Pumpiloj estas unu el la plej grandaj uzantoj de mekanikaj sigeloj. Kiel la nomo sugestas, mekanikaj sigeloj estas kontaktaj sigeloj, diferencigitaj de aerdinamikaj aŭ labirintaj nekontaktaj sigeloj.Mekanikaj sigelojestas ankaŭ karakterizitaj kiel ekvilibraj mekanikaj sigeloj aŭmalbalancita mekanika sigelo. Ĉi tio rilatas al kiom da procento de, se entute, proceza premo povas reveni malantaŭ la senmovan sigelfacon. Se la sigelfaco ne estas puŝita kontraŭ la turniĝantan facon (kiel en puŝ-tipa sigelo) aŭ proceza fluido je la premo, kiun oni devas sigeli, ne estas permesita eniri malantaŭ la sigelfacon, la proceza premo blovus la sigelfacon malantaŭen kaj malfermiĝus. La sigeldizajnisto devas konsideri ĉiujn funkciajn kondiĉojn por desegni sigelon kun la bezonata ferma forto, sed ne tiom da forto, ke la unuoŝarĝo ĉe la dinamika sigelfaco kreas tro multe da varmo kaj eluziĝo. Ĉi tio estas delikata ekvilibro, kiu faras aŭ rompas la fidindecon de la pumpilo.
la dinamikajn sigelitajn surfacojn ebligante malferman forton anstataŭ la konvencian manieron de
balancante la fermforton, kiel priskribite supre. Ĝi ne forigas la bezonatan fermforton sed donas al la pumpilprojektisto kaj uzanto alian turnilon permesante malpezigon aŭ malŝarĝon de la sigelsurfacoj, samtempe konservante la bezonatan fermforton, tiel reduktante varmon kaj eluziĝon samtempe plilarĝigante la eblajn funkciajn kondiĉojn.
Sekaj Gasaj Sigeloj (DGS), ofte uzataj en kompresoroj, provizas malferman forton ĉe la sigelsurfacoj. Ĉi tiu forto estas kreita per aerdinamika biradprincipo, kie fajnaj pumpadkaneloj helpas instigi gason de la altprema procezflanko de la sigelo, en la interspacon kaj trans la surfacon de la sigelo kiel nekontakta fluida filmlagro.
La aerdinamika lagro-malferma forto de seka gasa sigelsurfaco. La deklivo de la linio reprezentas la rigidecon ĉe interspaco. Notu, ke la interspaco estas en mikrometroj.
La sama fenomeno okazas en la hidrodinamikaj oleolagroj, kiuj subtenas la plej multajn grandajn centrifugajn kompresorojn kaj pumpilrotorojn, kaj videblas en la grafikaĵoj de rotora dinamika ekscentreco montritaj de Bently. Ĉi tiu efiko provizas stabilan malantaŭan haltigilon kaj estas grava elemento en la sukceso de hidrodinamikaj oleolagroj kaj DGS. Mekanikaj sigeloj ne havas la fajnajn pumpajn kanelojn, kiuj eble troviĝas en aerdinamika DGS-faco. Eble ekzistas maniero uzi la principojn de ekstere premizitaj gaslagroj por malpezigi la ferman forton de la...mekanika sigelsurfacos.
Kvalitaj grafikaĵoj de fluid-filmaj biradparametroj kontraŭ la ekscentreco-proporcio de la ĵurnalo. Rigideco, K, kaj malseketigado, D, estas minimumaj kiam la ĵurnalo estas en la centro de la birado. Kiam la ĵurnalo alproksimiĝas al la biradsurfaco, rigideco kaj malseketigado draste pliiĝas.
Ekstere premizitaj aerostatikaj gasaj lagroj uzas fonton de premizita gaso, dum dinamikaj lagroj uzas la relativan moviĝon inter la surfacoj por generi interspacan premon. La ekstere premizita teknologio havas almenaŭ du fundamentajn avantaĝojn. Unue, la premizita gaso povas esti injektita rekte inter la sigelsurfacoj laŭ kontrolita maniero anstataŭ instigi la gason en la sigelinterspacon per malprofundaj pumpaj kaneloj, kiuj postulas moviĝon. Ĉi tio ebligas apartigi la sigelsurfacojn antaŭ ol rotacio komenciĝas. Eĉ se la surfacoj estas kunpremitaj, ili malfermiĝos por nul-froktaj komencoj kaj haltoj kiam premo estas injektita rekte inter ili. Krome, se la sigelo varmiĝas, eblas per ekstera premo pliigi la premon al la surfaco de la sigelo. La interspaco tiam pliiĝus proporcie kun la premo, sed la varmo de tondado falus sur kuban funkcion de la interspaco. Ĉi tio donas al la funkciigisto novan kapablon kontraŭbatali varmogeneradon.
