pumpe su jedni od najvećih korisnika mehaničkih brtvi.Kao što naziv sugerira, mehaničke brtve su kontaktne brtve, koje se razlikuju od aerodinamičkih ili labirintskih beskontaktnih brtvi.Mehaničke brtvetakođer se karakteriziraju kao uravnotežena mehanička brtva ilineuravnotežena mehanička brtva.Ovo se odnosi na postotak procesnog tlaka, ako ga uopće ima, koji se može pojaviti iza nepomične površine brtve.Ako se brtvena površina ne gurne prema rotirajućoj površini (kao kod brtve potisnog tipa) ili se procesnoj tekućini pod tlakom koji treba zatvoriti ne dopušta da dođe iza brtvene površine, procesni tlak bi otpuhnuo brtvenu površinu unatrag i otvoriti.Dizajner brtve treba uzeti u obzir sve radne uvjete kako bi dizajnirao brtvu s potrebnom silom zatvaranja, ali ne tolikom silom da jedinično opterećenje na dinamičkoj površini brtve stvara previše topline i habanja.Ovo je delikatna ravnoteža koja čini ili kvari pouzdanost pumpe.
dinamička brtva okrenuta je omogućavanjem sile otvaranja, a ne na konvencionalan način
balansiranje sile zatvaranja, kao što je gore opisano.Ne eliminira potrebnu silu zatvaranja, ali dizajneru crpke i korisniku daje još jedan gumb za okretanje dopuštajući smanjenje težine ili rasterećenje površina brtve, uz održavanje potrebne sile zatvaranja, čime se smanjuje toplina i trošenje dok se proširuju mogući radni uvjeti.
Suhe plinske brtve (DGS), koji se često koriste u kompresorima, daju silu otvaranja na stranama brtve.Ova sila je stvorena principom aerodinamičkog ležaja, gdje fini utori za pumpanje pomažu potaknuti plin iz visokotlačne procesne strane brtve, u raspor i preko površine brtve kao beskontaktnog ležaja s filmom tekućine.
Aerodinamička sila otvaranja ležaja površine brtve za suhi plin.Nagib linije predstavlja krutost na razmaku.Imajte na umu da je razmak u mikronima.
Isti se fenomen događa u hidrodinamičkim uljnim ležajevima koji podupiru većinu velikih centrifugalnih kompresora i rotora crpki, a vidi se na dijagramima dinamičkog ekscentriciteta rotora koje je pokazao Bently. Ovaj učinak osigurava stabilan povratni graničnik i važan je element u uspjehu hidrodinamičkih uljnih ležajeva i DGS-a. .Mehaničke brtve nemaju fine utore za pumpanje koji se mogu naći na aerodinamičkom DGS licu.Možda postoji način da se koriste principi nosivosti plina pod vanjskim tlakom kako bi se smanjila težina sile zatvaranja odlice mehaničke brtves.
Kvalitativni dijagrami parametara nosivosti filma fluida u odnosu na omjer ekscentričnosti rukavca.Krutost, K, i prigušenje, D, minimalni su kada je rukavac u središtu ležaja.Kako se rukavac približava površini ležaja, krutost i prigušenje dramatično se povećavaju.
Aerostatski plinski ležajevi pod vanjskim tlakom koriste izvor stlačenog plina, dok dinamički ležajevi koriste relativno gibanje između površina za stvaranje pritiska u razmaku.Tehnologija pod vanjskim tlakom ima najmanje dvije temeljne prednosti.Prvo, plin pod tlakom može se ubrizgati izravno između površina brtve na kontrolirani način, umjesto da se plin usmjerava u otvor brtve plitkim utorima za pumpanje koji zahtijevaju kretanje.To omogućuje odvajanje brtvenih površina prije početka rotacije.Čak i ako su lica skupljena, otvorit će se kako bi trenje počelo i prestajalo bez trenja kada se pritisak ubrizga izravno između njih.Osim toga, ako je brtva vruća, moguće je vanjskim pritiskom povećati pritisak na prednju stranu brtve.Razmak bi se tada povećavao proporcionalno s tlakom, ali bi toplina od smicanja padala na kubnu funkciju razmaka.Ovo operateru daje novu mogućnost da se bori protiv stvaranja topline.
Postoji još jedna prednost kompresora u tome što nema protoka preko površine kao što je to slučaj kod DGS-a.Umjesto toga, najveći tlak je između brtvenih površina, a vanjski tlak će teći u atmosferu ili se ispuštati na jednu stranu, a u kompresor s druge strane.Ovo povećava pouzdanost držeći proces izvan praznine.Kod crpki to možda i nije prednost jer može biti nepoželjno tjerati stlačivi plin u pumpu.Stlačivi plinovi unutar crpki mogu uzrokovati kavitaciju ili probleme sa zračnim čekićem.Ipak, bilo bi zanimljivo imati beskontaktnu brtvu ili brtvu bez trenja za pumpe bez nedostatka protoka plina u proces pumpe.Može li biti moguće imati plinski ležaj pod vanjskim tlakom s nultim protokom?
Kompenzacija
Svi ležajevi pod vanjskim pritiskom imaju neku vrstu kompenzacije.Kompenzacija je oblik ograničenja koji zadržava pritisak u rezervi.Najčešći oblik kompenzacije je korištenje otvora, ali postoje i tehnike kompenzacije utora, koraka i porozne kompenzacije.Kompenzacija omogućuje ležajevima ili brtvenim površinama da rade blizu jedna drugoj bez dodirivanja, jer što su bliže, to je veći tlak plina između njih, odbijajući površine jedna od druge.
