Помпы з'яўляюцца адным з найбуйнейшых карыстальнікаў механічных ушчыльненняў. Як вынікае з назвы, механічныя ўшчыльненні - гэта ўшчыльненні кантактнага тыпу, якія адрозніваюцца ад аэрадынамічных або лабірынтных бескантактавых ушчыльненняў.Механічныя ўшчыльненнітаксама характарызуюцца як збалансаванае механічнае ўшчыльненне абонезбалансаванае механічнае ўшчыльненнеГэта адносіцца да таго, які працэнт, калі такі маецца, тэхналагічнага ціску можа апынуцца за нерухомай паверхняй ушчыльнення. Калі паверхня ўшчыльнення не прыціскаецца да круцільнай паверхні (як у выпадку ўшчыльнення штурхальнага тыпу) або тэхналагічная вадкасць пад ціскам, які павінен быць ушчыльнены, не можа патрапіць за паверхню ўшчыльнення, тэхналагічны ціск адкіне паверхню ўшчыльнення назад, і яна адкрыецца. Канструктару ўшчыльнення неабходна ўлічваць усе ўмовы эксплуатацыі, каб распрацаваць ушчыльненне з неабходнай сілай закрыцця, але не настолькі вялікай, каб нагрузка на дынамічную паверхню ўшчыльнення не стварала занадта шмат цяпла і зносу. Гэта далікатны баланс, які вызначае надзейнасць помпы.
дынамічныя ўшчыльняльныя паверхні, дазваляючы адкрываць сілу, а не традыцыйны спосаб
балансаванне сілы закрыцця, як апісана вышэй. Гэта не ліквідуе неабходную сілу закрыцця, але дае канструктару помпы і карыстальніку яшчэ адну ручку для павароту, дазваляючы разгрузіць паверхні ўшчыльнення, захоўваючы пры гэтым неабходную сілу закрыцця, тым самым зніжаючы нагрэў і знос, адначасова пашыраючы магчымыя ўмовы эксплуатацыі.
Сухія газавыя ўшчыльняльнікі (DGS), якія часта выкарыстоўваюцца ў кампрэсарах, ствараюць сілу адкрыцця на паверхнях ушчыльнення. Гэтая сіла ствараецца дзякуючы прынцыпу аэрадынамічнага падшыпніка, дзе дробныя канаўкі для нагнятання дапамагаюць накіраваць газ з боку ўшчыльнення пад высокім ціскам у зазор і па ўсёй паверхні ўшчыльнення ў якасці бескантактавага падшыпніка гідраўлічнай плёнкі.
Аэрадынамічная сіла адкрыцця падшыпніка паверхні сухога газавага ўшчыльнення. Нахіл лініі адлюстроўвае калянасць у зазоры. Звярніце ўвагу, што зазор вымяраецца ў мікронах.
Такая ж з'ява назіраецца ў гідрадынамічных алейных падшыпніках, якія падтрымліваюць большасць буйных цэнтрабежных кампрэсараў і ротараў помпаў, і бачная на графіках дынамічнага эксцэнтрысітэту ротара, паказаных Бентлі. Гэты эфект забяспечвае стабільны зваротны ўпор і з'яўляецца важным элементам поспеху гідрадынамічных алейных падшыпнікаў і DGS. Механічныя ўшчыльненні не маюць дробных канаўак для нагнятання, якія можна знайсці на аэрадынамічнай паверхні DGS. Магчыма, існуе спосаб выкарыстання прынцыпаў падшыпнікаў знешняга ціску газу, каб паменшыць сілу закрыцця адмеханічнае ўшчыльненне паверхніs.
Якасныя графікі параметраў падшыпніка з вадкаснай плёнкай у залежнасці ад каэфіцыента эксцэнтрысітэту шыйкі. Калянасць K і дэмпфіраванне D мінімальныя, калі шыйка знаходзіцца ў цэнтры падшыпніка. Па меры набліжэння шыйкі да паверхні падшыпніка калянасць і дэмпфіраванне рэзка ўзрастаюць.
