यांत्रिक सीलों को संतुलित करने का एक नया तरीका

पंप यांत्रिक सील के सबसे बड़े उपयोगकर्ताओं में से एक हैं।जैसा कि नाम से पता चलता है, यांत्रिक सील संपर्क-प्रकार की सील हैं, जो वायुगतिकीय या भूलभुलैया गैर-संपर्क सील से भिन्न हैं।मेकेनिकल सीलइन्हें संतुलित यांत्रिक सील या के रूप में भी जाना जाता हैअसंतुलित यांत्रिक मुहर.यह दर्शाता है कि स्थिर सील चेहरे के पीछे प्रक्रिया दबाव का कितना प्रतिशत, यदि कोई हो, आ सकता है।यदि सील चेहरे को घूमने वाले चेहरे के खिलाफ धकेला नहीं जाता है (जैसा कि पुशर-प्रकार की सील में होता है) या जिस दबाव को सील करने की आवश्यकता होती है उस पर प्रक्रिया द्रव को सील चेहरे के पीछे जाने की अनुमति नहीं होती है, तो प्रक्रिया दबाव सील चेहरे को पीछे उड़ा देगा और खुला.सील डिज़ाइनर को अपेक्षित समापन बल के साथ सील डिज़ाइन करने के लिए सभी परिचालन स्थितियों पर विचार करने की आवश्यकता होती है, लेकिन इतना बल नहीं कि गतिशील सील चेहरे पर लोड होने वाली इकाई बहुत अधिक गर्मी और घिसाव पैदा करती है।यह एक नाजुक संतुलन है जो पंप की विश्वसनीयता बनाता या बिगाड़ता है।

गतिशील सील पारंपरिक तरीके के बजाय एक उद्घाटन बल को सक्षम करके सामना करती है
समापन बल को संतुलित करना, जैसा कि ऊपर बताया गया है।यह अपेक्षित समापन बल को समाप्त नहीं करता है, लेकिन आवश्यक समापन बल को बनाए रखते हुए, पंप डिज़ाइनर और उपयोगकर्ता को सील चेहरों को अनवेटिंग या अनलोडिंग की अनुमति देकर घूमने के लिए एक और घुंडी देता है, इस प्रकार संभावित परिचालन स्थितियों को चौड़ा करते हुए गर्मी और घिसाव को कम करता है।

सूखी गैस सील (डीजीएस), अक्सर कम्प्रेसर में उपयोग किया जाता है, सील चेहरों पर एक उद्घाटन बल प्रदान करता है।यह बल एक वायुगतिकीय असर सिद्धांत द्वारा बनाया गया है, जहां ठीक पंपिंग खांचे सील के उच्च दबाव प्रक्रिया पक्ष से गैप में और सील के चेहरे पर एक गैर-संपर्क द्रव फिल्म असर के रूप में गैस को प्रोत्साहित करने में मदद करते हैं।

शुष्क गैस सील चेहरे का वायुगतिकीय असर खोलने वाला बल।रेखा का ढलान अंतराल पर कठोरता का प्रतिनिधित्व करता है।ध्यान दें कि अंतर माइक्रोन में है।
यही घटना हाइड्रोडायनामिक तेल बीयरिंगों में होती है जो अधिकांश बड़े केन्द्रापसारक कंप्रेसर और पंप रोटर्स का समर्थन करते हैं और बेंटली द्वारा दिखाए गए रोटर गतिशील विलक्षणता भूखंडों में देखी जाती है। यह प्रभाव एक स्थिर बैक स्टॉप प्रदान करता है और हाइड्रोडायनामिक तेल बीयरिंग और डीजीएस की सफलता में एक महत्वपूर्ण तत्व है .मैकेनिकल सील में ठीक पंपिंग खांचे नहीं होते हैं जो वायुगतिकीय डीजीएस चेहरे में पाए जा सकते हैं।समापन बल को कम करने के लिए बाहरी दबाव वाले गैस असर सिद्धांतों का उपयोग करने का एक तरीका हो सकता हैयांत्रिक सील चेहराs.

