Pompalarda mekanik salmastra kullanımı en yaygın olanlardan biridir. Adından da anlaşılacağı gibi, mekanik salmastralar, aerodinamik veya labirent tipi temassız salmastralardan farklı olarak, temaslı tip salmastralardır.Mekanik contalaraynı zamanda dengeli mekanik salmastra olarak da nitelendirilirler veyadengesiz mekanik contaBu, proses basıncının ne kadarının (varsa) sabit sızdırmazlık yüzeyinin arkasından geçebileceğini ifade eder. Sızdırmazlık yüzeyi dönen yüzeye doğru itilmezse (itici tip sızdırmazlıkta olduğu gibi) veya sızdırmazlığı sağlanması gereken basınçtaki proses sıvısının sızdırmazlık yüzeyinin arkasına geçmesine izin verilmezse, proses basıncı sızdırmazlık yüzeyini geriye doğru iterek açar. Sızdırmazlık tasarımcısı, gerekli kapanma kuvvetine sahip ancak dinamik sızdırmazlık yüzeyindeki ünite yükünün çok fazla ısı ve aşınmaya neden olmayacak kadar az kuvvete sahip bir sızdırmazlık tasarlamak için tüm çalışma koşullarını dikkate almalıdır. Bu, pompa güvenilirliğini belirleyen veya bozan hassas bir dengedir.
Dinamik sızdırmazlık yüzeyleri, geleneksel yöntem yerine bir açma kuvveti uygulayarak çalışır.
Yukarıda açıklandığı gibi, kapatma kuvvetini dengelemek. Gerekli kapatma kuvvetini ortadan kaldırmaz, ancak pompa tasarımcısına ve kullanıcısına, gerekli kapatma kuvvetini korurken sızdırmazlık yüzeylerinin ağırlığını azaltmaya veya yükünü hafifletmeye olanak tanıyarak, ısıyı ve aşınmayı azaltırken olası çalışma koşullarını genişleten başka bir ayar seçeneği sunar.
Kuru Gaz Contaları (DGS)Genellikle kompresörlerde kullanılan bu contalar, sızdırmazlık yüzeylerinde bir açma kuvveti sağlar. Bu kuvvet, aerodinamik yatak prensibiyle oluşturulur; burada ince pompalama olukları, gazın contanın yüksek basınçlı proses tarafından boşluğa ve contanın yüzeyi boyunca temassız bir sıvı film yatağı olarak hareket etmesine yardımcı olur.
Kuru gaz sızdırmazlık yüzeyinin aerodinamik yatak açılma kuvveti. Çizginin eğimi, boşluktaki sertliği temsil eder. Boşluğun mikron cinsinden olduğunu unutmayın.
Aynı fenomen, çoğu büyük santrifüj kompresör ve pompa rotorunu destekleyen hidrodinamik yağ yataklarında da meydana gelir ve Bently tarafından gösterilen rotor dinamik eksantriklik grafiklerinde görülür. Bu etki, kararlı bir geri durdurma sağlar ve hidrodinamik yağ yataklarının ve DGS'nin başarısında önemli bir unsurdur. Mekanik contalar, aerodinamik bir DGS yüzeyinde bulunabilecek ince pompalama oluklarına sahip değildir. Kapanma kuvvetini azaltmak için dışarıdan basınçlı gaz yatağı prensiplerini kullanmanın bir yolu olabilir.mekanik conta yüzeyis.
Akışkan film yatak parametrelerinin mil eksantriklik oranına göre niteliksel grafikleri. Mil yatağın merkezinde olduğunda sertlik (K) ve sönümleme (D) minimumdur. Mil yatak yüzeyine yaklaştıkça sertlik ve sönümleme önemli ölçüde artar.
