पंपाचे मेकॅनिकल सील कसे काम करतात?

यांत्रिक सीलमजबूत असण्यासाठी आवश्यक आहेतपंप सीलिंग यंत्रणाफिरणाऱ्या पंप शाफ्टच्या सभोवतालची द्रव गळती प्रभावीपणे रोखते. हे समजून घेणेमेकॅनिकल सीलचे कार्यतत्त्वयात ओळखणे समाविष्ट आहेपंप सीलमध्ये ओ-रिंगचे महत्त्वस्थिर सीलिंगसाठी आणिमेकॅनिकल सीलमध्ये स्प्रिंगची भूमिकाचेहऱ्याशी संपर्क कायम ठेवण्यासाठी. हा सर्वसमावेशक दृष्टिकोन स्पष्ट करतोसेंट्रीफ्यूगल पंपाचा मेकॅनिकल सील कसा काम करतो२०२४ मध्ये, या महत्त्वपूर्ण घटकांनी बाजार महसुलात २,००४.२६ दशलक्ष अमेरिकी डॉलर्सची निर्मिती केली.

मुख्य मुद्दे

• यांत्रिक सीलपंपाच्या फिरणाऱ्या शाफ्टभोवती होणारी द्रवाची गळती थांबवते. यामध्ये दोन मुख्य भागांचा वापर केला जातो, एक फिरणारा पृष्ठभाग आणि एक स्थिर पृष्ठभाग, जे एकमेकांवर दाबले जाऊन एक घट्ट सील तयार करतात.
• या पृष्ठभागांच्या मध्ये हायड्रोडायनामिक फिल्म नावाचा द्रवाचा एक पातळ थर तयार होतो. ही फिल्म वंगणाप्रमाणे काम करते, झीज कमी करते आणि गळती थांबवते, ज्यामुळे सील जास्त काळ टिकण्यास मदत होते.
• योग्य मेकॅनिकल सील निवडणेहे द्रवाचा प्रकार, दाब आणि वेग यांसारख्या घटकांवर अवलंबून असते. योग्य निवड आणि काळजी घेतल्यास सील्स व्यवस्थित काम करतात आणि देखभालीवरील खर्च वाचतो.

पंप मेकॅनिकल सीलचे प्रमुख घटक

समजून घेणेमेकॅनिकल सीलचे स्वतंत्र भागत्याच्या एकूण कार्याचे स्पष्टीकरण देण्यास मदत करते. गळती रोखण्यात आणि पंपाचे कार्यक्षम संचालन सुनिश्चित करण्यात प्रत्येक घटक महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतो.

फिरता सील फेस

फिरणारा सील फेस थेट पंप शाफ्टला जोडलेला असतो. तो शाफ्टसोबत फिरतो आणि प्राथमिक सीलिंग इंटरफेसचा एक भाग तयार करतो. उत्पादक या घटकासाठी लागणाऱ्या सामग्रीची निवड द्रवाचे गुणधर्म आणि कार्यान्वयन परिस्थितीनुसार करतात.

फिरत्या सीलच्या पृष्ठभागांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या सामान्य सामग्रीमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

• कार्बन ग्रॅफाइट मिश्रण, जे अनेकदा पृष्ठभागाचे संरक्षक आवरण म्हणून वापरले जाते.
• टंगस्टन कार्बाइड, कोबाल्ट किंवा निकेलने बांधलेला एक कठीण पृष्ठभागाचा पदार्थ.
• ॲल्युमिनियम ऑक्साईडसारखे सिरॅमिक, जे कमी क्षमतेच्या कामांसाठी योग्य आहे.
• ब्राँझ हा एक मऊ आणि अधिक लवचिक पदार्थ असून, त्याचे स्नेहन गुणधर्म मर्यादित असतात.
• Ni-Resist, निकेल असलेले एक ऑस्टेनिटिक कास्ट आयर्न.
• स्टेलाइट®, एक कोबाल्ट-क्रोमियम मिश्रधातू.
• GFPTFE (ग्लास फिल्ड पीटीएफई).

फिरणाऱ्या सीलच्या पृष्ठभागांसाठी पृष्ठभाग परिष्करण (सरफेस फिनिश) आणि सपाटपणा (फ्लॅटनेस) दोन्ही महत्त्वाचे आहेत. पृष्ठभाग परिष्करण, जे खडबडीतपणा दर्शवते, ते 'आरएमएस' (रूट मीन स्क्वेअर) किंवा 'सीएलए' (सेंटर लाइन ॲव्हरेज) मध्ये मोजले जाते. याउलट, सपाटपणा म्हणजे उंचवटे किंवा खड्डे नसलेला एक समतल पृष्ठभाग. अभियंते अनेकदा मेकॅनिकल सीलमधील सपाटपणाला 'लहरीपणा' (वेव्हिनेस) म्हणतात. ते सामान्यतः ऑप्टिकल फ्लॅट आणि हेलियम वायूच्या प्रकाश स्रोतासारख्या एकवर्णी प्रकाश स्रोताचा वापर करून सपाटपणा मोजतात. हा प्रकाश स्रोत प्रकाशाचे पट्टे तयार करतो. प्रत्येक हेलियम प्रकाशाचा पट्टा सपाटपणापासून ०.३ मायक्रॉन (०.००००११६ इंच) विचलन दर्शवतो. दिसणाऱ्या प्रकाशाच्या पट्ट्यांची संख्या सपाटपणाची पातळी दर्शवते, ज्यात कमी पट्टे अधिक सपाटपणा दर्शवतात.

