помпы з'яўляюцца адным з найбуйнейшых карыстальнікаў механічных ушчыльненняў. Як вынікае з назвы, механічныя ўшчыльненні - гэта ўшчыльненні кантактнага тыпу, якія адрозніваюцца ад аэрадынамічных або лабірынтавых бескантактавых ушчыльненняў.Механічныя ўшчыльненнятаксама характарызуюцца як збалансаванае механічнае ўшчыльненне абонезбалансаванае механічнае ўшчыльненне. Гэта адносіцца да таго, які працэнт тэхналагічнага ціску, калі такі маецца, можа аказацца за стацыянарнай паверхняй ушчыльнення. Калі паверхня ўшчыльнення не прыціскаецца да паверхні ўшчыльнення (як у ўшчыльненні штурхаючага тыпу) або калі тэхналагічная вадкасць пад ціскам, які патрабуе герметызацыі, не можа патрапіць за паверхню ўшчыльнення, ціск працэсу прывядзе да таго, што паверхню ўшчыльнення адкіне назад і адкрыты. Распрацоўшчыку ўшчыльнення неабходна ўлічваць усе працоўныя ўмовы, каб распрацаваць ушчыльненне з неабходнай сілай закрыцця, але не настолькі, каб адзінкавая нагрузка на дынамічную паверхню ўшчыльнення стварала занадта шмат цяпла і зносу. Гэта далікатны баланс, які робіць або парушае надзейнасць помпы.
дынамічнае ўшчыльненне сутыкаецца, дазваляючы сілу адчынення, а не звычайным спосабам
ураўнаважванне сілы замыкання, як апісана вышэй. Гэта не ліквідуе неабходную сілу закрыцця, але дае канструктару помпы і карыстальніку іншую ручку для павароту, дазваляючы зняць вагу або разгрузіць паверхні ўшчыльнення, захоўваючы пры гэтым неабходную сілу закрыцця, такім чынам памяншаючы нагрэў і знос, адначасова пашыраючы магчымыя ўмовы працы.
Сухія газавыя ўшчыльненні (DGS), якія часта выкарыстоўваюцца ў кампрэсарах, ствараюць сілу адкрыцця на гранях ушчыльнення. Гэтая сіла ствараецца з дапамогай аэрадынамічнага прынцыпу падшыпніка, дзе тонкія канаўкі для напампоўкі дапамагаюць прасоўваць газ з баку ўшчыльнення, які знаходзіцца пад высокім ціскам, у шчыліну і праз паверхню ўшчыльнення ў выглядзе бескантактнага падшыпніка з вадкай плёнкай.
Аэрадынамічная сіла адкрыцця падшыпніка сухога газавага ўшчыльнення. Нахіл лініі паказвае калянасць на разрыве. Звярніце ўвагу, што зазор у мікронах.
Такая ж з'ява адбываецца ў гідрадынамічных алейных падшыпніках, якія падтрымліваюць большасць буйных цэнтрабежных кампрэсараў і ротараў помпаў, і назіраецца на графіках дынамічнага эксцэнтрысітэту ротара, паказаных Bently. Гэты эфект забяспечвае стабільны зваротны ўпор і з'яўляецца важным элементам поспеху гідрадынамічных алейных падшыпнікаў і DGS . Механічныя ўшчыльненні не маюць тонкіх помпавых канавак, якія можна знайсці ў аэрадынамічнай паверхні DGS. Магчыма, ёсць спосаб выкарыстоўваць прынцыпы падшыпніка газу пад знешнім ціскам, каб паменшыць вагу сілы закрыцця адтарцавое механічнае ўшчыльненнеs.
Якасныя графікі залежнасці параметраў вадкаснай плёнкі ад каэфіцыента эксцэнтрысітэту цапфы. Калянасць K і дэмпфаванне D мінімальныя, калі цапфа знаходзіцца ў цэнтры падшыпніка. Калі цапфа набліжаецца да апорнай паверхні, калянасць і дэмпфаванне рэзка павялічваюцца.
