या दाबाने प्रक्रिया द्रव सीलच्या चेहऱ्याच्या मागे येऊ देत नाही, तर प्रक्रिया दाब सीलच्या चेहऱ्याला परत उडवून देईल. आणि उघडा. सील डिझायनरने आवश्यक क्लोजिंग फोर्ससह सील डिझाइन करण्यासाठी सर्व ऑपरेटिंग परिस्थितींचा विचार करणे आवश्यक आहे परंतु इतके बल नाही की डायनॅमिक सील फेसवर युनिट लोड केल्याने खूप उष्णता आणि परिधान होते. हे एक नाजूक संतुलन आहे जे पंप विश्वसनीयता बनवते किंवा खंडित करते.

च्या पारंपारिक मार्गाऐवजी ओपनिंग फोर्स सक्षम करून डायनॅमिक सील चेहरे
वर वर्णन केल्याप्रमाणे क्लोजिंग फोर्स संतुलित करणे. हे आवश्यक क्लोजिंग फोर्स काढून टाकत नाही परंतु पंप डिझायनर आणि वापरकर्त्याला सील चेहऱ्यांचे वजन न करता किंवा अनलोड करण्याची परवानगी देऊन, आवश्यक क्लोजिंग फोर्स राखून वळण्यासाठी आणखी एक नॉब देते, त्यामुळे संभाव्य ऑपरेटिंग परिस्थिती रुंद करताना उष्णता आणि परिधान कमी होते.

ड्राय गॅस सील्स (DGS), बहुतेकदा कंप्रेसरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या, सील चेहऱ्यावर एक ओपनिंग फोर्स प्रदान करतात. हे बल वायुगतिकीय बेअरिंग तत्त्वाद्वारे तयार केले जाते, जेथे बारीक पंपिंग ग्रूव्ह सीलच्या उच्च-दाब प्रक्रियेच्या बाजूने, अंतरामध्ये आणि सीलच्या चेहऱ्यावर एक गैर-संपर्क फ्लुइड फिल्म बेअरिंग म्हणून गॅसला प्रोत्साहन देण्यास मदत करते.

कोरड्या वायू सील चेहर्याचे वायुगतिकीय बेअरिंग ओपनिंग फोर्स. रेषेचा उतार हा एका अंतरावरील कडकपणाचा प्रतिनिधी आहे. लक्षात घ्या की अंतर मायक्रॉनमध्ये आहे.
हीच घटना हायड्रोडायनामिक ऑइल बेअरिंग्समध्ये घडते जी बहुतेक मोठ्या सेंट्रीफ्यूगल कंप्रेसर आणि पंप रोटर्सना समर्थन देतात आणि बेंटलीने दर्शविलेल्या रोटर डायनॅमिक विक्षिप्तता प्लॉटमध्ये दिसतात हा प्रभाव स्थिर बॅक स्टॉप प्रदान करतो आणि हायड्रोडायनामिक ऑइल बेअरिंग्स आणि डीजीएसच्या यशामध्ये एक महत्त्वाचा घटक आहे. . मेकॅनिकल सीलमध्ये बारीक पंपिंग ग्रूव्ह नसतात जे एरोडायनामिक डीजीएस चेहऱ्यामध्ये आढळू शकतात. क्लोजिंग फोर्सचे वजन कमी करण्यासाठी बाहेरून प्रेशराइज्ड गॅस बेअरिंग तत्त्वे वापरण्याचा मार्ग असू शकतो.यांत्रिक सील चेहराs.

जर्नल विक्षिप्तता गुणोत्तर विरुद्ध द्रव-चित्रपट बेअरिंग पॅरामीटर्सचे गुणात्मक प्लॉट्स. जर्नल बेअरिंगच्या मध्यभागी असते तेव्हा कडकपणा, के, आणि डॅम्पिंग, डी, किमान असतात. जर्नल बेअरिंग पृष्ठभागाच्या जवळ येत असताना, कडकपणा आणि ओलसरपणा नाटकीयरित्या वाढतो.