सील करण्यासाठी प्रति चौरस इंच दशलक्षांश इंचाच्या प्रमाणात सपाटपणा आवश्यक असतो.

फिरणाऱ्या सील फेसचा समावेश असलेल्या बहुतेक ॲप्लिकेशन्ससाठी, आदर्श पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा साधारणपणे १ ते ३ मायक्रोइंच (०.०२५ ते ०.०७६ मायक्रोमीटर) असतो. सपाटपणाची सहनशीलता (टॉलरन्स) देखील खूप कडक असते, ज्यासाठी अनेकदा इंचाच्या काही दशलक्षांश भागापर्यंत अचूकता आवश्यक असते. अगदी किरकोळ वाकणे किंवा असमानतेमुळे देखील गळती होऊ शकते. खालील तक्त्यामध्ये सपाटपणा आणि पृष्ठभागाच्या फिनिशसाठीच्या सामान्य आवश्यकता दर्शविल्या आहेत:

स्थिर सील फेस

स्थिर सील पृष्ठभाग पंप हाऊसिंगला जोडलेला असतो. तो प्राथमिक सीलिंग इंटरफेसचा दुसरा अर्धा भाग प्रदान करतो. हा घटक फिरत नाही. फिरणाऱ्या पृष्ठभागाशी सततचा संपर्क सहन करण्यासाठी, त्याच्या सामग्रीमध्ये उच्च कठीणपणा आणि झीज-प्रतिरोधकता असणे आवश्यक आहे.

कार्बन सील फेसेसचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो आणि विविध घर्षण प्रतिरोधासाठी त्यांचे मिश्रण केले जाऊ शकते. ते सामान्यतः रासायनिक दृष्ट्या निष्क्रिय असतात. कार्बनच्या तुलनेत टंगस्टन कार्बाइड उत्कृष्ट रासायनिक, ट्रायबोलॉजिकल आणि औष्णिक प्रतिरोध प्रदान करते. सिलिकॉन कार्बाइड उच्च तापमानातही आपली मजबुती टिकवून ठेवते, त्यात उत्कृष्ट गंज-प्रतिरोधक क्षमता असते आणि त्याचा औष्णिक विस्तार कमी असतो. यामुळे ते अपघर्षक, क्षरणकारी आणि उच्च-दाबाच्या अनुप्रयोगांसाठी योग्य ठरते. ॲल्युमिनियम ऑक्साईड, त्याच्या कठीणपणामुळे, उत्कृष्ट झीज-प्रतिरोधक वैशिष्ट्ये प्रदान करते.

येथे काही सामान्य पदार्थ आणि त्यांचे गुणधर्म दिले आहेत:

• टंगस्टन कार्बाइडहा पदार्थ अत्यंत लवचिक आहे. तो उत्कृष्ट कण आणि आघात प्रतिरोध देतो, मात्र त्याची घर्षणशास्त्रीय कार्यक्षमता सिलिकॉन कार्बाइडपेक्षा कमी आहे. त्याची मोह्स कठोरता ९ आहे.
• कार्बनकठीण पदार्थासोबत वापरल्यास कार्बन सर्वाधिक प्रभावी ठरतो आणि व्यावसायिकदृष्ट्या आकर्षक आहे. तथापि, तो मऊ आणि ठिसूळ असल्यामुळे, घन कण असलेल्या माध्यमांसाठी तो अयोग्य ठरतो. ट्रिपल फेनोलिक रेझिन इम्प्रेग्नेटेड कार्बन ग्रॅफाइट, मर्यादित स्नेहन किंवा तीव्र रसायने असलेल्या आव्हानात्मक अनुप्रयोगांसाठी उच्च झीज-प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करतो.
• ॲल्युमिना सिरेमिक (९९.५% शुद्धता)उच्च कठीणपणामुळे उत्कृष्ट रासायनिक आणि झीज प्रतिरोधक क्षमता असलेला हा एक किफायतशीर पर्याय आहे. याची मोह्स कठीणता ९-१० आहे. तथापि, याला भौतिक आणि औष्णिक धक्क्यामुळे तडा जाण्याची शक्यता असते. यामुळे घन कण, कमी स्नेहन किंवा तापमानातील अचानक बदल असलेल्या माध्यमांसाठी हे अयोग्य ठरते.
• सिलिकॉन कार्बाइडकार्बनसोबत वापरल्यास हे मटेरियल घर्षणशास्त्रीय दृष्ट्या सर्वात प्रभावी मानले जाते. हे सर्वात कठीण आणि सर्वाधिक झीज-प्रतिरोधक सील फेस मटेरियल असून, ते अपवादात्मक रासायनिक क्षमता प्रदान करते. उच्च घन कण असलेल्या स्नेहन माध्यमांसाठी, दोन सिलिकॉन कार्बाइड सील फेस एकत्र वापरण्याची शिफारस केली जाते. याची मोह्स कठीणता ९-१० आहे.

