as bombas son un dos maiores usuarios de selos mecánicos.Como o nome indica, os selos mecánicos son selos de tipo contacto, diferenciados dos selos sen contacto aerodinámicos ou labirintos.Selos mecánicostamén se caracterizan como selo mecánico equilibrado ouselo mecánico desequilibrado.Isto refírese a que porcentaxe de presión do proceso, se é o caso, pode vir detrás da cara de selado estacionaria.Se a cara do selado non se empurra contra a cara xiratoria (como nun selo tipo empujador) ou se non se permite que o fluído de proceso á presión que se debe selar pase detrás da cara do selado, a presión do proceso volvaría a cara de selado. e aberto.O deseñador do selo debe ter en conta todas as condicións de funcionamento para deseñar un selo coa forza de peche necesaria, pero non tanta como para que a unidade de carga na cara dinámica do selo cree demasiado calor e desgaste.Este é un equilibrio delicado que fai ou rompe a fiabilidade da bomba.
o selo dinámico enfróntase ao permitir unha forza de apertura en lugar da forma convencional
equilibrando a forza de peche, como se describe anteriormente.Non elimina a forza de peche necesaria, pero dálle ao deseñador e usuario da bomba outro botón para xirar, permitindo despesar ou descargar as caras de selado, mantendo a forza de peche necesaria, reducindo así a calor e o desgaste ao tempo que se amplían as posibles condicións de funcionamento.
Selos de gas seco (DGS), usado a miúdo nos compresores, proporciona unha forza de apertura nas caras de selado.Esta forza é creada por un principio de rodamento aerodinámico, onde as finas sucos de bombeo axudan a estimular o gas desde o lado do proceso de alta presión do selo ata o espazo e a través da cara do selo como un rodamento de película de fluído sen contacto.
A forza aerodinámica de apertura do rodamento dunha cara de selado de gas seco.A pendente da liña é representativa da rixidez nun oco.Teña en conta que a diferenza está en micras.
O mesmo fenómeno ocorre nos rodamentos de aceite hidrodinámico que soportan a maioría dos grandes compresores centrífugos e rotores de bombas e obsérvase nos gráficos de excentricidade dinámica do rotor mostrados por Bently. Este efecto proporciona un tope traseiro estable e é un elemento importante no éxito dos rodamentos de aceite hidrodinámico e DGS. .Os selos mecánicos non teñen as finas ranuras de bombeo que se poden atopar nunha cara aerodinámica DGS.Pode haber unha forma de usar principios de rodamentos de gas a presión externa para eliminar a forza de peche docara de selado mecánicos.
Gráficos cualitativos dos parámetros de rodamentos de película fluída en función da relación de excentricidade do perímetro.A rixidez, K e o amortiguamento, D, son mínimos cando o muñón está no centro do rodamento.A medida que o muñón se achega á superficie de apoio, a rixidez e a amortiguación aumentan drasticamente.
Os rodamentos de gas aerostático a presión externa empregan unha fonte de gas a presión, mentres que os rodamentos dinámicos usan o movemento relativo entre as superficies para xerar presión de separación.A tecnoloxía de presión externa ten polo menos dúas vantaxes fundamentais.En primeiro lugar, o gas presurizado pódese inxectar directamente entre as caras do selado dun xeito controlado en lugar de favorecer o gas no espazo do selado con sucos de bombeo pouco profundos que requiren movemento.Isto permite separar as caras de selado antes de comezar a rotación.Aínda que as caras se escurran xuntas, abriranse para que a fricción cero se inicie e para cando se inxecte presión directamente entre elas.Ademais, se o selo está quente, é posible que con presión externa aumente a presión na cara do selo.A fenda aumentaría proporcionalmente coa presión, pero a calor do cizallamento caería nunha función cúbica da fenda.Isto dálle ao operador unha nova capacidade para aproveitar a xeración de calor.
Hai outra vantaxe nos compresores en que non hai fluxo pola cara como o hai nun DGS.Pola contra, a presión máis alta está entre as caras de selado, e a presión externa fluirá á atmosfera ou desahogarase nun lado e no compresor polo outro.Isto aumenta a fiabilidade mantendo o proceso fóra da brecha.Nas bombas, isto pode non ser unha vantaxe xa que pode ser indesexable forzar un gas comprimible a entrar nunha bomba.Os gases comprimibles no interior das bombas poden causar problemas de cavitación ou golpes de aire.Sería interesante, porén, ter un selo sen contacto ou sen fricción para as bombas sen a desvantaxe do fluxo de gas no proceso da bomba.Podería ser posible ter un rolamento de gas a presión externa con caudal cero?
Compensación
Todos os rodamentos a presión externa teñen algún tipo de compensación.A compensación é unha forma de restrición que mantén a presión en reserva.A forma máis común de compensación é o uso de orificios, pero tamén existen técnicas de compensación de ranuras, escalóns e porosos.A compensación permite que os rodamentos ou as caras de selado estean xuntos sen tocarse, xa que canto máis se aproximen, maior será a presión do gas entre eles, repelendo as caras separadas.