द्रव-फिल्म असर मापदंडों बनाम जर्नल विलक्षणता अनुपात के गुणात्मक प्लॉट।जब जर्नल बेयरिंग के केंद्र में होता है तो कठोरता, K, और भिगोना, D, न्यूनतम होते हैं।जैसे-जैसे जर्नल असर वाली सतह के करीब आता है, कठोरता और नमी नाटकीय रूप से बढ़ जाती है।

बाहरी दबाव वाले एयरोस्टैटिक गैस बीयरिंग दबाव वाले गैस के स्रोत का उपयोग करते हैं, जबकि गतिशील बीयरिंग अंतराल दबाव उत्पन्न करने के लिए सतहों के बीच सापेक्ष गति का उपयोग करते हैं।बाहरी दबाव वाली प्रौद्योगिकी के कम से कम दो मूलभूत लाभ हैं।सबसे पहले, गति की आवश्यकता वाले उथले पंपिंग खांचे के साथ सील अंतराल में गैस को प्रोत्साहित करने के बजाय दबाव वाली गैस को नियंत्रित तरीके से सीधे सील चेहरों के बीच इंजेक्ट किया जा सकता है।यह रोटेशन शुरू होने से पहले सील चेहरों को अलग करने में सक्षम बनाता है।भले ही चेहरों को एक साथ मोड़ दिया जाए, वे शून्य घर्षण के लिए खुल जाएंगे और सीधे उनके बीच दबाव डालने पर रुक जाएंगे।इसके अतिरिक्त, यदि सील गर्म हो रही है, तो बाहरी दबाव से सील के चेहरे पर दबाव बढ़ाना संभव है।फिर अंतर दबाव के साथ आनुपातिक रूप से बढ़ेगा, लेकिन कतरनी से निकलने वाली गर्मी अंतर के घन फ़ंक्शन पर गिर जाएगी।यह ऑपरेटर को गर्मी उत्पादन के विरुद्ध लाभ उठाने की एक नई क्षमता प्रदान करता है।

कंप्रेसर में एक और फायदा यह है कि डीजीएस की तरह चेहरे पर कोई प्रवाह नहीं होता है।इसके बजाय, सबसे अधिक दबाव सील चेहरों के बीच होता है, और बाहरी दबाव वायुमंडल में प्रवाहित होगा या एक तरफ से और दूसरी तरफ से कंप्रेसर में प्रवाहित होगा।यह प्रक्रिया को अंतराल से दूर रखकर विश्वसनीयता बढ़ाता है।पंपों में यह कोई फायदा नहीं हो सकता है क्योंकि पंप में संपीड़ित गैस को जबरदस्ती डालना अवांछनीय हो सकता है।पंपों के अंदर संपीड़ित गैसें गुहिकायन या वायु हथौड़े की समस्या पैदा कर सकती हैं।हालाँकि, पंप प्रक्रिया में गैस प्रवाह के नुकसान के बिना पंपों के लिए एक गैर-संपर्क या घर्षण-मुक्त सील होना दिलचस्प होगा।क्या शून्य प्रवाह के साथ बाहरी दबाव वाली गैस का होना संभव हो सकता है?

मुआवज़ा
सभी बाहरी दबाव वाले बीयरिंगों में कुछ प्रकार का मुआवजा होता है।मुआवज़ा प्रतिबंध का एक रूप है जो दबाव को आरक्षित रखता है।मुआवज़े का सबसे सामान्य रूप छिद्रों का उपयोग है, लेकिन ग्रूव, स्टेप और छिद्रपूर्ण मुआवज़ा तकनीकें भी हैं।मुआवज़ा बियरिंग्स या सील चेहरों को बिना छुए एक साथ चलने में सक्षम बनाता है, क्योंकि वे जितना करीब आते हैं, उनके बीच गैस का दबाव उतना ही अधिक हो जाता है, जिससे चेहरे अलग हो जाते हैं।