दुय्यम सीलिंग घटक

दुय्यम सीलिंग घटक हे सीलचे घटक आणि पंप हाऊसिंग किंवा शाफ्ट यांच्यामध्ये स्थिर सीलिंग प्रदान करतात. ते सीलच्या पृष्ठभागांच्या अक्षीय हालचालीस देखील परवानगी देतात. प्राथमिक पृष्ठभाग किंचित हलले तरीही, हे घटक घट्ट सीलची खात्री देतात.

विविध प्रकारच्या दुय्यम सीलिंग घटकांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश होतो:

1. ओ-रिंग्जयांचा आडवा छेद वर्तुळाकार असतो. त्या बसवायला सोप्या, बहुउपयोगी आणि सर्वात सामान्य प्रकारच्या आहेत. वेगवेगळ्या तापमान आणि रासायनिक सुसंगततेच्या गरजांसाठी ओ-रिंग्ज विविध इलॅस्टोमेरिक संयुगे आणि ड्युरोमीटरमध्ये उपलब्ध आहेत.
2. इलास्टोमर किंवा थर्मोप्लास्टिक बेलोजेथे स्लाइडिंग डायनॅमिक सील्स इष्टतम नसतात, तेथे यांचा वापर केला जातो. ते न घसरता हालचालीस परवानगी देण्यासाठी वाकतात आणि विविध सामग्रीमध्ये येतात. लोक त्यांना 'बूट्स' या नावानेही ओळखतात.
3. वेजेस (पीटीएफई किंवा कार्बन/ग्राफाइट)त्यांच्या आडव्या छेदाच्या आकारामुळे वेजेस (wedges) असे नाव पडले आहे. जेव्हा तापमान किंवा रासायनिक संपर्कामुळे ओ-रिंग्ज (O-rings) अयोग्य ठरतात, तेव्हा वेजेसचा वापर केला जातो. त्यांना बाह्य ऊर्जेची आवश्यकता असते, परंतु ते किफायतशीर ठरू शकतात. अस्वच्छ पृष्ठभागांवर अडकण्याची शक्यता आणि फ्रेटिंग (fretting) या त्यांच्या मर्यादा आहेत.
4. धातूचा भातायांचा उपयोग उच्च तापमान, व्हॅक्यूम किंवा आरोग्यदायी अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो. ते धातूच्या एकाच तुकड्यापासून बनवलेले किंवा वेल्ड केलेले असतात. ते अक्षीय हालचालीसाठी दुय्यम सीलिंग आणि स्प्रिंग लोड दोन्ही प्रदान करतात.
5. सपाट गॅस्केटयांचा उपयोग स्थिर सीलिंगसाठी केला जातो, जसे की मेकॅनिकल सीलच्या ग्लँडला माउंटिंग फ्लॅंज किंवा असेंब्लीमधील इतर स्थिर इंटरफेसशी सील करणे. त्यांना हलण्याची क्षमता नसते आणि ते कॉम्प्रेशन-प्रकारचे सील असतात, जे सामान्यतः एकदाच वापरले जातात.
6. यू-कप आणि व्ही-रिंगत्यांच्या आडव्या छेदावरून नावे दिलेले, हे इलॅस्टोमेरिक किंवा थर्मोप्लास्टिक पदार्थांपासून बनवलेले असतात. त्यांचा वापर कमी तापमान, उच्च दाब असलेल्या ठिकाणी आणि जिथे विशिष्ट रासायनिक सुसंगतता आवश्यक असते, तिथे केला जातो.

