Sūkņi ir vieni no lielākajiem mehānisko blīvējumu lietotājiem. Kā norāda nosaukums, mehāniskie blīvējumi ir kontakta tipa blīvējumi, kas atšķiras no aerodinamiskajiem vai labirinta bezkontakta blīvējumiem.Mehāniskie blīvējumiraksturo arī kā līdzsvarotu mehānisko blīvējumu vainesabalansēts mehāniskais blīvējumsTas attiecas uz to, cik procentu no procesa spiediena, ja tāds vispār ir, var nonākt aiz stacionārās blīvējuma virsmas. Ja blīvējuma virsma netiek piespiesta rotējošajai virsmai (kā stūmēja tipa blīvējumā) vai ja procesa šķidrums ar spiedienu, kas ir jānoblīvē, nevar nokļūt aiz blīvējuma virsmas, procesa spiediens atgrūstu blīvējuma virsmu un atvērtos. Blīvējuma projektētājam ir jāņem vērā visi ekspluatācijas apstākļi, lai projektētu blīvējumu ar nepieciešamo aizvēršanās spēku, bet ne tik lielu spēku, lai ierīces slodze uz dinamisko blīvējuma virsmu radītu pārāk lielu siltumu un nodilumu. Tas ir delikāts līdzsvars, kas nodrošina vai sabojā sūkņa uzticamību.
dinamiskās blīvējuma virsmas, nodrošinot atvēršanas spēku, nevis tradicionālo veidu
līdzsvarojot aizvēršanas spēku, kā aprakstīts iepriekš. Tas neizslēdz nepieciešamo aizvēršanas spēku, bet dod sūkņa projektētājam un lietotājam vēl vienu grozāmu pogu, ļaujot atbrīvot blīvējuma virsmas no svara vai atslogot tās, vienlaikus saglabājot nepieciešamo aizvēršanas spēku, tādējādi samazinot siltumu un nodilumu, vienlaikus paplašinot iespējamos darbības apstākļus.
Sausās gāzes blīves (DGS), ko bieži izmanto kompresoros, nodrošina atvēršanas spēku blīvējuma virsmās. Šo spēku rada aerodinamiskais gultņa princips, kur smalkas sūknēšanas rievas palīdz veicināt gāzes pārvietošanos no blīvējuma augstspiediena procesa puses spraugā un pāri blīvējuma virsmai kā bezkontakta šķidruma plēves gultnis.
Sausas gāzes blīvējuma virsmas aerodinamiskais gultņa atvēršanas spēks. Līnijas slīpums raksturo stingrību pie spraugas. Ņemiet vērā, ka sprauga ir mikronos.
Tā pati parādība rodas hidrodinamiskajos eļļas gultņos, kas atbalsta lielāko daļu lielo centrbēdzes kompresoru un sūkņu rotoru, un to var redzēt Bentlija attēlotajās rotoru dinamiskās ekscentricitātes diagrammās. Šis efekts nodrošina stabilu atpakaļgaitas apturēšanu un ir svarīgs elements hidrodinamisko eļļas gultņu un DGS panākumos. Mehāniskajiem blīvējumiem nav smalku sūknēšanas rievu, kādas varētu būt aerodinamiskajā DGS virsmā. Varētu būt veids, kā izmantot ārēji spiedienam pakļautu gāzes gultņu principus, lai atslogotu aizvēršanas spēku no...mehāniskā blīvējuma virsmas.
Šķidruma plēves gultņa parametru kvalitatīvie grafiki atkarībā no gultņa kakliņa ekscentricitātes attiecības. Stingrība, K, un slāpēšana, D, ir minimālas, kad gultņa kakliņš atrodas gultņa centrā. Kad gultņa kakliņš tuvojas gultņa virsmai, stingrība un slāpēšana ievērojami palielinās.