बाह्य दाबयुक्त एरोस्टॅटिक गॅस बेअरिंग्स दाबयुक्त वायूचा स्रोत वापरतात, तर डायनॅमिक बेअरिंग्स अंतर दाब निर्माण करण्यासाठी पृष्ठभागांमधील सापेक्ष गतीचा वापर करतात. बाह्य दबाव तंत्रज्ञानाचे किमान दोन मूलभूत फायदे आहेत. प्रथम, दाबयुक्त वायू सीलच्या अंतरामध्ये वायूला उत्तेजन देण्याऐवजी सीलच्या चेहऱ्यांमध्ये थेट इंजेक्ट केले जाऊ शकते ज्याला गती आवश्यक असते. हे रोटेशन सुरू होण्यापूर्वी सीलचे चेहरे वेगळे करण्यास सक्षम करते. जरी चेहरे एकमेकांशी कुरकुरीत असले तरीही, ते शून्य घर्षण सुरू होण्यासाठी उघडतील आणि जेव्हा त्यांच्यामध्ये थेट दबाव इंजेक्ट केला जातो तेव्हा ते थांबतात. याव्यतिरिक्त, जर सील गरम होत असेल तर बाह्य दाबाने सीलच्या चेहऱ्यावर दबाव वाढवणे शक्य आहे. अंतर नंतर दाबाने प्रमाणानुसार वाढेल, परंतु कातरणातून येणारी उष्णता अंतराच्या घन फंक्शनवर पडेल. हे ऑपरेटरला उष्णता निर्मितीविरूद्ध फायदा घेण्याची एक नवीन क्षमता देते.

कंप्रेसरमध्ये आणखी एक फायदा आहे की डीजीएसमध्ये असल्याने चेहऱ्यावर कोणताही प्रवाह नाही. त्याऐवजी, सील चेहऱ्यांमध्ये सर्वाधिक दाब असतो आणि बाह्य दाब वातावरणात वाहत असतो किंवा एका बाजूला आणि दुसऱ्या बाजूने कंप्रेसरमध्ये जातो. यामुळे प्रक्रियेला अंतराबाहेर ठेवून विश्वासार्हता वाढते. पंपांमध्ये हा फायदा होऊ शकत नाही कारण पंपमध्ये दाबण्यायोग्य वायू जबरदस्तीने टाकणे अवांछनीय असू शकते. पंपांच्या आतील दाबण्यायोग्य वायूमुळे पोकळ्या निर्माण होणे किंवा एअर हॅमर समस्या उद्भवू शकतात. तथापि, पंप प्रक्रियेत गॅस प्रवाहाची गैरसोय न होता पंपांसाठी संपर्क नसलेला किंवा घर्षण-मुक्त सील असणे मनोरंजक असेल. शून्य प्रवाहासह बाहेरून दाबलेले गॅस बेअरिंग असणे शक्य आहे का?

भरपाई
सर्व बाह्य दबाव असलेल्या बियरिंग्सना काही प्रकारची भरपाई असते. भरपाई हा प्रतिबंधाचा एक प्रकार आहे जो राखीव स्थितीत दबाव ठेवतो. भरपाईचा सर्वात सामान्य प्रकार म्हणजे छिद्रांचा वापर, परंतु खोबणी, पायरी आणि छिद्रपूर्ण भरपाई तंत्र देखील आहेत. नुकसानभरपाई बेअरिंग्ज किंवा सील चेहऱ्यांना स्पर्श न करता एकमेकांच्या जवळ धावण्यास सक्षम करते, कारण ते जितके जवळ येतात तितके त्यांच्यातील वायूचा दाब अधिक वाढतो, ज्यामुळे चेहरे वेगळे होतात.