दुय्यम सीलिंग घटकांसाठी सामग्रीची सुसंगतता अत्यंत महत्त्वाची आहे. तीव्र द्रवपदार्थ सीलच्या सामग्रीशी अभिक्रिया करून, त्यांच्या आण्विक रचनेचे विघटन करू शकतात. यामुळे सामग्री कमकुवत, ठिसूळ किंवा मऊ होते. यामुळे दुय्यम सीलिंग घटकांसहित, सीलचे घटक पातळ होऊ शकतात, त्यावर खड्डे पडू शकतात किंवा त्यांचे पूर्णपणे विघटन होऊ शकते. हायड्रोफ्लोरिक (HF) ॲसिडसारख्या अत्यंत क्षरणकारी द्रवपदार्थांसाठी, दुय्यम सीलिंग घटक म्हणून परफ्लोरोइलास्टोमर्सची शिफारस केली जाते. याचे कारण म्हणजे अशा तीव्र रसायनांची बाष्पशीलता आणि दाब सहन करू शकणाऱ्या रासायनिकदृष्ट्या प्रतिरोधक सामग्रीची आवश्यकता असते. रासायनिक विसंगततेमुळे दुय्यम सीलिंग घटकांसहित, मेकॅनिकल सील्समधील सामग्रीचा ऱ्हास आणि क्षरण होते. यामुळे सीलचे घटक फुगू शकतात, आकुंचन पावू शकतात, त्यांना तडे जाऊ शकतात किंवा ते गंजू शकतात. अशा नुकसानीमुळे सीलची अखंडता आणि यांत्रिक गुणधर्म धोक्यात येतात, परिणामी गळती होते आणि त्याचे सेवा आयुष्य कमी होते. विसंगत द्रवपदार्थांमुळे होणारे उच्च तापमान किंवा उष्णतादायी अभिक्रिया, सीलच्या सामग्रीच्या क्रांतिक तापमान मर्यादा ओलांडून त्यांना नुकसान पोहोचवू शकतात. यामुळे सामग्रीची मजबुती आणि अखंडता कमी होते. सुसंगतता निश्चित करणाऱ्या प्रमुख रासायनिक गुणधर्मांमध्ये द्रवाचे कार्यकारी तापमान, pH पातळी, प्रणालीचा दाब आणि रासायनिक सांद्रता यांचा समावेश होतो. हे घटक पदार्थाचा ऱ्हासाला असलेला प्रतिकार ठरवतात.

स्प्रिंग यंत्रणा

स्प्रिंग यंत्रणा फिरणारे आणि स्थिर सीलचे पृष्ठभाग एकमेकांच्या संपर्कात ठेवण्यासाठी सतत आणि एकसमान बल लावते. यामुळे पृष्ठभाग झिजले किंवा दाबामध्ये चढ-उतार झाला तरीही घट्ट सील सुनिश्चित होते.

स्प्रिंग यंत्रणांच्या विविध प्रकारांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश होतो:

• शंकूच्या आकाराचा स्प्रिंगही स्प्रिंग शंकूच्या आकाराची आहे. तिच्या मोकळ्या रचनेमुळे कणांचा संचय टाळला जातो, त्यामुळे ती बहुतेकदा स्लरी किंवा अशुद्ध माध्यमांमध्ये वापरली जाते. ती एकसमान दाब आणि सुरळीत हालचाल प्रदान करते.
• सिंगल कॉइल स्प्रिंगही एक साधी वेटोळ्याच्या आकाराची स्प्रिंग आहे. तिचा वापर प्रामुख्याने पाणी किंवा तेलासारख्या स्वच्छ द्रवांसाठी असलेल्या पुशर-प्रकारच्या सीलमध्ये केला जातो. ती जोडायला सोपी, कमी किमतीची असून सातत्यपूर्ण सीलिंग फोर्स देते.
• वेव्ह स्प्रिंगही स्प्रिंग सपाट आणि लहरीदार आहे. जिथे अक्षीय जागा मर्यादित असते, अशा कॉम्पॅक्ट सील्ससाठी ही आदर्श आहे. ही लहान जागेत समान दाब सुनिश्चित करते, सीलची एकूण लांबी कमी करते आणि स्थिर पृष्ठभागीय संपर्कास प्रोत्साहन देते. यामुळे घर्षण कमी होते आणि सीलचे आयुष्य वाढते.
• एकाधिक कॉइल स्प्रिंग्सयात सीलच्या पृष्ठभागाभोवती अनेक लहान स्प्रिंग्स रचलेल्या असतात. ते सामान्यतः यात आढळतातसंतुलित यांत्रिक सीलआणि उच्च-गतीचे पंप. ते सर्व बाजूंनी समान दाब देतात, पृष्ठभागाची झीज कमी करतात आणि उच्च दाबावर किंवा आरपीएमवर सुरळीतपणे चालतात. एक स्प्रिंग निकामी झाली तरीही ते विश्वसनीयता देतात.

स्प्रिंग यंत्रणेचे इतर प्रकार देखील अस्तित्वात आहेत, जसे की लीफ स्प्रिंग, धातूचे बेलो आणि इलास्टोमेरिक बेलो.

ग्रंथी प्लेट असेंब्ली

ग्लँड प्लेट असेंब्ली ही पंप हाऊसिंगला मेकॅनिकल सील जोडण्यासाठी आधारबिंदू म्हणून काम करते. ती स्थिर सील फेसला जागेवर सुरक्षितपणे धरून ठेवते. ही असेंब्ली पंपमधील सीलच्या घटकांचे योग्य संरेखन सुनिश्चित करते.