Ārēji spiedienam pakļautie aerostatiskie gāzes gultņi izmanto spiediena gāzes avotu, savukārt dinamiskie gultņi izmanto relatīvo kustību starp virsmām, lai radītu spraugas spiedienu. Ārēji spiediena tehnoloģijai ir vismaz divas būtiskas priekšrocības. Pirmkārt, spiediena gāzi var iesmidzināt tieši starp blīvējuma virsmām kontrolētā veidā, nevis veicināt gāzes iekļūšanu blīvējuma spraugā ar seklām sūknēšanas rievām, kurām nepieciešama kustība. Tas ļauj atdalīt blīvējuma virsmas pirms rotācijas sākuma. Pat ja virsmas ir saspiestas kopā, tās atvērsies, lai sāktu un apstātos bez berzes, kad spiediens tiek iesmidzināts tieši starp tām. Turklāt, ja blīvējums ir karsts, ar ārēju spiedienu ir iespējams palielināt spiedienu uz blīvējuma virsmu. Tad sprauga palielināsies proporcionāli spiedienam, bet bīdes radītais siltums samazināsies uz spraugas kubisko funkciju. Tas dod operatoram jaunu iespēju izmantot līdzekļus, lai novērstu siltuma veidošanos.
Kompresoriem ir vēl viena priekšrocība – atšķirībā no DGS nav plūsmas pāri virsmai. Tā vietā visaugstākais spiediens ir starp blīvējuma virsmām, un ārējais spiediens ieplūdīs atmosfērā vai izplūdīs vienā pusē un kompresorā no otras puses. Tas palielina uzticamību, neļaujot procesam iekļūt spraugā. Sūkņos tas var nebūt priekšrocība, jo var būt nevēlami ievadīt saspiežamu gāzi sūknī. Saspiežamas gāzes sūkņu iekšpusē var izraisīt kavitāciju vai gaisa triecienus. Tomēr būtu interesanti ieviest bezkontakta vai berzes blīvējumu sūkņiem, kam nebūtu gāzes plūsmas trūkuma sūkņa procesā. Vai būtu iespējams izveidot ārēji spiedienam pakļautu gāzes gultni ar nulles plūsmu?
Kompensācija
Visiem ārēji spiedienam pakļautajiem gultņiem ir sava veida kompensācija. Kompensācija ir ierobežojuma veids, kas aiztur spiedienu rezervē. Visizplatītākais kompensācijas veids ir atveru izmantošana, taču pastāv arī rievu, pakāpienu un porainas kompensācijas metodes. Kompensācija ļauj gultņiem vai blīvējuma virsmām atrasties tuvu viena otrai, nepieskaroties, jo, jo tuvāk tās atrodas, jo augstāks kļūst gāzes spiediens starp tām, atgrūžot virsmas.
Piemēram, zem plakanas atveres kompensēta gāzes gultņa (3. attēls) vidējais
Spiediens spraugā būs vienāds ar kopējo slodzi uz gultni, dalītu ar virsmas laukumu, tā ir vienības slodze. Ja šī avota gāzes spiediens ir 60 mārciņas uz kvadrātcollu (psi) un virsmas laukums ir 10 kvadrātcollas, un slodze ir 300 mārciņas, gultņa spraugā vidēji būs 30 psi. Parasti sprauga būtu aptuveni 0,0003 collas, un, tā kā sprauga ir tik maza, plūsma būtu tikai aptuveni 0,2 standarta kubikpēdas minūtē (scfm). Tā kā tieši pirms spraugas ir atveres ierobežotājs, kas aiztur spiedienu rezervē, ja slodze palielinās līdz 400 mārciņām, gultņa sprauga samazinās līdz aptuveni 0,0002 collām, ierobežojot plūsmu caur spraugu par 0,1 scfm. Šis otrā ierobežojuma palielinājums nodrošina atveres ierobežotājam pietiekamu plūsmu, lai vidējais spiediens spraugā varētu palielināties līdz 40 psi un atbalstīt palielināto slodzi.
Šis ir tipiska atveres gaisa gultņa, kas atrodams koordinātu mērīšanas iekārtā (CMM), šķērsgriezuma sānskats. Lai pneimatisko sistēmu varētu uzskatīt par "kompensētu gultni", tai ir jābūt ierobežojumam augšpus gultņa spraugas ierobežojuma.