Ekzistas alia avantaĝo ĉe kompresoroj, ke ne estas fluo trans la surfacon, kiel estas en DGS. Anstataŭe, la plej alta premo estas inter la sigelsurfacoj, kaj la ekstera premo fluos en la atmosferon aŭ eliros en unu flankon kaj en la kompresoron de la alia flanko. Ĉi tio pliigas fidindecon tenante la procezon for de la interspaco. Ĉe pumpiloj, ĉi tio eble ne estas avantaĝo, ĉar povas esti nedezirinde devigi kunpremeblan gason en pumpilon. Kunpremeblaj gasoj interne de pumpiloj povas kaŭzi problemojn de kavitacio aŭ aermartelo. Tamen, estus interese havi ne-kontaktan aŭ sen-frikcian sigelon por pumpiloj sen la malavantaĝo de gasfluo en la pumpprocezon. Ĉu eblus havi ekstere premizitan gaslagron kun nula fluo?
Kompenso
Ĉiuj ekstere premizitaj lagroj havas ian kompenson. Kompenso estas formo de restrikto, kiu retenas premon en rezervo. La plej ofta formo de kompenso estas la uzo de orificoj, sed ekzistas ankaŭ kanelaj, ŝtupaj kaj poraj kompensaj teknikoj. Kompenso ebligas al lagroj aŭ sigelsurfacoj kuri proksime unu al la alia sen tuŝi, ĉar ju pli proksime ili fariĝas, des pli alta fariĝas la gaspremo inter ili, forpuŝante la surfacojn dise.
Ekzemple, sub plata orifico-kompensita gaslagro (Bildo 3), la averaĝo
La premo en la interspaco egalos la totalan ŝarĝon sur la birado dividita per la surfaco, tio estas unuobla ŝarĝo. Se ĉi tiu fonta gaspremo estas 60 funtoj po kvadrata colo (psi) kaj la surfaco havas 10 kvadratajn colojn da areo kaj estas 300 funtoj da ŝarĝo, estos averaĝe 30 psi en la birada interspaco. Tipe, la interspaco estus ĉirkaŭ 0,0003 coloj, kaj ĉar la interspaco estas tiel malgranda, la fluo estus nur ĉirkaŭ 0,2 normaj kubaj futoj po minuto (scfm). Ĉar estas orifica limigilo ĝuste antaŭ la interspaco, kiu tenas la premon en rezervo, se la ŝarĝo pliiĝas al 400 funtoj, la birada interspaco reduktiĝas al ĉirkaŭ 0,0002 coloj, limigante fluon tra la interspaco je 0,1 scfm. Ĉi tiu pliiĝo en la dua limigo donas al la orifica limigilo sufiĉan fluon por permesi al la averaĝa premo en la interspaco pliiĝi al 40 psi kaj subteni la pliigitan ŝarĝon.
Jen eltranĉita flanka vido de tipa aerlagro kun orifico trovita en koordinata mezurmaŝino (CMM). Se pneŭmatika sistemo estas konsiderata "kompensita lagro", ĝi devas havi limigon antaŭ la limigo de la interspaco inter la lagroj.
Orifico kontraŭ Pora Kompenso
Orificiga kompenso estas la plej vaste uzata formo de kompenso. Tipa orificio povas havi truodiametron de 0,010 coloj, sed ĉar ĝi provizas kelkajn kvadratajn colojn da areo, ĝi provizas plurajn grandordojn pli da areo ol si mem, do la rapido de la gaso povas esti alta. Ofte, orificioj estas precize tranĉitaj el rubenoj aŭ safiroj por eviti erozion de la orificia grandeco kaj tiel ŝanĝojn en la funkciado de la lagro. Alia problemo estas, ke ĉe interspacoj sub 0,0002 coloj, la areo ĉirkaŭ la orificio komencas sufoki la fluon al la resto de la surfaco, ĉe kiu punkto okazas kolapso de la gasa filmo. La samo okazas ĉe leviĝo, ĉar nur la areo de la orificio kaj iuj ajn kaneloj estas haveblaj por iniciati leviĝon. Ĉi tio estas unu el la ĉefaj kialoj, kial ekstere premizitaj lagroj ne vidiĝas en sigelaj planoj.