A modo de exemplo, baixo un rolamento de gas compensado con orificio plano (Imaxe 3), a media
A presión no espazo será igual á carga total do rodamento dividida pola superficie da cara, esta é a carga unitaria.Se a presión do gas da fonte é de 60 libras por polgada cadrada (psi) e a cara ten 10 polgadas cadradas de área e hai 300 libras de carga, haberá unha media de 30 psi no espazo de rodamentos.Normalmente, o espazo sería de aproximadamente 0,0003 polgadas e, debido a que o espazo é tan pequeno, o fluxo só sería duns 0,2 pés cúbicos estándar por minuto (scfm).Debido a que hai un limitador de orificio xusto antes da fenda que mantén a presión de reserva, se a carga aumenta a 400 libras, o espazo de rodamentos redúcese a uns 0,0002 polgadas, restrinxindo o fluxo a través da fenda 0,1 scfm.Este aumento da segunda restrición dálle ao restritor do orificio un fluxo suficiente para permitir que a presión media na brecha aumente a 40 psi e soportar o aumento da carga.
Esta é unha vista lateral recortada dun rodamento de aire de orificio típico que se atopa nunha máquina de medición de coordenadas (CMM).Se un sistema pneumático debe considerarse un "rodamento compensado", debe ter unha restrición antes da restrición do espazo de rodamentos.
Compensación por orificio vs
A compensación do orificio é a forma de compensación máis usada. Un orificio típico pode ter un diámetro de orificio de 0,010 polgadas, pero como está alimentando uns poucos polgadas cadradas de área, está alimentando varias ordes de magnitude máis de área que el mesmo, polo que a velocidade do gas pode ser elevado.Moitas veces, os orificios son cortados con precisión de rubíes ou zafiros para evitar a erosión do tamaño do orificio e, polo tanto, cambios no rendemento do rodamento.Outro problema é que nos espazos por debaixo de 0,0002 polgadas, a área ao redor do orificio comeza a sufocar o fluxo cara ao resto da cara, momento no que se produce o colapso da película de gas. O mesmo ocorre ao despegar, xa que só a área do orificio e calquera ranura están dispoñibles para iniciar a elevación.Esta é unha das principais razóns polas que os rodamentos a presión externa non se ven nos planos de selado.
Este non é o caso do rodamento compensado poroso, senón que a rixidez continúa
aumenta a medida que aumenta a carga e se reduce a brecha, do mesmo xeito que ocorre co DGS (Imaxe 1) e
rodamentos de aceite hidrodinámico.No caso dos rodamentos porosos presurizados externamente, o rodamento estará nun modo de forza equilibrada cando a presión de entrada multiplica a área igual á carga total do rodamento.Este é un caso tribolóxico interesante xa que hai cero elevación ou espazo de aire.Haberá un fluxo cero, pero a forza hidrostática da presión do aire contra a superficie contraria baixo a cara do rodamento aínda non pondera a carga total e resulta nun coeficiente de fricción case cero, aínda que as caras aínda estean en contacto.
Por exemplo, se unha cara de selado de grafito ten unha área de 10 polgadas cadradas e 1.000 libras de forza de peche e o grafito ten un coeficiente de rozamento de 0,1, necesitaría 100 libras de forza para iniciar o movemento.Pero cunha fonte de presión externa de 100 psi conducida a través do grafito poroso ata a súa cara, sería esencialmente cero forza necesaria para iniciar o movemento.Isto é a pesar de que aínda hai 1.000 quilos de forza de peche que apertan as dúas caras e que as caras están en contacto físico.
Unha clase de materiais de rodamentos lisos como: grafito, carbonos e cerámicas como a alúmina e os carburos de silicio que son coñecidos polas industrias do turbo e que son naturalmente porosos polo que se poden usar como rodamentos a presión externa que son rodamentos de película fluída sen contacto.Existe unha función híbrida na que se usa a presión externa para desponderar a presión de contacto ou a forza de peche do selo da triboloxía que está a suceder nas caras do selo en contacto.Isto permite que o operador da bomba axuste algo fóra da bomba para xestionar aplicacións problemáticas e operacións de maior velocidade mentres usa selos mecánicos.
Este principio tamén se aplica ás escobillas, conmutadores, excitadores ou calquera condutor de contacto que se poida utilizar para tomar datos ou correntes eléctricas en ou apagado de obxectos rotativos.A medida que os rotores xiran máis rápido e se esgotan aumentan, pode ser difícil manter estes dispositivos en contacto co eixe e moitas veces é necesario aumentar a presión do resorte que os mantén contra o eixe.Desafortunadamente, especialmente no caso do funcionamento a alta velocidade, este aumento da forza de contacto tamén produce máis calor e desgaste.O mesmo principio híbrido aplicado ás caras de selado mecánico descrito anteriormente tamén se pode aplicar aquí, onde se require contacto físico para a condutividade eléctrica entre as partes estacionarias e rotativas.A presión externa pódese usar como a presión dun cilindro hidráulico para reducir a fricción na interface dinámica mentres aumenta a forza do resorte ou a forza de peche necesaria para manter o cepillo ou a cara de selado en contacto co eixe xiratorio.
Hora de publicación: 21-Oct-2023