pumput ovat yksi suurimmista mekaanisten tiivisteiden käyttäjistä. Kuten nimestä voi päätellä, mekaaniset tiivisteet ovat kosketustyyppisiä tiivisteitä, jotka eroavat aerodynaamisista tai sokkeloisista kosketuksettomista tiivisteistä.Mekaaniset tiivisteeton myös luonnehdittu tasapainoiseksi mekaaniseksi tiivisteeksi taiepätasapainoinen mekaaninen tiiviste. Tämä viittaa siihen, kuinka suuri prosenttiosuus prosessipaineesta voi tulla paikallaan pysyvän tiivistepinnan taakse. Jos tiivistepintaa ei työnnetä pyörivää pintaa vasten (kuten työntötyyppisessä tiivisteessä) tai tiivistettävällä paineella olevaa prosessinestettä ei päästä tiivistepinnan taakse, prosessipaine puhaltaa tiivistepinnan takaisin ja auki. Tiivisteen suunnittelijan on otettava huomioon kaikki käyttöolosuhteet suunnitellakseen tiivisteen, jolla on tarvittava sulkemisvoima, mutta ei niin paljon voimaa, että dynaamisen tiivistepinnan yksikkökuormitus aiheuttaisi liikaa lämpöä ja kulumista. Tämä on herkkä tasapaino, joka lisää tai rikkoo pumpun luotettavuuden.
dynaaminen tiivistepinnat mahdollistavat avausvoiman tavanomaisen tavan sijasta
tasapainottaa sulkemisvoima edellä kuvatulla tavalla. Se ei poista vaadittua sulkemisvoimaa, mutta antaa pumpun suunnittelijalle ja käyttäjälle toisen nupin kääntää sallimalla tiivistepintojen painonpoiston tai kuormituksen, samalla kun se säilyttää tarvittavan sulkemisvoiman, mikä vähentää lämpöä ja kulumista ja laajentaa mahdollisia käyttöolosuhteita.
Kuivat kaasutiivisteet (DGS), joita käytetään usein kompressoreissa, tarjoavat avausvoiman tiivistepinnoille. Tämä voima syntyy aerodynaamisen laakeriperiaatteen avulla, jossa hienot pumppausurat auttavat kannustamaan kaasua tiivisteen korkeapaineprosessin puolelta rakoon ja tiivisteen pinnan poikki kosketuksettomana nestekalvolaakerina.
Kuivan kaasutiivistepinnan aerodynaaminen laakerin avausvoima. Viivan kaltevuus edustaa jäykkyyttä raossa. Huomaa, että rako on mikroneina.
Sama ilmiö esiintyy hydrodynaamisissa öljylaakereissa, jotka tukevat useimpia suuria keskipakokompressoreita ja pumpun roottoreita, ja se näkyy Bentlyn osoittamissa roottorin dynaamisissa epäkeskisyyskäyrissä. Tämä vaikutus tarjoaa vakaan takaiskun ja on tärkeä tekijä hydrodynaamisten öljylaakerien ja DGS:n menestyksessä. . Mekaanisissa tiivisteissä ei ole hienoja pumppausuria, joita voi löytyä aerodynaamisesta DGS:stä. Saattaa olla tapa käyttää ulkoisesti paineistettuja kaasulaakeriperiaatteita sulkemisvoiman poistamiseksi painosta.mekaaninen tiivistepintas.
Nestekalvolaakeriparametrien kvalitatiiviset käyrät tappien epäkeskisyyssuhteen funktiona. Jäykkyys K ja vaimennus D ovat minimiä, kun tappi on laakerin keskellä. Kun tappi lähestyy laakerin pintaa, jäykkyys ja vaimennus kasvavat dramaattisesti.