Dışarıdan basınçlı aerostatik gaz yatakları, basınçlı bir gaz kaynağı kullanırken, dinamik yataklar yüzeyler arasındaki göreceli hareketi kullanarak boşluk basıncı oluşturur. Dışarıdan basınçlı teknolojinin en az iki temel avantajı vardır. Birincisi, basınçlı gaz, hareket gerektiren sığ pompalama olukları ile gazı sızdırmazlık boşluğuna teşvik etmek yerine, kontrollü bir şekilde doğrudan sızdırmazlık yüzeyleri arasına enjekte edilebilir. Bu, dönüş başlamadan önce sızdırmazlık yüzeylerinin ayrılmasını sağlar. Yüzeyler birbirine sıkıştırılmış olsa bile, aralarına doğrudan basınç enjekte edildiğinde sıfır sürtünmeli başlangıç ve duruşlar için açılırlar. Ek olarak, sızdırmazlık elemanı aşırı ısınıyorsa, dış basınçla sızdırmazlık yüzeyine uygulanan basıncı artırmak mümkündür. Boşluk daha sonra basınçla orantılı olarak artar, ancak kesmeden kaynaklanan ısı, boşluğun küp fonksiyonuna düşer. Bu, operatöre ısı oluşumuna karşı kullanabileceği yeni bir yetenek kazandırır.
Kompresörlerde bir diğer avantaj da, DGS'de olduğu gibi yüzey boyunca akış olmamasıdır. Bunun yerine, en yüksek basınç sızdırmazlık yüzeyleri arasındadır ve dış basınç atmosfere akar veya bir taraftan kompresöre diğer taraftan tahliye edilir. Bu, prosesi boşluktan uzak tutarak güvenilirliği artırır. Pompalarda bu bir avantaj olmayabilir, çünkü sıkıştırılabilir bir gazı pompaya zorla sokmak istenmeyen bir durum olabilir. Pompaların içindeki sıkıştırılabilir gazlar kavitasyon veya hava darbesi sorunlarına neden olabilir. Bununla birlikte, pompa prosesine gaz akışı dezavantajı olmadan, pompalar için temassız veya sürtünmesiz bir sızdırmazlık sistemine sahip olmak ilginç olurdu. Sıfır akışlı, dışarıdan basınçlı bir gaz yatağına sahip olmak mümkün olabilir mi?
Tazminat
Dışarıdan basınç uygulanan tüm yataklarda bir tür dengeleme mekanizması bulunur. Dengeleme, basıncı yedekte tutan bir tür kısıtlamadır. En yaygın dengeleme yöntemi deliklerin kullanılmasıdır, ancak oluk, basamak ve gözenekli dengeleme teknikleri de mevcuttur. Dengeleme, yatakların veya sızdırmazlık yüzeylerinin birbirine temas etmeden yakın çalışmasını sağlar, çünkü birbirlerine ne kadar yakınlaşırlarsa, aralarındaki gaz basıncı o kadar artar ve yüzeyleri birbirinden uzaklaştırır.
Örnek olarak, düz delikli kompanzasyonlu gaz yatağı altında (Resim 3), ortalama
Boşluktaki basınç, yatak üzerindeki toplam yükün yüzey alanına bölünmesiyle elde edilen değere eşittir; bu, birim yüklemedir. Eğer kaynak gaz basıncı inç kare başına 60 pound (psi) ise, yüzey 10 inç kare alana sahipse ve 300 pound yük varsa, yatak boşluğunda ortalama 30 psi basınç olacaktır. Tipik olarak, boşluk yaklaşık 0,0003 inç olacaktır ve boşluk çok küçük olduğu için akış sadece yaklaşık 0,2 standart fit küp/dakika (scfm) olacaktır. Boşluğun hemen öncesinde basıncı rezervde tutan bir orifis kısıtlayıcı bulunduğundan, yük 400 pound'a çıkarsa yatak boşluğu yaklaşık 0,0002 inç'e düşer ve boşluktan geçen akış 0,1 scfm azalır. İkinci kısıtlamadaki bu artış, orifis kısıtlayıcıya boşluktaki ortalama basıncın 40 psi'ye çıkmasına ve artan yükü desteklemesine yetecek kadar akış sağlar.
Bu, koordinat ölçüm makinesinde (CMM) bulunan tipik bir delikli hava yatağının kesitli yan görünümüdür. Bir pnömatik sistemin "kompanse yatak" olarak kabul edilmesi için, yatak boşluğu sınırlamasının önünde bir sınırlama olması gerekir.