उदाहरणार्थ, सपाट छिद्राखाली गॅस बेअरिंगची भरपाई (इमेज 3), सरासरी
अंतरावरील दाब चेहऱ्याच्या क्षेत्राद्वारे विभाजित केलेल्या बेअरिंगवरील एकूण भाराच्या समान असेल, हे युनिट लोडिंग आहे. जर हा स्त्रोत वायूचा दाब 60 पौंड प्रति चौरस इंच (पीएसआय) असेल आणि चेहऱ्याचे क्षेत्रफळ 10 चौरस इंच असेल आणि 300 पौंड भार असेल, तर बेअरिंग गॅपमध्ये सरासरी 30 पीएसआय असेल. सामान्यतः, अंतर सुमारे 0.0003 इंच असेल आणि हे अंतर खूपच लहान असल्यामुळे प्रवाह फक्त 0.2 मानक घनफूट प्रति मिनिट (scfm) असेल. कारण रिझर्व्हमध्ये दाब राखून ठेवण्याच्या अंतराच्या अगदी आधी एक छिद्र प्रतिबंधक आहे, जर भार 400 पौंडांपर्यंत वाढला तर बेअरिंग अंतर सुमारे 0.0002 इंच कमी होईल, 0.1 scfm खाली अंतरातून प्रवाह प्रतिबंधित करेल. दुस-या निर्बंधातील ही वाढ ऑरिफिस रेस्ट्रिक्टरला पुरेसा प्रवाह देते ज्यामुळे अंतरातील सरासरी दाब 40 psi पर्यंत वाढू शकतो आणि वाढलेल्या लोडला समर्थन देतो.

हे कोऑर्डिनेट मेजरिंग मशीन (सीएमएम) मध्ये आढळणाऱ्या ठराविक ओरिफिस एअर बेअरिंगचे कटअवे साइड व्ह्यू आहे. जर वायवीय प्रणालीला "भरपाई दिलेले बेअरिंग" मानायचे असेल तर त्यास बेअरिंग गॅपच्या निर्बंधाचे अपस्ट्रीम बंधन असणे आवश्यक आहे.
छिद्र वि. सच्छिद्र नुकसान भरपाई
ओरिफिस कॉम्पेन्सेशन हा भरपाईचा सर्वात जास्त प्रमाणात वापरला जाणारा प्रकार आहे एका ठराविक छिद्राला छिद्राचा व्यास .010 इंच असू शकतो, परंतु ते काही चौरस इंच क्षेत्रफळ पुरवत असल्याने, ते स्वतःपेक्षा जास्त क्षेत्रफळाचे अनेक ऑर्डर देत आहे, त्यामुळे वेग गॅसचे प्रमाण जास्त असू शकते. बहुतेकदा, छिद्रांच्या आकाराची धूप टाळण्यासाठी आणि त्यामुळे बेअरिंगच्या कार्यक्षमतेत बदल होऊ नयेत यासाठी माणिक किंवा नीलमपासून छिद्रे अचूकपणे कापली जातात. आणखी एक समस्या अशी आहे की 0.0002 इंच खाली अंतर असताना, छिद्राच्या सभोवतालचा भाग उर्वरित चेहऱ्याकडे प्रवाह गुदमरण्यास सुरवात करतो, ज्या टप्प्यावर गॅस फिल्मचे पडझड होते .लिफ्ट ऑफच्या वेळीही असेच घडते, कारण फक्त त्याचे क्षेत्रफळ असते. लिफ्ट सुरू करण्यासाठी छिद्र आणि कोणतेही खोबणी उपलब्ध आहेत. सील प्लॅन्समध्ये बाह्य दबाव असलेल्या बेअरिंग्ज न दिसण्याचे हे मुख्य कारण आहे.

सच्छिद्र नुकसान भरपाईच्या बेअरिंगसाठी असे होत नाही, त्याऐवजी कडकपणा कायम राहतो
भार जसजसा वाढेल आणि अंतर कमी होईल तसतसे वाढेल, जसे डीजीएस (प्रतिमा 1) आणि
हायड्रोडायनामिक तेल बियरिंग्ज. बाह्य दबाव असलेल्या सच्छिद्र बियरिंग्सच्या बाबतीत, जेव्हा इनपुट प्रेशरच्या वेळा क्षेत्र बेअरिंगवरील एकूण भाराच्या बरोबरीचे असते तेव्हा बेअरिंग संतुलित फोर्स मोडमध्ये असेल. हे एक मनोरंजक ट्रायबोलॉजिकल केस आहे कारण शून्य लिफ्ट किंवा एअर गॅप आहे. शून्य प्रवाह असेल, परंतु बेअरिंगच्या चेहऱ्याखालील काउंटर पृष्ठभागाच्या विरूद्ध हवेच्या दाबाचे हायड्रोस्टॅटिक बल एकूण भार कमी करते आणि परिणामी चेहरे अद्याप संपर्कात असले तरीही घर्षण गुणांक जवळजवळ शून्य होतो.