यांत्रिक सीलचे कार्यतत्त्व

सीलिंग बॅरियर तयार करणे

यांत्रिक सीलफिरणाऱ्या शाफ्ट आणि स्थिर हाउसिंगमध्ये डायनॅमिक सील स्थापित करून द्रव गळती रोखली जाते. दोन अचूकपणे तयार केलेले पृष्ठभाग, एक शाफ्टसोबत फिरणारा आणि दुसरा पंप केसिंगला निश्चित केलेला, प्राथमिक सीलिंग अडथळा तयार करतात. हे पृष्ठभाग एकमेकांवर दाब देतात, ज्यामुळे एक अत्यंत अरुंद फट तयार होते. गॅस सीलसाठी, ही फट सामान्यतः २ ते ४ मायक्रोमीटर (µm) असते. हे अंतर दाब, वापराचा वेग आणि सील केलेल्या वायूच्या प्रकारानुसार बदलू शकते. जलीय द्रवांसोबत काम करणाऱ्या मेकॅनिकल सीलमध्ये, सीलच्या पृष्ठभागांमधील फट ०.३ मायक्रोमीटर (µm) इतकी लहान असू शकते. प्रभावी सीलिंगसाठी हे अत्यंत लहान अंतर महत्त्वपूर्ण आहे. सीलच्या पृष्ठभागांमधील द्रव फिल्मची जाडी काही मायक्रोमीटरपासून ते अनेकशे मायक्रोमीटरपर्यंत असू शकते, जी विविध कार्यात्मक घटकांवर अवलंबून असते. एक मायक्रोमीटर म्हणजे मीटरचा दहा लाखवा भाग किंवा ०.००१ मिमी.

हायड्रोडायनामिक फिल्म

फिरणाऱ्या आणि स्थिर सीलच्या पृष्ठभागांमध्ये द्रवाचा एक पातळ थर तयार होतो, ज्याला हायड्रोडायनामिक फिल्म म्हणतात. ही फिल्म सीलच्या कार्यासाठी आणि दीर्घायुष्यासाठी आवश्यक आहे. ती वंगणाप्रमाणे कार्य करते, ज्यामुळे सीलच्या पृष्ठभागांमधील घर्षण आणि झीज लक्षणीयरीत्या कमी होते. ही फिल्म एक अडथळा म्हणूनही कार्य करते, ज्यामुळे द्रवाची गळती रोखली जाते. ही हायड्रोडायनामिक फिल्म जास्तीत जास्त हायड्रोडायनामिक भाराला आधार देते, ज्यामुळे झीज लक्षणीयरीत्या कमी होऊन मेकॅनिकल फेस सीलचे आयुष्य वाढते. एका पृष्ठभागावरील परिघीय बदलणारी वक्रता हायड्रोडायनामिक स्नेहनास कारणीभूत ठरू शकते.

अनेक हायड्रोस्टॅटिक डिझाइनच्या तुलनेत, हायड्रोडायनॅमिक फिल्म अधिक कडकपणा देते आणि त्यामुळे गळती कमी होते. तसेच, तिचा लिफ्ट-ऑफ (किंवा स्पिन-अप) वेगही कमी असतो. ग्रूव्ह्स सक्रियपणे इंटरफेसमध्ये द्रव पंप करतात, ज्यामुळे हायड्रोडायनॅमिक दाब निर्माण होतो. हा दाब भाराला आधार देतो आणि थेट संपर्क कमी करतो. सपाट क्रॉस-सेक्शन असलेल्या स्पायरल ग्रूव्ह्सच्या तुलनेत, डिफ्यूझर ग्रूव्ह्स तेवढ्याच गळतीसाठी जास्त ओपनिंग फोर्स मिळवू शकतात.

वेगवेगळ्या स्नेहन प्रणाली फिल्मच्या वर्तनाचे वर्णन करतात:

या थराच्या निर्मिती आणि स्थिरतेमध्ये द्रवाची श्यानता महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. पातळ, श्यान, न्यूटोनियन द्रव थरांवरील एका अभ्यासात असे दिसून आले की विषम श्यानता प्रवाहाच्या दाब प्रवणतेमध्ये नवीन पदे समाविष्ट करते. यामुळे थराच्या जाडीसाठी असलेल्या अरैखिक उत्क्रांती समीकरणात लक्षणीय बदल होतो. रेषीय विश्लेषण असे दर्शवते की विषम श्यानता प्रवाह क्षेत्रावर सातत्याने स्थिरीकरण प्रभाव टाकते. उभ्या पट्टीच्या गतीचा देखील स्थिरतेवर परिणाम होतो; खाली जाणारी गती स्थिरता वाढवते, तर वर जाणारी गती ती कमी करते. संख्यात्मक निराकरणे समतापीय वातावरणात विविध पट्टी गतींखालील पातळ थरांच्या प्रवाहात विषम श्यानतेची भूमिका अधिक स्पष्ट करतात, ज्यामुळे प्रवाह स्थिरतेवरील तिचा प्रभाव स्पष्टपणे दिसून येतो.