У аэрастатычных газавых падшыпніках з вонкавым ціскам выкарыстоўваецца крыніца сціснутага газу, у той час як у дынамічных падшыпніках для стварэння ціску ў зазоры выкарыстоўваецца адносны рух паміж паверхнямі. Тэхналогія знешняга ціску мае як мінімум дзве фундаментальныя перавагі. Па-першае, сціснуты газ можа ўводзіцца непасрэдна паміж паверхнямі ўшчыльнення кантраляваным чынам, а не ўводзіць газ у зазор ушчыльнення праз неглыбокія канаўкі для нагнятання, якія патрабуюць руху. Гэта дазваляе раздзяляць паверхні ўшчыльнення да пачатку кручэння. Нават калі паверхні сціснутыя разам, яны адчыняцца, пачынаючы і спыняючыся без трэння, калі ціск уводзіцца непасрэдна паміж імі. Акрамя таго, калі ўшчыльненне награваецца, можна павялічыць ціск на паверхню ўшчыльнення з дапамогай знешняга ціску. Зазор тады будзе павялічвацца прапарцыйна ціску, але цяпло ад зруху будзе прыпадаць на кубічную функцыю зазору. Гэта дае аператару новую магчымасць барацьбы з выпрацоўкай цяпла.
Ёсць яшчэ адна перавага кампрэсараў: няма патоку праз паверхню, як у DGS. Замест гэтага найвышэйшы ціск знаходзіцца паміж паверхнямі ўшчыльнення, і знешні ціск будзе паступаць у атмасферу або вентылявацца ў адзін бок, а ў кампрэсар — з другога. Гэта павышае надзейнасць, не дапускаючы траплення працэсу ў зазор. У помпах гэта можа быць не перавагай, бо можа быць непажадана прымусова падаваць сціскальны газ у помпу. Сціскальныя газы ўнутры помпаў могуць выклікаць праблемы з кавітацыяй або паветраным ударам. Аднак было б цікава мець бескантактавае або свабоднае ад трэння ўшчыльненне для помпаў без недахопу патоку газу ў працэс помпы. Ці магчыма мець газавы падшыпнік пад знешнім ціскам з нулявым патокам?
Кампенсацыя
Усе падшыпнікі, якія знаходзяцца пад знешнім ціскам, маюць нейкую кампенсацыю. Кампенсацыя — гэта форма абмежавання, якая ўтрымлівае ціск у рэзерве. Найбольш распаўсюджанай формай кампенсацыі з'яўляецца выкарыстанне адтулін, але існуюць таксама метады кампенсацыі з пазамі, ступенямі і порыстасцю. Кампенсацыя дазваляе падшыпнікам або паверхням ушчыльненняў размяшчацца блізка адна да адной, не дакранаючыся адна да адной, таму што чым бліжэй яны знаходзяцца, тым вышэйшы ціск газу паміж імі, што адштурхоўвае паверхні.
Напрыклад, пад газавым падшыпнікам з кампенсацыяй плоскай адтуліны (малюнак 3) сярэдняя
Ціск у зазоры будзе роўны агульнай нагрузцы на падшыпнік, падзеленай на плошчу паверхні, гэта адзінкавая нагрузка. Калі ціск гэтага зыходнага газу складае 60 фунтаў на квадратны цаля (psi), а паверхня мае плошчу 10 квадратных цаляў, а нагрузка складае 300 фунтаў, то ў зазоры падшыпніка будзе ў сярэднім 30 psi. Як правіла, зазор складае каля 0,0003 цалі, і паколькі зазор настолькі малы, паток будзе складаць толькі каля 0,2 стандартных кубічных футаў у хвіліну (scfm). Паколькі непасрэдна перад зазорам ёсць абмежавальнік адтуліны, які ўтрымлівае ціск у рэзерве, калі нагрузка павялічваецца да 400 фунтаў, зазор у падшыпніку памяншаецца прыкладна да 0,0002 цалі, абмяжоўваючы паток праз зазор на 0,1 scfm. Гэта павелічэнне другога абмежавальніка дае абмежавальніку адтуліны дастаткова патоку, каб дазволіць сярэдняму ціску ў зазоры павялічыцца да 40 psi і падтрымліваць павялічаную нагрузку.
Гэта бакавы разрэз тыповага паветранага падшыпніка з адтулінай, які выкарыстоўваецца ў каардынатна-вымяральнай машыне (КІМ). Каб пнеўматычную сістэму можна было лічыць «кампенсаваным падшыпнікам», яна павінна мець абмежаванне перад абмежаваннем зазору падшыпніка.