Kao primjer, ispod ravnog otvora kompenziranog plinskog ležaja (Slika 3), prosjek
tlak u rasporu bit će jednak ukupnom opterećenju ležaja podijeljenom s površinom površine, to je jedinično opterećenje.Ako je tlak ovog izvora plina 60 funti po kvadratnom inču (psi), a lice ima 10 kvadratnih inča površine i postoji opterećenje od 300 funti, bit će prosječno 30 psi u razmaku ležaja.Obično bi razmak bio oko 0,0003 inča, a budući da je razmak tako mali, protok bi bio samo oko 0,2 standardne kubične stope po minuti (scfm).Budući da postoji ograničavač otvora neposredno prije raspora koji zadržava pritisak u rezervi, ako se opterećenje poveća na 400 funti, razmak ležaja se smanjuje na oko 0,0002 inča, ograničavajući protok kroz razmak za 0,1 scfm.Ovo povećanje druge restrikcije daje restriktoru otvora dovoljan protok da omogući prosječnom tlaku u rasporu povećanje na 40 psi i podrži povećano opterećenje.
Ovo je pogled sa strane u izrez tipičnog zračnog ležaja otvora koji se nalazi u koordinatnom mjernom stroju (CMM).Ako se pneumatski sustav smatra "kompenziranim ležajem", mora imati ograničenje iznad ograničenja razmaka ležaja.
Otvor naspram porozne kompenzacije
Kompenzacija otvora je najčešće korišteni oblik kompenzacije. Tipični otvor može imati promjer rupe od 0,010 inča, ali budući da opskrbljuje površinu od nekoliko kvadratnih inča, opskrbljuje nekoliko redova veličine veću površinu od sebe, tako da brzina plina može biti visoka.Često su otvori precizno izrezani od rubina ili safira kako bi se izbjegla erozija veličine otvora i tako promjene u radu ležaja.Još jedan problem je da kod razmaka ispod 0,0002 inča, područje oko otvora počinje gušiti protok prema ostatku lica, u kojoj točki dolazi do kolapsa plinskog filma. Isto se događa pri podizanju, jer samo područje otvor i svi utori dostupni su za pokretanje podizanja.Ovo je jedan od glavnih razloga zašto se ležajevi pod vanjskim tlakom ne vide u planovima brtvi.
To nije slučaj s poroznim kompenziranim ležajem, umjesto toga krutost se nastavlja
povećavati kako raste opterećenje i razmak se smanjuje, baš kao što je slučaj s DGS (Slika 1) i
hidrodinamički uljni ležajevi.U slučaju poroznih ležajeva pod vanjskim tlakom, ležaj će biti u režimu uravnotežene sile kada je ulazni tlak pomnožen s površinom jednak ukupnom opterećenju na ležaju.Ovo je zanimljiv tribološki slučaj jer nema uzgona ili zračnog raspora.Bit će nulti protok, ali hidrostatska sila tlaka zraka na suprotnu površinu ispod površine ležaja i dalje smanjuje težinu ukupnog opterećenja i rezultira skoro nultim koeficijentom trenja—iako su površine još uvijek u kontaktu.
Na primjer, ako lice grafitne brtve ima površinu od 10 kvadratnih inča i 1000 funti sile zatvaranja, a grafit ima koeficijent trenja od 0,1, bilo bi potrebno 100 funti sile za pokretanje gibanja.Ali s vanjskim izvorom tlaka od 100 psi koji se probija kroz porozni grafit do njegove prednje strane, ne bi postojala praktički nula sila potrebna za pokretanje gibanja.To je unatoč činjenici da još uvijek postoji sila zatvaranja od 1000 funti koja stišće dva lica zajedno i da su lica u fizičkom kontaktu.
Klasa materijala za klizne ležajeve kao što su: grafit, ugljik i keramika kao što su aluminijev oksid i silicij-karbidi koji su poznati turbo industriji i prirodno su porozni tako da se mogu koristiti kao ležajevi pod vanjskim tlakom koji su beskontaktni ležajevi s filmom tekućine.Postoji hibridna funkcija gdje se vanjski pritisak koristi za određivanje težine kontaktnog pritiska ili sile zatvaranja brtve od tribologije koja se događa na kontaktnim stranama brtve.To operateru pumpe omogućuje nešto što može prilagoditi izvan crpke kako bi se nosio s problematičnim primjenama i operacijama veće brzine dok koristi mehaničke brtve.
Ovo se načelo također primjenjuje na četke, komutatore, pobudnike ili bilo koji kontaktni vodič koji se može koristiti za prijenos podataka ili električne struje na ili isključenje rotirajućih objekata.Kako se rotori okreću brže i sve više troše, može biti teško držati te uređaje u kontaktu s osovinom, pa je često potrebno povećati pritisak opruge koja ih drži na osovini.Nažalost, posebno u slučaju rada pri velikim brzinama, ovo povećanje kontaktne sile također rezultira većim zagrijavanjem i trošenjem.Isti hibridni princip primijenjen na gore opisane površine mehaničkih brtvi također se može primijeniti ovdje, gdje je potreban fizički kontakt za električnu vodljivost između nepokretnih i rotirajućih dijelova.Vanjski tlak može se koristiti poput tlaka iz hidrauličkog cilindra za smanjenje trenja na dinamičkom sučelju dok se i dalje povećava sila opruge ili sila zatvaranja koja je potrebna da četka ili brtvena površina budu u kontaktu s rotirajućom osovinom.
Vrijeme objave: 21. listopada 2023