Pumbad on ühed suurimad mehaaniliste tihendite kasutajad. Nagu nimigi ütleb, on mehaanilised tihendid kontakttihendid, mis erinevad aerodünaamilistest või labürint-mittekontaktilistest tihenditest.Mehaanilised tihendidiseloomustatakse ka kui tasakaalustatud mehaanilist tihendit võitasakaalustamata mehaaniline tihendSee viitab sellele, kui suur osa protsessirõhust, kui üldse, pääseb statsionaarse tihendi taha. Kui tihendi pinda ei suruta pöörleva pinna vastu (nagu tõukurtüüpi tihendi puhul) või kui tihendatavat rõhu all olev protsessivedelik ei pääse tihendi taha, siis puhub protsessirõhk tihendi pinna tagasi ja avab selle. Tihendi projekteerija peab arvestama kõigi töötingimustega, et projekteerida tihend vajaliku sulgemisjõuga, kuid mitte nii suure jõuga, et seadme koormus dünaamilisele tihendi pinnale tekitaks liiga palju kuumust ja kulumist. See on habras tasakaal, mis tagab pumba töökindluse või rikub selle.
dünaamilised tihendipinnad, võimaldades avamisjõudu tavapärase meetodi asemel
Sulgemisjõu tasakaalustamine, nagu eespool kirjeldatud. See ei kõrvalda vajalikku sulgemisjõudu, kuid annab pumba projekteerijale ja kasutajale veel ühe keeramisnupu, võimaldades tihenduspindade raskust vähendada või koormust vähendada, säilitades samal ajal vajaliku sulgemisjõu, vähendades seeläbi kuumust ja kulumist ning laiendades võimalikke töötingimusi.
Kuivgaasitihendid (DGS), mida sageli kasutatakse kompressorites, tekitavad tihendipindadel avamisjõu. See jõud tekib aerodünaamilise laagri põhimõttel, kus peened pumpamissooned aitavad gaasi suunata tihendi kõrgsurveprotsessi poolelt pilusse ja üle tihendi pinna kontaktivaba vedelikukile laagrina.
Kuiva gaasitihendi pinna aerodünaamiline laagri avamisjõud. Joone kalle näitab pilu jäikust. Pange tähele, et pilu on mikronites.
Sama nähtus esineb hüdrodünaamilistes õlilaagrites, mis toetavad enamikku suuri tsentrifugaalkompressoreid ja pumpade rootoreid, ning seda on näha Bently näidatud rootori dünaamilise ekstsentrilisuse graafikutel. See efekt tagab stabiilse tagasitõmbumise ja on oluline element hüdrodünaamiliste õlilaagrite ja DGS-i edukuses. Mehaanilistel tihenditel ei ole peeneid pumpamissooni, mida võib leida aerodünaamilisel DGS-i pinnal. Sulgemisjõu vähendamiseks võib olla võimalik kasutada väliselt rõhu all olevaid gaasilaagri põhimõtteid.mehaanilise tihendi pinds.
Vedelikukile laagri parameetrite kvalitatiivsed graafikud laagrikaela ekstsentrilisuse suhte suhtes. Jäikus K ja summutus D on minimaalsed, kui laagrikael on laagri keskel. Laagrikaela lähenedes laagripinnale suurenevad jäikus ja summutus dramaatiliselt.
Välisrõhu all töötavad aerostaatilised gaasilaagrid kasutavad survestatud gaasi allikat, samas kui dünaamilised laagrid kasutavad pindade vahelist suhtelist liikumist pilu rõhu tekitamiseks. Välisrõhu tehnoloogial on vähemalt kaks peamist eelist. Esiteks saab survestatud gaasi süstida otse tihendipindade vahele kontrollitud viisil, selle asemel, et gaasi suunata tihendipilusse madalate pumpamissoontega, mis vajavad liikumist. See võimaldab tihendipindu enne pöörlemise algust eraldada. Isegi kui pinnad on kokku väänatud, hüppavad need lahti nullhõõrdeliseks käivitumiseks ja peatumiseks, kui rõhk süstitakse otse nende vahele. Lisaks, kui tihend kuumeneb, on võimalik välise rõhu abil suurendada tihendi pinnale avaldatavat survet. Pilu suureneks siis proportsionaalselt rõhuga, kuid nihkest tulenev soojus langeks pilu kuupfunktsioonile. See annab operaatorile uue võimaluse soojuse tekke vastu võidelda.