Ulkoisesti paineistetuissa aerostaattisissa kaasulaakereissa käytetään paineistetun kaasun lähdettä, kun taas dynaamiset laakerit käyttävät pintojen välistä suhteellista liikettä rakopaineen tuottamiseen. Ulkoisesti paineistetulla tekniikalla on ainakin kaksi perustavanlaatuista etua. Ensinnäkin paineistettu kaasu voidaan ruiskuttaa suoraan tiivistepintojen väliin kontrolloidusti sen sijaan, että kaasua rohkaistaisiin tiivisteväliin matalilla pumppausurilla, jotka vaativat liikettä. Tämä mahdollistaa tiivistepintojen erottamisen ennen pyörimisen alkamista. Vaikka kasvot väännetään yhteen, ne ponnahtavat auki, jolloin kitka ei käynnisty ja pysähtyy, kun painetta ruiskutetaan suoraan niiden väliin. Lisäksi, jos tiiviste käy kuumana, on mahdollista ulkoisella paineella lisätä painetta tiivisteen pintaan. Tällöin rako kasvaisi suhteessa paineeseen, mutta leikkauslämpö putoaisi raon kuutiofunktioon. Tämä antaa käyttäjälle uuden kyvyn hyödyntää lämmöntuotantoa.
Kompressoreissa on toinen etu siinä, että pinnan yli ei ole virtausta kuten DGS:ssä. Sen sijaan korkein paine on tiivistepintojen välissä, ja ulkoinen paine virtaa ilmakehään tai poistuu toiselle puolelle ja kompressoriin toiselta puolelta. Tämä lisää luotettavuutta pitämällä prosessin poissa aukosta. Pumpuissa tämä ei ehkä ole etu, koska voi olla ei-toivottavaa pakottaa kokoonpuristuva kaasu pumppuun. Puristuvat kaasut pumppujen sisällä voivat aiheuttaa kavitaatiota tai ilmaiskuongelmia. Olisi kuitenkin mielenkiintoista saada pumppuihin kosketukseton tai kitkaton tiiviste ilman kaasun virtaamista pumppuprosessiin. Voisiko olla mahdollista saada ulkoisesti paineistettu kaasulaakeri ilman virtausta?
Korvaus
Kaikissa ulkoisesti paineistetuissa laakereissa on jonkinlainen kompensointi. Korvaus on eräänlainen rajoitus, joka pitää paineen varassa. Yleisin kompensointimuoto on aukkojen käyttö, mutta on olemassa myös ura-, porras- ja huokoinen kompensointitekniikoita. Kompensoinnin ansiosta laakerit tai tiivistepinnat voivat kulkea lähellä toisiaan koskettamatta, koska mitä lähemmäksi ne tulevat, sitä korkeammaksi niiden välinen kaasupaine nousee, mikä hylkii pinnat toisistaan.
Esimerkiksi litteän aukon kompensoidun kaasulaakerin alla (kuva 3) keskiarvo
paine raossa on yhtä suuri kuin laakerin kokonaiskuorma jaettuna pinta-alalla, tämä on yksikkökuormitus. Jos tämän lähdekaasun paine on 60 paunaa neliötuumaa kohti (psi) ja pinnan pinta-ala on 10 neliötuumaa ja kuorma on 300 paunaa, laakerivälissä on keskimäärin 30 psi. Tyypillisesti rako olisi noin 0,0003 tuumaa, ja koska rako on niin pieni, virtaus olisi vain noin 0,2 standardikuutiojalkaa minuutissa (scfm). Koska juuri ennen aukkoa on aukon rajoitin, joka pitää paineen takaisin reservissä, jos kuormitus kasvaa 400 paunaan, laakeriväli pienenee noin 0,0002 tuumaan, mikä rajoittaa virtausta raon läpi 0,1 scfm. Tämä lisäys toisessa rajoituksessa antaa aukon rajoittimelle riittävän virtauksen sallimaan keskimääräisen paineen raossa nousta 40 psi:iin ja tukemaan lisääntynyttä kuormaa.
Tämä on leikattu sivukuva tyypillisestä aukon ilmalaakerista, joka löytyy koordinaattimittauskoneesta (CMM). Jos pneumaattista järjestelmää pidetään "kompensoituna laakerina", siinä on oltava rajoitus ennen laakerivälin rajoitusta.