उदाहरण के तौर पर, एक सपाट छिद्र के तहत मुआवजा गैस असर (छवि 3), औसत
गैप में दबाव, फेस एरिया से विभाजित बेयरिंग पर कुल भार के बराबर होगा, यह यूनिट लोडिंग है।यदि इस स्रोत गैस का दबाव 60 पाउंड प्रति वर्ग इंच (पीएसआई) है और चेहरे का क्षेत्रफल 10 वर्ग इंच है और 300 पाउंड भार है, तो असर अंतराल में औसतन 30 पीएसआई होगा।आमतौर पर, अंतर लगभग 0.0003 इंच होगा, और क्योंकि अंतर इतना छोटा है, प्रवाह केवल लगभग 0.2 मानक घन फीट प्रति मिनट (एससीएफएम) होगा।चूँकि गैप से ठीक पहले एक छिद्र अवरोधक होता है जो दबाव को रिजर्व में रखता है, यदि भार 400 पाउंड तक बढ़ जाता है तो असर गैप लगभग 0.0002 इंच तक कम हो जाता है, जिससे गैप के माध्यम से प्रवाह 0.1 एससीएफएम से नीचे सीमित हो जाता है।दूसरे प्रतिबंध में यह वृद्धि छिद्र अवरोधक को पर्याप्त प्रवाह प्रदान करती है जिससे अंतराल में औसत दबाव 40 पीएसआई तक बढ़ सकता है और बढ़े हुए भार का समर्थन कर सकता है।

यह एक समन्वय मापने वाली मशीन (सीएमएम) में पाए जाने वाले विशिष्ट छिद्र वायु असर का एक कटा हुआ पार्श्व दृश्य है।यदि एक वायवीय प्रणाली को "क्षतिपूर्ति बेयरिंग" माना जाना है तो उसे बेयरिंग गैप प्रतिबंध के अपस्ट्रीम पर प्रतिबंध लगाने की आवश्यकता है।
छिद्र बनाम झरझरा मुआवजा
छिद्र मुआवजा मुआवजे का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला रूप है। एक विशिष्ट छिद्र में छेद का व्यास .010 इंच हो सकता है, लेकिन चूंकि यह कुछ वर्ग इंच क्षेत्र को खिला रहा है, इसलिए यह अपने से अधिक क्षेत्र के कई आदेशों को खिला रहा है, इसलिए वेग गैस की मात्रा अधिक हो सकती है.अक्सर, छिद्र के आकार के क्षरण से बचने के लिए छिद्रों को माणिक या नीलमणि से सटीक रूप से काटा जाता है और इसलिए बीयरिंग के प्रदर्शन में परिवर्तन होता है।एक और मुद्दा यह है कि 0.0002 इंच से नीचे के अंतराल पर, छिद्र के आसपास का क्षेत्र चेहरे के बाकी हिस्सों में प्रवाह को अवरुद्ध करना शुरू कर देता है, जिस बिंदु पर गैस फिल्म का पतन होता है। लिफ्ट बंद होने पर भी ऐसा ही होता है, केवल सतह के क्षेत्र के रूप में। लिफ्ट शुरू करने के लिए छिद्र और कोई भी खांचे उपलब्ध हैं।यह मुख्य कारणों में से एक है कि सील योजनाओं में बाहरी दबाव वाले बीयरिंग नहीं देखे जाते हैं।

झरझरा क्षतिपूर्ति बेयरिंग के मामले में ऐसा नहीं है, बल्कि कठोरता बनी रहती है
जैसे-जैसे लोड बढ़ता है और अंतर कम होता है, वैसे-वैसे डीजीएस (छवि 1) और के मामले में वृद्धि होती है
हाइड्रोडायनामिक तेल बीयरिंग।बाहरी दबाव वाले झरझरा बियरिंग्स के मामले में, बियरिंग एक संतुलित बल मोड में होगी जब इनपुट दबाव का क्षेत्र बियरिंग पर कुल भार के बराबर होता है।यह एक दिलचस्प जनजातीय मामला है क्योंकि इसमें शून्य लिफ्ट या वायु अंतराल है।शून्य प्रवाह होगा, लेकिन असर के चेहरे के नीचे काउंटर सतह के खिलाफ हवा के दबाव का हाइड्रोस्टेटिक बल अभी भी कुल भार को कम करता है और परिणामस्वरूप घर्षण का लगभग शून्य गुणांक होता है - भले ही चेहरे अभी भी संपर्क में हों।