Kompressoritel on veel üks eelis: nagu DGS-il, ei toimu voolu üle pinna. Selle asemel on kõrgeim rõhk tihendipindade vahel ja väline rõhk voolab atmosfääri või väljub ühelt poolt ja teiselt poolt kompressorisse. See suurendab töökindlust, hoides protsessi tühimikust väljas. Pumpade puhul ei pruugi see olla eelis, kuna kokkusurutava gaasi pumpa surumine võib olla ebasoovitav. Pumpade sees olevad kokkusurutavad gaasid võivad põhjustada kavitatsiooni või õhulöögi probleeme. Oleks aga huvitav omada pumpadele mittekontaktset või hõõrdumisvaba tihendit, millel poleks gaasivoolu puudust pumba protsessis. Kas oleks võimalik omada väliselt rõhu all olevat gaasilaagrit nullvooluga?
Hüvitis
Kõigil väliselt survestatud laagritel on mingisugune kompensatsioon. Kompensatsioon on piiramise vorm, mis hoiab rõhu reservis. Kõige levinum kompensatsioonivorm on avade kasutamine, kuid on ka soonte, astmete ja poorsete kompensatsioonitehnikate kasutamine. Kompensatsioon võimaldab laagritel või tihenduspindadel liikuda üksteisele lähedal ilma kokku puutumata, sest mida lähemale nad jõuavad, seda suurem on nendevaheline gaasirõhk, mis tõukab pindu lahku.
Näiteks lameda avaga kompenseeritud gaaslaagri (pilt 3) all on keskmine
Rõhk laagrivahes võrdub laagri kogukoormusega, mis on jagatud laagripinnaga, see on ühikkoormus. Kui allikagaasi rõhk on 60 naela ruuttolli kohta (psi) ja laagripinna pindala on 10 ruuttolli ning koormus on 300 naela, on laagrivahes keskmiselt 30 psi. Tavaliselt on vahe umbes 0,0003 tolli ja kuna vahe on nii väike, on vooluhulk vaid umbes 0,2 standardset kuupjalga minutis (scfm). Kuna vahetult enne vahet on ava piiraja, mis hoiab rõhku reservis, siis koormuse suurenedes 400 naelani väheneb laagrivahe umbes 0,0002 tollini, piirates voolu läbi vahe 0,1 scfm võrra. See teise kitsenduse suurenemine annab ava piirajale piisavalt voolu, et keskmine rõhk laagrivahes tõuseks 40 psi-ni ja toetaks suurenenud koormust.
See on koordinaatmõõtemasinas (CMM) leiduva tüüpilise avaga õhklaagri külgvaade. Kui pneumaatilist süsteemi saab pidada „kompenseeritud laagriks“, peab sellel olema kitsendus laagri vahe kitsendusest ülesvoolu.
Ava vs. poorne kompensatsioon
Ava kompenseerimine on kõige laialdasemalt kasutatav kompenseerimisviis. Tüüpilise ava läbimõõt võib olla 0,010 tolli, kuid kuna see toidab mõnda ruuttolli suurust pinda, toidab see mitu suurusjärku suuremat pinda kui see ise, seega võib gaasi kiirus olla suur. Sageli lõigatakse avad täpselt rubiinidest või safiiridest, et vältida ava suuruse erosiooni ja seega laagri jõudluse muutusi. Teine probleem on see, et alla 0,0002 tolli suuruste vahede korral hakkab ava ümbritsev ala voolu ülejäänud pinnale lämmatama, mille juures toimub gaasifilmi kokkuvarisemine. Sama juhtub ka tõstejõu korral, kuna tõstejõu käivitamiseks on saadaval ainult ava ala ja kõik sooned. See on üks peamisi põhjuseid, miks väliselt survestatud laagreid tihendusplaanidel ei nähta.