यांत्रिक सीलवर प्रभाव टाकणाऱ्या शक्ती

पंप चालू असताना सीलच्या पृष्ठभागांवर अनेक बले कार्य करतात, ज्यामुळे ते एकमेकांच्या संपर्कात राहतात आणि सीलिंग अडथळा कायम राखला जातो. या बलांमध्ये यांत्रिक बल आणि हायड्रॉलिक बल यांचा समावेश होतो. यांत्रिक बल स्प्रिंग, बेलो किंवा इतर यांत्रिक घटकांमधून लागू होते. ते सीलच्या पृष्ठभागांमध्ये संपर्क कायम ठेवते. हायड्रॉलिक बल प्रक्रिया द्रवाच्या दाबामुळे निर्माण होते. हे बल सीलच्या पृष्ठभागांना एकत्र ढकलते, ज्यामुळे सीलिंगचा प्रभाव वाढतो. या बलांच्या संयोगामुळे एक संतुलित प्रणाली तयार होते, ज्यामुळे सील प्रभावीपणे कार्य करू शकते.

मेकॅनिकल सीलसाठी स्नेहन आणि उष्णता व्यवस्थापन

योग्य स्नेहनमेकॅनिकल सील्सच्या विश्वसनीय कार्यासाठी आणि दीर्घायुष्यासाठी प्रभावी उष्णता व्यवस्थापन अत्यावश्यक आहे. हायड्रोडायनामिक फिल्म स्नेहन पुरवते, ज्यामुळे घर्षण आणि झीज कमी होते. तथापि, घर्षणामुळे सीलिंग इंटरफेसवर उष्णता निर्माण होतेच. औद्योगिक सील्ससाठी, सामान्य उष्णता प्रवाह दर १०-१०० kW/m² पर्यंत असतो. उच्च-कार्यक्षमतेच्या अनुप्रयोगांसाठी, उष्णता प्रवाह दर १००० kW/m² पर्यंत असू शकतो.

घर्षणामुळे होणारी उष्णता निर्मिती हा प्राथमिक स्रोत आहे. ती सीलिंग इंटरफेसवर (जोडणीच्या पृष्ठभागावर) घडते. उष्णता निर्मितीचा दर (Q) μ × N × V × A या सूत्राने मोजला जातो (येथे μ म्हणजे घर्षण गुणांक, N म्हणजे अभिलंब बल, V म्हणजे वेग आणि A म्हणजे संपर्क क्षेत्र). निर्माण झालेली उष्णता फिरणाऱ्या आणि स्थिर पृष्ठभागांमध्ये त्यांच्या औष्णिक गुणधर्मांनुसार वितरीत होते. व्हिस्कस शियर हीटिंगमुळे (स्निग्ध अपघर्षणामुळे) देखील उष्णता निर्माण होते. या यंत्रणेमध्ये पातळ द्रव थरांमधील शियर स्ट्रेसचा (अपघर्षण ताणाचा) समावेश असतो. याची गणना Q = τ × γ × V (शियर स्ट्रेस × शियर रेट × व्हॉल्यूम) या सूत्राने केली जाते आणि उच्च-स्निग्धता असलेल्या द्रवांमध्ये किंवा उच्च-गतीच्या उपयोगांमध्ये हे विशेषतः महत्त्वपूर्ण ठरते.

शाफ्टचा वेग वाढल्याने निर्माण होणारी उष्णता कमी करण्यासाठी, अनुकूलित संतुलन गुणोत्तर (ऑप्टिमाइझ्ड बॅलन्स रेशो) हा डिझाइनमधील एक महत्त्वाचा घटक आहे. मेकॅनिकल फेस सील्सवरील एका प्रायोगिक अभ्यासात असे दिसून आले की, संतुलन गुणोत्तर आणि वाफेचा दाब यांच्या संयोजनाचा झीज दर आणि घर्षणामुळे होणारे नुकसान यांवर लक्षणीय परिणाम होतो. विशेषतः, उच्च संतुलन गुणोत्तराच्या परिस्थितीत, सीलच्या पृष्ठभागांमधील घर्षणीय टॉर्क हा वाफेच्या दाबाच्या थेट प्रमाणात होता. या अभ्यासात असेही आढळून आले की, कमी संतुलन गुणोत्तराने घर्षणीय टॉर्क आणि झीज दरात लक्षणीय घट साधता येते.

मेकॅनिकल सीलचे प्रकार आणि निवड

मेकॅनिकल सीलचे सामान्य प्रकार

मेकॅनिकल सील्स विविध डिझाइनमध्ये येतात, आणि प्रत्येक डिझाइन विशिष्ट उपयोगांसाठी योग्य असते.पुशर सील्ससंपर्क टिकवून ठेवण्यासाठी शाफ्टवर सरकणाऱ्या इलास्टोमर ओ-रिंग्जचा वापर करा. याउलट,नॉन-पुशर सीलयात इलास्टोमर किंवा धातूच्या बेलोचा वापर केला जातो, जे हलण्याऐवजी विकृत होतात. या रचनेमुळे नॉन-पुशर सील्स अपघर्षक किंवा गरम द्रवांसाठी, तसेच क्षरणकारी किंवा उच्च-तापमानाच्या वातावरणासाठी आदर्श ठरतात आणि अनेकदा त्यांची झीज कमी होते.