Кампенсацыя адтуліны супраць порыстасці
Кампенсацыя адтуліны — найбольш шырока выкарыстоўваная форма кампенсацыі. Тыповая адтуліна можа мець дыяметр адтуліны 0,010 цалі, але, паколькі яна падае паветра плошчай у некалькі квадратных цаляў, яна падае паветра на некалькі парадкаў большай плошчы, чым яна сама, таму хуткасць газу можа быць высокай. Часта адтуліны выразаюцца з рубінаў або сапфіраў, каб пазбегнуць эрозіі памеру адтуліны і, такім чынам, змяненняў у прадукцыйнасці падшыпніка. Яшчэ адна праблема заключаецца ў тым, што пры зазорах менш за 0,0002 цалі зона вакол адтуліны пачынае душыць паток да астатняй паверхні, і ў гэты момант адбываецца разбурэнне газавай плёнкі. Тое ж самае адбываецца пры адрыве, бо для пачатку адтуліны даступныя толькі зона адтуліны і любыя пазы. Гэта адна з галоўных прычын, чаму падшыпнікі, якія знаходзяцца пад знешнім ціскам, не бачныя на чарцяжах ушчыльненняў.
Гэта не тычыцца порыстага кампенсаванага падшыпніка, замест гэтага калянасць працягвае расці
павялічваецца па меры павелічэння нагрузкі, а зазор памяншаецца, як у выпадку з DGS (малюнак 1) і
Гідрадынамічныя алейныя падшыпнікі. У выпадку падшыпнікаў з знешнім ціскам, якія працуюць з порыстасцю, падшыпнік будзе знаходзіцца ў рэжыме збалансаванай сілы, калі уваходны ціск, памножаны на плошчу, будзе роўны агульнай нагрузцы на падшыпнік. Гэта цікавы трыбалагічны выпадак, бо пад'ёмная сіла або паветраны зазор адсутнічаюць. Паток будзе нулявым, але гідрастатычная сіла ціску паветра на кантактную паверхню пад паверхняй падшыпніка ўсё яшчэ разважае агульную нагрузку і прыводзіць да амаль нулявога каэфіцыента трэння, нават калі паверхні ўсё яшчэ кантактуюць.
Напрыклад, калі графітавая паверхня ўшчыльнення мае плошчу 10 квадратных цаляў і 1000 фунтаў сілы замыкання, а графіт мае каэфіцыент трэння 0,1, то для пачатку руху спатрэбіцца сіла 100 фунтаў. Але пры наяўнасці знешняй крыніцы ціску 100 фунтаў на квадратны дюйм, якая праходзіць праз сітаваты графіт да яго паверхні, для пачатку руху практычна не спатрэбіцца сіла. Гэта нягледзячы на тое, што ўсё яшчэ існуе 1000 фунтаў сілы замыкання, якая сціскае дзве паверхні разам, і што паверхні знаходзяцца ў фізічным кантакце.
Клас матэрыялаў для падшыпнікаў слізгацення, такіх як: графіт, вуглярод і кераміка, такая як аксід алюмінію і карбіды крэмнію, якія вядомыя ў турбатэхнічнай прамысловасці і маюць натуральную порыстасць, таму іх можна выкарыстоўваць у якасці падшыпнікаў знешняга ціску, якія з'яўляюцца бескантактавымі падшыпнікамі з гідраўлічнай плёнкай. Існуе гібрыдная функцыя, пры якой знешні ціск выкарыстоўваецца для зніжэння кантактнага ціску або сілы замыкання ўшчыльнення ад трыбалогіі, якая ўзнікае на кантактных паверхнях ушчыльнення. Гэта дазваляе аператару помпы рэгуляваць нешта звонку помпы для вырашэння праблемных задач і працы на больш высокай хуткасці пры выкарыстанні механічных ушчыльненняў.
Гэты прынцып таксама датычыцца шчотак, камутатараў, узбуджальнікаў або любых кантактных праваднікоў, якія могуць выкарыстоўвацца для перадачы дадзеных або электрычнага току на круцячыяся аб'екты або ад іх. Па меры таго, як ротары круцяцца хутчэй і павялічваецца іх час выбегу, можа быць цяжка ўтрымліваць гэтыя прылады ў кантакце з валам, і часта неабходна павялічваць ціск спружыны, якая ўтрымлівае іх на вале. На жаль, асабліва ў выпадку працы на высокай хуткасці, гэта павелічэнне кантактнай сілы таксама прыводзіць да большага нагрэву і зносу. Той жа гібрыдны прынцып, які ўжываецца да паверхняў механічнага ўшчыльнення, апісаных вышэй, можа быць ужыты і тут, дзе для электраправоднасці паміж нерухомай і круцячайся часткамі патрабуецца фізічны кантакт. Знешні ціск можа выкарыстоўвацца, як ціск з гідраўлічнага цыліндру, для памяншэння трэння на дынамічным інтэрфейсе, адначасова павялічваючы сілу спружыны або сілу замыкання, неабходную для ўтрымання шчоткі або паверхні ўшчыльнення ў кантакце з круцячымся валам.
Час публікацыі: 21 кастрычніка 2023 г.