Poorse kompenseeritud laagri puhul see nii ei ole, selle asemel jäikus jätkuvalt suureneb.
suureneb koormuse suurenedes ja vahe väheneb, täpselt nagu DGS-i puhul (pilt 1) ja
Hüdrodünaamilised õlilaagrid. Välisrõhu all olevate poorsete laagrite puhul on laager tasakaalustatud jõurežiimis, kui sisendrõhk korrutatuna pindalaga võrdub laagri kogukoormusega. See on huvitav triboloogiline juhtum, kuna tõstejõud ehk õhupilu puudub. Vooluhulk on null, kuid laagri pinna all oleva vastupinna vastu mõjuv õhurõhu hüdrostaatiline jõud kaotab ikkagi kogukoormuse ja tulemuseks on peaaegu nullhõõrdetegur – isegi kui pinnad on endiselt kontaktis.
Näiteks kui grafiidist tihenduspinna pindala on 10 ruuttolli ja sulgumisjõud 1000 naela ning grafiidi hõõrdetegur on 0,1, siis liikumise käivitamiseks oleks vaja 100 naela jõudu. Kuid kui poorse grafiidi kaudu pinnale juhitakse 100 psi suurune väline rõhuallikas, poleks liikumise käivitamiseks vaja sisuliselt mingit jõudu. See on nii vaatamata asjaolule, et kahte pinda kokku pigistab endiselt 1000 naela suurune sulgumisjõud ja pinnad on füüsilises kontaktis.
Liugelaagrite materjalide klass, näiteks grafiit, süsinik ja keraamika, näiteks alumiiniumoksiid ja ränikarbiidid, mis on turbomootorite tööstuses tuntud ja mis on loomulikult poorsed, mistõttu neid saab kasutada välise rõhu all olevate laagritena, mis on mittekontaktsed vedelikukilega laagrid. On olemas hübriidfunktsioon, kus välist rõhku kasutatakse kontaktrõhu või tihendi sulgemisjõu vähendamiseks triboloogiast, mis toimub kokkupuutuvates tihendipindades. See võimaldab pumba operaatoril pumba välisküljel midagi reguleerida, et tulla toime probleemsete rakenduste ja suurema kiirusega töötamisega mehaaniliste tihendite kasutamisel.
See põhimõte kehtib ka harjade, kommutaatorite, ergastajate või mis tahes kontaktjuhtide kohta, mida võidakse kasutada andmete või elektrivoolude võtmiseks pöörlevatele objektidele või neilt eemaldamiseks. Kuna rootorid pöörlevad kiiremini ja nende väljajooks suureneb, võib olla keeruline neid seadmeid võlliga kontaktis hoida ning sageli on vaja suurendada vedru survet, mis neid võlli vastu hoiab. Kahjuks, eriti kiirel töötamisel, põhjustab see kontaktjõu suurenemine ka suuremat kuumenemist ja kulumist. Sama hübriidpõhimõtet, mida rakendatakse eespool kirjeldatud mehaaniliste tihenduspindade puhul, saab rakendada ka siin, kus füüsiline kontakt on vajalik elektrijuhtivuse tagamiseks statsionaarsete ja pöörlevate osade vahel. Välist rõhku saab kasutada nagu hüdrosilindri rõhku, et vähendada hõõrdumist dünaamilisel liidesel, suurendades samal ajal vedru jõudu või sulgemisjõudu, mis on vajalik harja või tihendi pinna kontaktis hoidmiseks pöörleva võlliga.
Postituse aeg: 21. okt 2023