उदाहरणार्थ, जर ग्रेफाइट सील चे क्षेत्रफळ 10 चौरस इंच आणि 1,000 पौंड क्लोजिंग फोर्स असेल आणि ग्रेफाइटचे घर्षण गुणांक 0.1 असेल, तर त्याला गती सुरू करण्यासाठी 100 पौंड बल आवश्यक असेल. परंतु 100 psi चा बाह्य दाब स्त्रोत सच्छिद्र ग्रेफाइटद्वारे त्याच्या चेहऱ्यावर पोर्ट केला जातो, गती सुरू करण्यासाठी आवश्यकतेनुसार शून्य बल असेल. दोन चेहरे एकत्र दाबून 1,000 पौंड बंदिस्त शक्ती असूनही आणि चेहरे शारीरिक संपर्कात आहेत हे असूनही.

साध्या बेअरिंग मटेरियलचा एक वर्ग जसे की: ग्रेफाइट, कार्बन आणि सिरॅमिक्स जसे की ॲल्युमिना आणि सिलिकॉन-कार्बाइड्स जे टर्बो उद्योगांना ओळखले जातात आणि नैसर्गिकरित्या सच्छिद्र असतात त्यामुळे ते संपर्क नसलेल्या फ्लुइड फिल्म बेअरिंग्ज म्हणून बाहेरून दबावयुक्त बेअरिंग म्हणून वापरले जाऊ शकतात. एक हायब्रिड फंक्शन आहे जिथे बाह्य दाबाचा वापर संपर्क दाब किंवा सीलच्या बंद होणाऱ्या शक्तीचे वजन कमी करण्यासाठी केला जातो जो कॉन्टॅक्टिंग सील फेसमध्ये चालू आहे. हे यांत्रिक सील वापरताना समस्या अनुप्रयोग आणि उच्च गती ऑपरेशन्स हाताळण्यासाठी पंप ऑपरेटरला पंपच्या बाहेर काहीतरी समायोजित करण्यास अनुमती देते.

हे तत्त्व ब्रशेस, कम्युटेटर्स, उत्तेजक किंवा कोणत्याही संपर्क कंडक्टरवर देखील लागू होते ज्याचा वापर डेटा किंवा विद्युत प्रवाह फिरवत असलेल्या वस्तूंवर किंवा बंद करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. जसजसे रोटर्स वेगाने फिरतात आणि संपत जातात तसतसे, या उपकरणांना शाफ्टच्या संपर्कात ठेवणे कठीण होऊ शकते आणि त्यांना शाफ्टच्या विरूद्ध दाबून ठेवणारा स्प्रिंग प्रेशर वाढवणे आवश्यक असते. दुर्दैवाने, विशेषत: हाय-स्पीड ऑपरेशनच्या बाबतीत, संपर्क शक्तीमध्ये ही वाढ देखील अधिक उष्णता आणि परिधान करते. वर वर्णन केलेल्या यांत्रिक सील चेहऱ्यांवर लागू केलेले समान संकरित तत्त्व येथे देखील लागू केले जाऊ शकते, जेथे स्थिर आणि फिरत्या भागांमधील विद्युत चालकतेसाठी भौतिक संपर्क आवश्यक आहे. फिरत्या शाफ्टच्या संपर्कात ब्रश किंवा सील फेस ठेवण्यासाठी आवश्यक स्प्रिंग फोर्स किंवा क्लोजिंग फोर्स वाढवताना डायनॅमिक इंटरफेसवरील घर्षण कमी करण्यासाठी हायड्रॉलिक सिलेंडरच्या दाबाप्रमाणे बाह्य दाब वापरला जाऊ शकतो.