Delik vs. Gözenekli Telafi
Delik kompanzasyonu, en yaygın kullanılan kompanzasyon şeklidir. Tipik bir deliğin çapı 0,010 inç olabilir, ancak birkaç inç karelik bir alanı beslediği için, kendisinden birkaç kat daha büyük bir alanı besler, bu nedenle gazın hızı yüksek olabilir. Genellikle, delik boyutunun aşınmasını ve dolayısıyla yatağın performansındaki değişiklikleri önlemek için delikler yakut veya safirden hassas bir şekilde kesilir. Bir diğer sorun ise, 0,0002 inç'in altındaki boşluklarda, deliğin etrafındaki alanın, yüzeyin geri kalanına akışı tıkamaya başlaması ve bu noktada gaz filminin çökmesidir. Aynı durum kalkışta da meydana gelir, çünkü kalkışı başlatmak için yalnızca deliğin alanı ve herhangi bir oluk mevcuttur. Bu, dıştan basınçlı yatakların sızdırmazlık planlarında görülmemesinin ana nedenlerinden biridir.
Gözenekli kompanzasyonlu yatak için durum böyle değildir; bunun yerine sertlik devam eder.
Yük arttıkça ve aralık azaldıkça, tıpkı DGS'de olduğu gibi (Resim 1) artış gösterir ve
Hidrodinamik yağlı yataklar. Dışarıdan basınç uygulanan gözenekli yataklarda, giriş basıncı ile alanın çarpımı toplam yüke eşit olduğunda yatak dengeli bir kuvvet modunda olacaktır. Bu, sıfır kaldırma veya hava boşluğu olduğu için ilginç bir tribolojik durumdur. Akış sıfır olacaktır, ancak hava basıncının yatağın yüzeyinin altındaki karşı yüzeye uyguladığı hidrostatik kuvvet, toplam yükü yine de hafifletir ve yüzeyler hala temas halinde olmasına rağmen, sürtünme katsayısının sıfıra yakın olmasına neden olur.
Örneğin, bir grafit conta yüzeyinin alanı 10 inç kare ve kapanma kuvveti 1.000 pound ise ve grafitin sürtünme katsayısı 0,1 ise, hareketi başlatmak için 100 poundluk bir kuvvete ihtiyaç duyulacaktır. Ancak, gözenekli grafitten yüzeyine iletilen 100 psi'lik harici bir basınç kaynağı ile, hareketi başlatmak için gereken kuvvet neredeyse sıfır olacaktır. Bu durum, iki yüzeyi birbirine sıkıştıran 1.000 poundluk kapanma kuvvetinin hala mevcut olmasına ve yüzeylerin fiziksel temas halinde olmasına rağmen geçerlidir.
Grafit, karbon ve alümina ile silisyum karbür gibi seramikler de dahil olmak üzere, turbo endüstrilerinde bilinen ve doğal olarak gözenekli olan, bu nedenle temassız sıvı film yatakları olarak kullanılabilen düz yatak malzemeleri sınıfı. Dış basıncın, temas eden conta yüzeylerinde meydana gelen tribolojiden kaynaklanan temas basıncını veya contanın kapanma kuvvetini azaltmak için kullanıldığı hibrit bir işlev vardır. Bu, pompa operatörünün, mekanik contalar kullanırken sorunlu uygulamalar ve daha yüksek hızlı işlemlerle başa çıkmak için pompanın dışında bir ayarlama yapmasına olanak tanır.
Bu prensip, dönen cisimlere veri veya elektrik akımı iletmek veya bunlardan elektrik akımı almak için kullanılan fırçalar, komütatörler, uyarıcılar veya herhangi bir temas iletkeni için de geçerlidir. Rotorlar daha hızlı döndükçe ve salınım arttıkça, bu cihazların şaftla temas halinde kalması zorlaşabilir ve genellikle bunları şafta karşı tutan yay basıncını artırmak gerekir. Ne yazık ki, özellikle yüksek hızlı çalışma durumunda, bu temas kuvveti artışı daha fazla ısı ve aşınmaya da neden olur. Yukarıda açıklanan mekanik sızdırmazlık yüzeylerine uygulanan aynı hibrit prensip, sabit ve dönen parçalar arasında elektriksel iletkenlik için fiziksel temasın gerekli olduğu burada da uygulanabilir. Dış basınç, dinamik arayüzdeki sürtünmeyi azaltırken, fırça veya sızdırmazlık yüzeyinin dönen şaftla temas halinde kalması için gereken yay kuvvetini veya kapatma kuvvetini artırmak için hidrolik silindirden gelen basınç gibi kullanılabilir.
Yayın tarihi: 21 Ekim 2023