दुसरा फरक यामध्ये आहेकार्ट्रिज सीलआणिघटक सीलकार्ट्रिज मेकॅनिकल सील हे एक पूर्व-जोडलेले युनिट आहे, ज्यामध्ये सीलचे सर्व घटक एकाच हाउसिंगमध्ये समाविष्ट असतात. या डिझाइनमुळे इन्स्टॉलेशन सोपे होते आणि चुकांचा धोका कमी होतो. याउलट, कॉम्पोनंट सील्समध्ये स्वतंत्र घटक असतात जे जागेवरच एकत्र जोडले जातात, ज्यामुळे इन्स्टॉलेशन अधिक गुंतागुंतीचे होऊ शकते आणि चुकांचा धोका वाढतो. कार्ट्रिज सील्सची सुरुवातीची किंमत जास्त असली तरी, त्यामुळे अनेकदा देखभाल कमी होते आणि डाउनटाइम कमी होतो.

सील्सचे वर्गीकरण संतुलित किंवा असंतुलित असेही केले जाते. संतुलित मेकॅनिकल सील्स उच्च दाबातील फरक हाताळतात आणि सीलच्या पृष्ठभागाची स्थिती स्थिर ठेवतात, ज्यामुळे ते महत्त्वाच्या उपयोगांसाठी आणि उच्च-गती उपकरणांसाठी योग्य ठरतात. ते सुधारित ऊर्जा कार्यक्षमता आणि उपकरणांचे वाढलेले आयुष्य देतात. असंतुलित सील्सची रचना सोपी असते आणि ते अधिक किफायतशीर असतात. वॉटर पंप आणि HVAC सिस्टीमसारख्या कमी मागणी असलेल्या उपयोगांसाठी ते एक व्यावहारिक पर्याय आहेत, जिथे विश्वसनीयता महत्त्वाची असते परंतु उच्च दाबाची चिंता नसते.

मेकॅनिकल सील निवडण्याचे घटक

योग्य मेकॅनिकल सील निवडण्यासाठी अनेक महत्त्वाच्या घटकांचा काळजीपूर्वक विचार करणे आवश्यक आहे.अर्जत्यामुळेच उपकरणांची मांडणी आणि कार्यपद्धती यांसारख्या अनेक निवडी कराव्या लागतात. उदाहरणार्थ, सतत चालणारे एएनएसआय (ANSI) प्रक्रिया पंप, अधूनमधून चालणाऱ्या संप पंपांपेक्षा लक्षणीयरीत्या वेगळे असतात, अगदी तोच द्रव वापरत असतानाही.

माध्यमेसीलच्या संपर्कात असलेल्या द्रवाचा संदर्भ देते. अभियंत्यांनी द्रवाचे घटक आणि स्वरूप यांचे बारकाईने मूल्यांकन केले पाहिजे. पंप केलेल्या प्रवाहात घन पदार्थ किंवा H2S किंवा क्लोराइड्ससारखे क्षरणकारक दूषित घटक आहेत का, हे ते तपासतात. जर उत्पादन द्रावण असेल, तर ते त्याच्या सांद्रतेचा आणि कोणत्याही परिस्थितीत ते घनीभूत होते का, याचाही ते विचार करतात. धोकादायक उत्पादनांसाठी किंवा ज्यांमध्ये योग्य स्नेहन व्यवस्था नसते, त्यांच्यासाठी बाह्य फ्लश किंवा दुहेरी दाबाचे सील अनेकदा आवश्यक असतात.

दाबआणिवेगहे दोन मूलभूत कार्यकारी मापदंड आहेत. सील चेंबरमधील दाब सीलच्या स्थिर दाब मर्यादेपेक्षा जास्त असू नये. सीलची सामग्री आणि द्रवाच्या गुणधर्मांवर आधारित, याचा गतिशील मर्यादेवर (PV) देखील प्रभाव पडतो. वेगाचा सीलच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम होतो, विशेषतः टोकाच्या परिस्थितीत. उच्च वेगामुळे स्प्रिंगवर अपकेंद्री बल निर्माण होते, ज्यामुळे स्थिर स्प्रिंग डिझाइनला प्राधान्य दिले जाते.

द्रवाची वैशिष्ट्ये, कार्यरत तापमान आणि दाब यांचा सीलच्या निवडीवर थेट परिणाम होतो. अपघर्षक द्रवांमुळे सीलच्या पृष्ठभागांची झीज होते, तर क्षरणकारी द्रवांमुळे सीलच्या सामग्रीचे नुकसान होते. उच्च तापमानामुळे सामग्री प्रसरण पावते, ज्यामुळे गळती होण्याची शक्यता असते. कमी तापमानामुळे सामग्री ठिसूळ बनते. उच्च दाबामुळे सीलच्या पृष्ठभागांवर अतिरिक्त ताण येतो, त्यामुळे एका मजबूत सील रचनेची आवश्यकता असते.