Аэрастатычныя газавыя падшыпнікі пад знешнім ціскам выкарыстоўваюць крыніцу газу пад ціскам, у той час як дынамічныя падшыпнікі выкарыстоўваюць адносны рух паміж паверхнямі для стварэння ціску ў зазоры. Тэхналогія з вонкавым ціскам мае як мінімум дзве асноўныя перавагі. Па-першае, газ пад ціскам можна кантралявана ўпырскваць непасрэдна паміж гранямі ўшчыльнення, а не заахвочваць газ у шчыліну ўшчыльнення неглыбокімі помпавымі канаўкамі, якія патрабуюць руху. Гэта дазваляе аддзяліць паверхні ўшчыльнення перад пачаткам кручэння. Нават калі грані сціснуць разам, яны адчыняцца, пачынаючы і спыняючыся пры нулявым трэнні, калі ціск аказваецца непасрэдна паміж імі. Акрамя таго, калі ўшчыльненне награваецца, можна з дапамогай вонкавага ціску павялічыць ціск на паверхню ўшчыльнення. У такім выпадку зазор будзе павялічвацца прапарцыйна ціску, але цяпло ад зруху прыпадае на кубічную функцыю зазору. Гэта дае аператару новыя магчымасці для барацьбы з выпрацоўкай цяпла.
Ёсць яшчэ адна перавага кампрэсараў у тым, што няма патоку праз твар, як у DGS. Замест гэтага самы высокі ціск знаходзіцца паміж гранямі ўшчыльнення, і знешні ціск будзе цячы ў атмасферу або выходзіць у адзін бок, а ў кампрэсар - з другога. Гэта павышае надзейнасць, не дапушчаючы разрыву працэсу. У помпах гэта не можа быць перавагай, бо можа быць непажадана націскаць сціскальны газ у помпа. Сціскальныя газы ўнутры помпаў могуць выклікаць кавітацыю або праблемы з пнеўматычным ударам. Тым не менш, было б цікава мець бескантактнае ўшчыльненне або ўшчыльненне без трэння для помпаў без недахопу патоку газу ў працэсе помпы. Ці можна мець газавы падшыпнік пад знешнім ціскам з нулявым расходам?
Кампенсацыя
Усе падшыпнікі з вонкавым ціскам маюць нейкую кампенсацыю. Кампенсацыя - гэта форма абмежавання, якая стрымлівае ціск у рэзерве. Найбольш распаўсюджанай формай кампенсацыі з'яўляецца выкарыстанне адтулін, але існуюць таксама метады кампенсацыі канавак, ступені і порыстых кампенсацый. Кампенсацыя дазваляе падшыпнікам або граням ушчыльнення працаваць блізка адна да адной, не дакранаючыся, таму што чым бліжэй яны набліжаюцца, тым вышэйшым становіцца ціск газу паміж імі, адштурхваючы паверхні.
У якасці прыкладу, кампенсаваны газавы падшыпнік пад плоскім адтулінай (малюнак 3), сярэдні
ціск у зазоры будзе роўна сумарнай нагрузцы на падшыпнік, падзеленай на плошчу торца, гэта адзінкавая нагрузка. Калі ціск газу ў гэтай крыніцы складае 60 фунтаў на квадратны цаля (фунтаў на квадратны цаля), а паверхня мае плошчу 10 квадратных цаляў і нагрузка складае 300 фунтаў, то ў зазоры падшыпніка будзе ў сярэднім 30 фунтаў на квадратны цаля. Як правіла, зазор будзе складаць каля 0,0003 цалі, і, паколькі зазор вельмі 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 запасе, калі нагрузка павялічваецца да 400 фунтаў, зазор падшыпніка памяншаецца прыкладна да 0,0002 цалі, абмяжоўваючы паток праз зазор на 0,1 стандартных футаў у хвіліну. Гэта павелічэнне другога абмежавання дае абмежавальніку адтуліны дастатковы паток, каб дазволіць сярэдняму ціску ў зазоры павялічыцца да 40 фунтаў на квадратны дюйм і падтрымліваць павышаную нагрузку.
Гэта выгляд збоку ў разрэзе тыповага паветранага падшыпніка з адтулінай для каардынатна-вымяральнай машыны (КІМ). Калі пнеўматычная сістэма павінна лічыцца «кампенсаваным падшыпнікам», яна павінна мець абмежаванне перад абмежаваннем зазору падшыпніка.