Ĉi tio ne validas por la pora kompensita birado, anstataŭe la rigideco daŭre
pliiĝas kiam la ŝarĝo pliiĝas kaj la interspaco malpliiĝas, same kiel ĉe DGS (Bildo 1) kaj
hidrodinamikaj oleaj lagroj. En la kazo de ekstere premizitaj poraj lagroj, la lagro estos en ekvilibra forto-reĝimo kiam la enira premo multiplikita per la areo egalas la totalan ŝarĝon sur la lagro. Ĉi tio estas interesa tribologia kazo, ĉar estas nula levo aŭ aerinterspaco. Estos nula fluo, sed la hidrostatika forto de la aerpremo kontraŭ la kontraŭsurfaco sub la faco de la lagro ankoraŭ malpezigas la totalan ŝarĝon kaj rezultas en preskaŭ nula frikciokoeficiento - eĉ se la facoj ankoraŭ estas en kontakto.
Ekzemple, se grafita sigelfaco havas areon de 10 kvadrataj coloj kaj 1,000 funtojn da ferma forto kaj la grafito havas frotkoeficienton de 0.1, ĝi bezonus 100 funtojn da forto por komenci moviĝon. Sed kun ekstera premfonto de 100 psio pasigita tra la pora grafito al ĝia faco, estus esence nula forto bezonata por komenci moviĝon. Ĉi tio estas malgraŭ la fakto, ke ankoraŭ estas 1,000 funtoj da ferma forto premanta la du facojn kune kaj ke la facoj estas en fizika kontakto.
Klaso de ebenaj lagromaterialoj kiel ekzemple: grafito, karbono kaj ceramikaĵo kiel alumino-tero kaj silicio-karbidoj, kiuj estas konataj al la turbindustrioj kaj estas nature poraj, do ili povas esti uzataj kiel ekstere premizitaj lagroj, kiuj estas ne-kontaktaj fluidaj filmlagroj. Ekzistas hibrida funkcio, kie ekstera premo estas uzata por malpezigi la kontaktan premon aŭ la ferman forton de la sigelo de la tribologio, kiu okazas en la kontaktaj sigelsurfacoj. Ĉi tio permesas al la pumpilfunkciigisto ion por alĝustigi ekster la pumpilo por trakti problemajn aplikojn kaj pli rapidajn operaciojn dum uzado de mekanikaj sigeloj.
Ĉi tiu principo ankaŭ validas por brosoj, kolektoroj, ekscitantoj, aŭ ajna kontaktokonduktilo, kiu povas esti uzata por preni datumojn aŭ elektrajn kurentojn sur aŭ de rotaciantaj objektoj. Ĉar rotoroj turniĝas pli rapide kaj la elĉerpiĝo pliiĝas, povas esti malfacile teni ĉi tiujn aparatojn en kontakto kun la ŝafto, kaj ofte necesas pliigi la risortpremon, kiu tenas ilin kontraŭ la ŝafto. Bedaŭrinde, precipe en kazo de altrapida funkciado, ĉi tiu pliiĝo de kontakta forto ankaŭ rezultas en pli da varmo kaj eluziĝo. La sama hibrida principo aplikita al mekanikaj sigelsurfacoj priskribitaj supre ankaŭ povas esti aplikata ĉi tie, kie fizika kontakto estas necesa por elektra konduktiveco inter la senmovaj kaj rotaciantaj partoj. La ekstera premo povas esti uzata kiel la premo de hidraŭlika cilindro por redukti la frotadon ĉe la dinamika interfaco, samtempe pliigante la risortforton aŭ fermforton bezonatan por teni la broson aŭ sigelsurfacon en kontakto kun la rotacianta ŝafto.
Afiŝtempo: 21-a de oktobro 2023