मेकॅनिकल सीलचे उपयोग

गळती रोखण्यात आणि कार्यात्मक कार्यक्षमता सुनिश्चित करण्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावत असल्यामुळे, मेकॅनिकल सील्सचा विविध उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.

In तेल आणि वायू उत्खननअत्यंत प्रतिकूल परिस्थितीत चालणाऱ्या पंपांमध्ये सील्स अत्यावश्यक असतात. ते हायड्रोकार्बनची गळती रोखतात, ज्यामुळे सुरक्षितता आणि पर्यावरणीय अनुपालन सुनिश्चित होते. समुद्राखालील पंपांमधील विशेष सील्स उच्च दाब आणि क्षरणकारी सागरी पाण्याचा सामना करतात, ज्यामुळे पर्यावरणीय धोका आणि डाउनटाइम कमी होतो.

रासायनिक प्रक्रिया आणि साठवणआक्रमक, क्षरणकारी पदार्थांची गळती रोखण्यासाठी सीलवर अवलंबून राहावे लागते. या गळतीमुळे सुरक्षिततेचा धोका किंवा उत्पादनाचे नुकसान होऊ शकते. सिरॅमिक किंवा कार्बनसारख्या क्षरण-प्रतिरोधक पदार्थांपासून बनवलेले प्रगत सील रिॲक्टर आणि साठवण टाक्यांमध्ये सामान्यपणे वापरले जातात. ते उपकरणांचे आयुष्य वाढवतात आणि उत्पादनाची शुद्धता टिकवून ठेवतात.

पाणी आणि सांडपाणी प्रक्रियासुविधांमध्ये पाणी आणि रसायने रोखण्यासाठी पंप आणि मिक्सरमध्ये सीलचा वापर केला जातो. हे सील अविरत कार्यासाठी आणि जैविक घाणीला (बायोफॉलिंगला) प्रतिकार करण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात. विलवणीकरण प्रकल्पांमध्ये, सीलना उच्च दाब आणि खारट परिस्थिती सहन करावी लागते, ज्यात कार्यात्मक विश्वसनीयता आणि पर्यावरणीय अनुपालनासाठी टिकाऊपणाला प्राधान्य दिले जाते.

अपघर्षक स्लरी आणि क्षरणकारी द्रवपदार्थ विशिष्ट आव्हाने निर्माण करतात. अपघर्षक कण सीलिंग पृष्ठभागांची झीज वाढवतात. काही द्रवपदार्थांच्या रासायनिक अभिक्रियाशीलतेमुळे सील सामग्रीची गुणवत्ता खालावते. यावरील उपायांमध्ये उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिकारशक्ती असलेले प्रगत इलास्टोमर आणि थर्मोप्लास्टिक यांचा समावेश होतो. तसेच, बॅरियर फ्लुइड सिस्टीम किंवा पर्यावरणीय नियंत्रणे यांसारख्या संरक्षक वैशिष्ट्यांचाही त्यात समावेश असतो.

मेकॅनिकल सील्स फिरणाऱ्या आणि स्थिर पृष्ठभागांमध्ये एक गतिशील अडथळा निर्माण करून गळती रोखतात. त्यामुळे देखभालीच्या खर्चात लक्षणीय बचत होते आणि उपकरणांचे आयुष्य वाढते. योग्य निवड आणि देखभालीमुळे त्यांचे दीर्घायुष्य सुनिश्चित होते, जे अनेकदा तीन वर्षांपेक्षा जास्त असते, आणि पंपाचे कार्य विश्वसनीय राहते.

वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न

मेकॅनिकल सीलचे मुख्य कार्य काय आहे?

यांत्रिक सीलपंपाच्या फिरणाऱ्या शाफ्टभोवती द्रवाची गळती रोखतात. ते एक गतिशील अडथळा निर्माण करतात, ज्यामुळे पंपाचे कार्यक्षम आणि सुरक्षित संचालन सुनिश्चित होते.

मेकॅनिकल सीलचे मुख्य भाग कोणते आहेत?

मुख्य भागांमध्ये फिरणारे आणि स्थिर सील पृष्ठभाग, दुय्यम सीलिंग घटक यांचा समावेश होतो.स्प्रिंग यंत्रणाआणि ग्लँड प्लेट असेंब्ली. प्रत्येक घटक एक महत्त्वपूर्ण कार्य पार पाडतो.

मेकॅनिकल सील्समध्ये हायड्रोडायनामिक फिल्म का महत्त्वाची असते?

हायड्रोडायनामिक फिल्म सीलच्या पृष्ठभागांना स्नेहन करते, ज्यामुळे घर्षण आणि झीज कमी होते. तसेच, ती एक अडथळा म्हणून काम करते, द्रवाची गळती रोखते आणि सीलचे आयुष्य वाढवते.