Кампенсацыя адтуліны супраць сітаватасці
Кампенсацыя адтуліны з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўванай формай кампенсацыі. Тыповая адтуліна можа мець дыяметр адтуліны 0,010 цалі, але паколькі яна забяспечвае плошчу ў некалькі квадратных цаляў, яна забяспечвае на некалькі парадкаў большую плошчу, чым яна сама, таму хуткасць газу можа быць высокім. Часта адтуліны дакладна выразаюцца з рубінаў або сапфіраў, каб пазбегнуць эрозіі памеру адтуліны і, такім чынам, змены ў характарыстыках падшыпніка. Іншая праблема заключаецца ў тым, што пры зазорах ніжэй за 0,0002 цалі вобласць вакол адтуліны пачынае заглушаць паток да астатняй паверхні, у гэты момант адбываецца калапс газавай плёнкі. Тое ж самае адбываецца пры ўздыме, бо толькі вобласць адтуліну і любыя пазы даступныя для ініцыявання ўздыму. Гэта адна з асноўных прычын таго, што падшыпнікі з вонкавым ціскам не адлюстроўваюцца ў планах ушчыльненняў.
Гэта не так для порыстага кампенсаванага падшыпніка, замест гэтага жорсткасць працягвае заставацца
павялічваецца па меры павелічэння нагрузкі і памяншэння зазору, як у выпадку з DGS (малюнак 1) і
гідрадынамічныя алейныя падшыпнікі. У выпадку порыстых падшыпнікаў, якія знаходзяцца пад знешнім ціскам, падшыпнік будзе знаходзіцца ў рэжыме збалансаванай сілы, калі ўваходны ціск, памножаны на плошчу, роўны агульнай нагрузцы на падшыпнік. Гэта цікавы трыбалагічны выпадак, бо ўздым або паветраны зазор адсутнічаюць. Паток будзе нулявым, але гідрастатычная сіла ціску паветра на супрацьлеглую паверхню падшыпніка па-ранейшаму зніжае вагу агульнай нагрузкі і прыводзіць да амаль нулявога каэфіцыента трэння, нават калі грані ўсё яшчэ знаходзяцца ў кантакце.
Напрыклад, калі графітавы ўшчыльняльнік мае плошчу 10 квадратных цаляў і 1000 фунтаў замыкаючай сілы, а графіт мае каэфіцыент трэння 0,1, для пачатку руху спатрэбіцца 100 фунтаў сілы. Але пры знешняй крыніцы ціску ў 100 фунтаў на квадратны дюйм, праведзенай праз поры графіт да яго паверхні, для ініцыявання руху не спатрэбіцца практычна нулявая сіла. І гэта нягледзячы на тое, што сіла замыкання ў 1000 фунтаў сціскае два твары разам і што твары знаходзяцца ў фізічным кантакце.
Клас матэрыялаў для падшыпнікаў слізгацення, такіх як: графіт, вуглярод і кераміка, напрыклад, аксід алюмінія і карбід крэмнію, якія вядомыя ў індустрыі турбазабеспячэння і з'яўляюцца натуральна сітаватымі, таму іх можна выкарыстоўваць у якасці падшыпнікаў з вонкавым ціскам, якія з'яўляюцца бескантактавымі падшыпнікамі з вадкай плёнкай. Існуе гібрыдная функцыя, пры якой знешні ціск выкарыстоўваецца, каб паменшыць вагу кантактнага ціску або сілы замыкання ўшчыльнення ад трыбалогіі, якая адбываецца на кантактных гранях ушчыльнення. Гэта дазваляе аператару помпы нешта наладзіць па-за межамі помпы, каб мець справу з праблемнымі прылажэннямі і больш хуткаснымі працамі пры выкарыстанні механічных ушчыльненняў.
Гэты прынцып таксама прымяняецца да шчотак, камутатараў, узбуджальнікаў або любога кантактнага правадніка, які можа выкарыстоўвацца для перадачы даных або электрычнага току на аб'екты, якія верцяцца, або на іх. Па меры таго, як ротары круцяцца хутчэй і разрадзіцца, можа быць цяжка ўтрымліваць гэтыя прылады ў кантакце з валам, і часта неабходна павялічыць 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 прымяняецца да паверхняў механічнага ўшчыльнення, апісаны вышэй, можа таксама прымяняцца тут, дзе неабходны фізічны кантакт для электраправоднасці паміж нерухомай і верціцца часткамі. Знешні ціск можа быць выкарыстаны, як ціск ад гідраўлічнага цыліндра, каб паменшыць трэнне на дынамічнай мяжы, адначасова павялічваючы сілу спружыны або сілу замыкання, неабходную для таго, каб шчотка або ўшчыльняльная частка знаходзіліся ў кантакце з верціцца валам.
Час публікацыі: 21 кастрычніка 2023 г