Atveres un porainas kompensācijas atšķirība
Atveres kompensācija ir visplašāk izmantotais kompensācijas veids. Tipiskas atveres diametrs var būt 0,010 collas, bet, tā kā tā padod gāzi dažu kvadrātcollu platībā, tā padod gāzi par vairākām lieluma kārtām lielākā platībā nekā pati gultņa, tāpēc gāzes ātrums var būt liels. Bieži vien atveres tiek precīzi izgrieztas no rubīniem vai safīriem, lai izvairītos no atveres izmēra erozijas un līdz ar to izmaiņām gultņa darbībā. Vēl viena problēma ir tā, ka spraugās, kas ir mazākas par 0,0002 collām, laukums ap atveri sāk aizsprostot plūsmu uz pārējo virsmu, un šajā brīdī notiek gāzes plēves sabrukšana. Tas pats notiek pacelšanas laikā, jo pacelšanas uzsākšanai ir pieejama tikai atveres laukums un visas rievas. Tas ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc ārēji spiedienam pakļauti gultņi nav redzami blīvējuma plānos.
Tas neattiecas uz poraino kompensēto gultni, tā vietā stingrība turpina pieaugt.
palielinās, palielinoties slodzei un samazinoties spraugai, tāpat kā DGS gadījumā (1. attēls) un
Hidrodinamiskie eļļas gultņi. Ārēji spiedienam pakļautu porainu gultņu gadījumā gultnis atradīsies līdzsvarota spēka režīmā, kad ieejas spiediena un laukuma reizinājums būs vienāds ar kopējo slodzi uz gultni. Šis ir interesants triboloģisks gadījums, jo nav ne cēlējspēka, ne gaisa spraugas. Plūsma būs nulle, bet gaisa spiediena hidrostatiskais spēks pret pretvirsmu zem gultņa virsmas joprojām atsver kopējo slodzi un rada gandrīz nulles berzes koeficientu, pat ja virsmas joprojām saskaras.
Piemēram, ja grafīta blīvējuma virsmas laukums ir 10 kvadrātcollas un aizvēršanās spēks ir 1000 mārciņu, un grafīta berzes koeficients ir 0,1, kustības uzsākšanai būtu nepieciešams 100 mārciņu spēks. Bet ar ārēju spiediena avotu 100 psi, kas tiek pārvietots caur poraino grafītu uz tā virsmu, kustības uzsākšanai praktiski nebūtu nepieciešams spēks. Tas ir neskatoties uz to, ka joprojām pastāv 1000 mārciņu aizvēršanās spēks, kas saspiež abas virsmas kopā, un ka virsmas ir fiziskā saskarē.
Slīdgultņu materiālu klase, piemēram: grafīts, ogles un keramika, piemēram, alumīnija oksīds un silīcija karbīdi, kas ir zināmi turbokompresoru nozarēs un ir dabiski poraini, tāpēc tos var izmantot kā ārēji spiedienam pakļautus gultņus, kas ir nesaskaroši šķidruma plēves gultņi. Pastāv hibrīda funkcija, kurā ārējais spiediens tiek izmantots, lai mazinātu kontakta spiediena vai blīvējuma aizvēršanās spēka svaru no triboloģijas, kas notiek saskares blīvējuma virsmās. Tas ļauj sūkņa operatoram veikt regulējumus ārpus sūkņa, lai risinātu problēmu pielietojumus un darbotos ar lielāku ātrumu, izmantojot mehāniskos blīvējumus.
Šis princips attiecas arī uz sukām, komutatoriem, ierosinātājiem vai jebkuru kontakta vadītāju, ko var izmantot datu vai elektriskās strāvas novadīšanai uz rotējošiem objektiem vai no tiem. Tā kā rotori griežas ātrāk un to izsitiens palielinās, var būt grūti noturēt šīs ierīces saskarē ar vārpstu, un bieži vien ir jāpalielina atsperes spiediens, kas tās tur pret vārpstu. Diemžēl, īpaši ātrgaitas darbības gadījumā, šis kontakta spēka palielinājums rada arī lielāku siltumu un nodilumu. To pašu hibrīda principu, kas tiek piemērots iepriekš aprakstītajām mehāniskajām blīvējuma virsmām, var piemērot arī šeit, kur ir nepieciešams fizisks kontakts, lai nodrošinātu elektrovadītspēju starp nekustīgajām un rotējošajām daļām. Ārējo spiedienu var izmantot tāpat kā hidrauliskā cilindra spiedienu, lai samazinātu berzi dinamiskajā saskarnē, vienlaikus palielinot atsperes spēku vai aizvēršanās spēku, kas nepieciešams, lai suka vai blīvējuma virsma noturētu saskarē ar rotējošo vārpstu.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 21. oktobris