उदाहरण के लिए, यदि ग्रेफाइट सील फेस का क्षेत्रफल 10 वर्ग इंच और समापन बल 1,000 पाउंड है और ग्रेफाइट का घर्षण गुणांक 0.1 है, तो इसे गति शुरू करने के लिए 100 पाउंड बल की आवश्यकता होगी।लेकिन 100 पीएसआई के बाहरी दबाव स्रोत को छिद्रपूर्ण ग्रेफाइट के माध्यम से इसके चेहरे पर पोर्ट किए जाने पर, गति शुरू करने के लिए अनिवार्य रूप से शून्य बल की आवश्यकता होगी।यह इस तथ्य के बावजूद है कि अभी भी 1,000 पाउंड का समापन बल दोनों चेहरों को एक साथ निचोड़ रहा है और चेहरे शारीरिक संपर्क में हैं।

सादे बियरिंग सामग्रियों का एक वर्ग जैसे: ग्रेफाइट, कार्बन और सिरेमिक जैसे एल्यूमिना और सिलिकॉन-कार्बाइड जो टर्बो उद्योगों के लिए जाने जाते हैं और स्वाभाविक रूप से छिद्रपूर्ण होते हैं इसलिए उन्हें बाहरी दबाव वाले बियरिंग्स के रूप में उपयोग किया जा सकता है जो गैर-संपर्क द्रव फिल्म बियरिंग्स हैं।एक हाइब्रिड फ़ंक्शन है जहां बाहरी दबाव का उपयोग संपर्क दबाव या ट्राइबोलॉजी से सील के समापन बल को कम करने के लिए किया जाता है जो संपर्क सील चेहरों में चल रहा है।यह पंप ऑपरेटर को यांत्रिक सील का उपयोग करते समय समस्या अनुप्रयोगों और उच्च गति संचालन से निपटने के लिए पंप के बाहर कुछ समायोजित करने की अनुमति देता है।

यह सिद्धांत ब्रश, कम्यूटेटर, एक्साइटर या किसी भी संपर्क कंडक्टर पर भी लागू होता है जिसका उपयोग घूमने वाली वस्तुओं पर डेटा या विद्युत धारा लेने के लिए किया जा सकता है।जैसे-जैसे रोटर तेजी से घूमते हैं और रन आउट बढ़ते हैं, इन उपकरणों को शाफ्ट के संपर्क में रखना मुश्किल हो सकता है, और उन्हें शाफ्ट के खिलाफ रखने वाले स्प्रिंग दबाव को बढ़ाना अक्सर आवश्यक होता है।दुर्भाग्य से, विशेष रूप से उच्च गति संचालन के मामले में, संपर्क बल में इस वृद्धि के परिणामस्वरूप अधिक गर्मी और टूट-फूट भी होती है।ऊपर वर्णित यांत्रिक सील चेहरों पर लागू समान हाइब्रिड सिद्धांत को यहां भी लागू किया जा सकता है, जहां स्थिर और घूर्णन भागों के बीच विद्युत चालकता के लिए भौतिक संपर्क की आवश्यकता होती है।गतिशील इंटरफ़ेस पर घर्षण को कम करने के लिए बाहरी दबाव का उपयोग हाइड्रोलिक सिलेंडर के दबाव की तरह किया जा सकता है, जबकि ब्रश या सील चेहरे को घूर्णन शाफ्ट के संपर्क में रखने के लिए आवश्यक स्प्रिंग बल या समापन बल को बढ़ाया जा सकता है।