Aukko vs. huokoinen kompensointi
Aukon kompensointi on laajimmin käytetty kompensointimuoto Tyypillisen aukon reiän halkaisija voi olla 0,010 tuumaa, mutta koska se syöttää muutaman neliötuuman alueen, se syöttää useita suuruusluokkaa enemmän aluetta kuin itse, joten nopeus kaasu voi olla korkea. Usein aukot leikataan tarkasti rubiineista tai safiireista, jotta vältetään aukon koon eroosio ja siten muutokset laakerin suorituskyvyssä. Toinen ongelma on, että alle 0,0002 tuuman raoissa aukon ympärillä oleva alue alkaa tukahduttaa virtauksen muualle kasvojen alueelle, jolloin kaasukalvo romahtaa. aukko ja mahdolliset urat ovat käytettävissä noston käynnistämiseksi. Tämä on yksi tärkeimmistä syistä, miksi ulkoisesti paineistettuja laakereita ei näy tiivistesuunnitelmissa.
Näin ei ole huokoisen kompensoidun laakerin kohdalla, vaan jäykkyys jatkuu
kasvaa kuorman kasvaessa ja väli pienenee, aivan kuten DGS:n tapauksessa (kuva 1) ja
hydrodynaamiset öljylaakerit. Ulkoisesti paineistetuissa huokoisissa laakereissa laakeri on tasapainoisessa voimatilassa, kun tulopaine kertaa pinta-ala on yhtä suuri kuin laakerin kokonaiskuormitus. Tämä on mielenkiintoinen tribologinen tapaus, koska nostovoimaa tai ilmarakoa ei ole. Virtaus on nolla, mutta ilmanpaineen hydrostaattinen voima laakerin pinnan alla olevaa vastapintaa vasten laskee silti kokonaiskuorman painosta ja johtaa lähes nollaan kitkakertoimeen – vaikka pinnat ovat edelleen kosketuksissa.
Esimerkiksi, jos grafiittitiivistepinnan pinta-ala on 10 neliötuumaa ja 1000 paunaa sulkemisvoima ja grafiitin kitkakerroin on 0,1, se vaatisi 100 paunaa voimaa liikkeen käynnistämiseen. Mutta kun ulkoinen 100 psi:n painelähde on siirretty huokoisen grafiitin läpi sen pinnalle, liikkeen aloittamiseen tarvittaisiin oleellisesti nolla voimaa. Tämä huolimatta siitä, että kaksi kasvot puristavat edelleen 1 000 puntaa sulkemisvoimaa ja että kasvot ovat fyysisessä kosketuksessa.
Luokka liukulaakerimateriaaleja, kuten: grafiitti, hiilet ja keramiikka, kuten alumiinioksidi ja piikarbidit, jotka ovat turboteollisuuden tuntemia ja ovat luonnostaan huokoisia, joten niitä voidaan käyttää ulkoisesti paineistetuina laakereina, jotka ovat koskettamattomia nestekalvolaakereita. On olemassa hybriditoiminto, jossa ulkoista painetta käytetään poistamaan kosketuspainetta tai tiivisteen sulkemisvoimaa kosketuspinnoissa tapahtuvasta tribologiasta. Tämä antaa pumpun käyttäjälle mahdollisuuden säätää jotain pumpun ulkopuolella, jotta se voi käsitellä ongelmasovelluksia ja suurempia nopeuksia käytettäessä mekaanisia tiivisteitä.
Tämä periaate koskee myös harjoja, kommutaattoreita, herättimiä tai kaikkia kosketinjohtimia, joita voidaan käyttää datan tai sähkövirran ottamiseksi pyöriviin esineisiin tai niistä pois. Kun roottorit pyörivät nopeammin ja loppuvat, voi olla vaikeaa pitää näitä laitteita kosketuksissa akseliin, ja usein on tarpeen lisätä jousipainetta, joka pitää niitä akselia vasten. Valitettavasti tämä kosketusvoiman lisääntyminen aiheuttaa myös enemmän lämpöä ja kulumista varsinkin nopeassa käytössä. Samaa edellä kuvattua mekaanisten tiivistepintojen hybridiperiaatetta voidaan soveltaa myös tässä, jossa kiinteän ja pyörivän osan välinen sähkönjohtavuus edellyttää fyysistä kosketusta. Ulkoista painetta voidaan käyttää kuten hydraulisylinteristä tulevaa painetta vähentämään kitkaa dynaamisessa rajapinnassa samalla kun lisätään jousivoimaa tai sulkemisvoimaa, joka tarvitaan pitämään harja tai tiivistepinta kosketuksessa pyörivän akselin kanssa.
Postitusaika: 21.10.2023