Pompa merupakan salah satu pengguna terbesar segel mekanis. Sesuai namanya, segel mekanis adalah segel tipe kontak, yang dibedakan dari segel aerodinamis atau segel labirin non-kontak.Segel mekanisjuga dicirikan sebagai segel mekanis seimbang atausegel mekanis tidak seimbangIni mengacu pada persentase tekanan proses, jika ada, yang dapat mengalir di belakang permukaan segel stasioner. Jika permukaan segel tidak ditekan ke permukaan yang berputar (seperti pada segel tipe pendorong) atau fluida proses pada tekanan yang perlu disegel tidak diizinkan untuk masuk ke belakang permukaan segel, tekanan proses akan mendorong permukaan segel kembali dan terbuka. Perancang segel perlu mempertimbangkan semua kondisi operasi untuk merancang segel dengan gaya penutup yang dibutuhkan tetapi tidak terlalu besar sehingga beban unit pada permukaan segel dinamis menciptakan terlalu banyak panas dan keausan. Ini adalah keseimbangan yang rumit yang menentukan keandalan pompa.
Segel dinamis tersebut memungkinkan adanya gaya pembuka, bukan dengan cara konvensional.
Menyeimbangkan gaya penutup, seperti yang dijelaskan di atas. Hal ini tidak menghilangkan gaya penutup yang dibutuhkan, tetapi memberi perancang dan pengguna pompa pilihan lain dengan memungkinkan pengurangan beban pada permukaan segel, sambil mempertahankan gaya penutup yang dibutuhkan, sehingga mengurangi panas dan keausan sekaligus memperluas kemungkinan kondisi pengoperasian.
Segel Gas Kering (DGS)Sering digunakan pada kompresor, bantalan ini memberikan gaya pembuka pada permukaan segel. Gaya ini diciptakan oleh prinsip bantalan aerodinamis, di mana alur pemompaan halus membantu mendorong gas dari sisi proses bertekanan tinggi pada segel, masuk ke celah dan melintasi permukaan segel sebagai bantalan film fluida non-kontak.
Gaya bukaan bantalan aerodinamis pada permukaan segel gas kering. Kemiringan garis tersebut mewakili kekakuan pada celah. Perhatikan bahwa celah tersebut dalam mikron.
Fenomena yang sama terjadi pada bantalan oli hidrodinamik yang menopang sebagian besar kompresor sentrifugal besar dan rotor pompa, dan terlihat pada plot eksentrisitas rotor dinamis yang ditunjukkan oleh Bently. Efek ini memberikan penahan belakang yang stabil dan merupakan elemen penting dalam keberhasilan bantalan oli hidrodinamik dan DGS. Segel mekanis tidak memiliki alur pemompaan halus yang mungkin ditemukan pada permukaan DGS aerodinamis. Mungkin ada cara untuk menggunakan prinsip bantalan gas bertekanan eksternal untuk mengurangi beban gaya penutup daripermukaan segel mekaniss.
Grafik kualitatif parameter bantalan film fluida terhadap rasio eksentrisitas jurnal. Kekakuan, K, dan redaman, D, minimum ketika jurnal berada di tengah bantalan. Saat jurnal mendekati permukaan bantalan, kekakuan dan redaman meningkat secara dramatis.
Bantalan gas aerostatik bertekanan eksternal menggunakan sumber gas bertekanan, sedangkan bantalan dinamis menggunakan gerakan relatif antara permukaan untuk menghasilkan tekanan celah. Teknologi bertekanan eksternal memiliki setidaknya dua keunggulan mendasar. Pertama, gas bertekanan dapat disuntikkan langsung di antara permukaan segel secara terkontrol, bukan dengan mendorong gas ke dalam celah segel menggunakan alur pemompaan dangkal yang membutuhkan gerakan. Hal ini memungkinkan pemisahan permukaan segel sebelum rotasi dimulai. Bahkan jika permukaannya saling menekan, permukaan tersebut akan terbuka untuk memulai dan menghentikan tanpa gesekan ketika tekanan disuntikkan langsung di antara keduanya. Selain itu, jika segel panas, dengan tekanan eksternal dimungkinkan untuk meningkatkan tekanan ke permukaan segel. Celah kemudian akan meningkat secara proporsional dengan tekanan, tetapi panas dari geser akan jatuh pada fungsi kubik dari celah. Ini memberi operator kemampuan baru untuk memanfaatkan panas yang dihasilkan.
Ada keuntungan lain pada kompresor yaitu tidak ada aliran yang melintasi permukaan seperti pada DGS. Sebaliknya, tekanan tertinggi berada di antara permukaan segel, dan tekanan eksternal akan mengalir ke atmosfer atau keluar ke satu sisi dan masuk ke kompresor dari sisi lainnya. Ini meningkatkan keandalan dengan menjaga proses tetap berada di luar celah. Pada pompa, ini mungkin bukan keuntungan karena memaksa gas yang dapat dikompresi masuk ke dalam pompa dapat menjadi hal yang tidak diinginkan. Gas yang dapat dikompresi di dalam pompa dapat menyebabkan kavitasi atau masalah air hammer. Namun, akan menarik untuk memiliki segel tanpa kontak atau tanpa gesekan untuk pompa tanpa kerugian aliran gas ke dalam proses pemompaan. Mungkinkah memiliki bantalan gas bertekanan eksternal dengan aliran nol?
Kompensasi
Semua bantalan bertekanan eksternal memiliki semacam kompensasi. Kompensasi adalah bentuk pembatasan yang menahan tekanan sebagai cadangan. Bentuk kompensasi yang paling umum adalah penggunaan lubang, tetapi ada juga teknik kompensasi berupa alur, tangga, dan pori-pori. Kompensasi memungkinkan bantalan atau permukaan segel untuk berjalan berdekatan tanpa bersentuhan, karena semakin dekat jaraknya, semakin tinggi tekanan gas di antara keduanya, sehingga mendorong permukaan tersebut saling menjauh.
Sebagai contoh, pada bantalan gas kompensasi lubang datar (Gambar 3), rata-rata
Tekanan di celah akan sama dengan total beban pada bantalan dibagi dengan luas permukaan, ini disebut beban satuan. Jika tekanan gas sumber ini adalah 60 pound per inci persegi (psi) dan permukaan memiliki luas 10 inci persegi dan terdapat beban 300 pound, maka akan ada tekanan rata-rata 30 psi di celah bantalan. Biasanya, celah tersebut sekitar 0,0003 inci, dan karena celahnya sangat kecil, alirannya hanya sekitar 0,2 kaki kubik standar per menit (scfm). Karena ada pembatas lubang tepat sebelum celah yang menahan tekanan sebagai cadangan, jika beban meningkat menjadi 400 pound, celah bantalan berkurang menjadi sekitar 0,0002 inci, membatasi aliran melalui celah hingga 0,1 scfm. Peningkatan pembatasan kedua ini memberi pembatas lubang aliran yang cukup untuk memungkinkan tekanan rata-rata di celah meningkat menjadi 40 psi dan menopang beban yang meningkat.
Ini adalah tampilan samping potongan melintang dari bantalan udara lubang tipikal yang ditemukan pada mesin pengukur koordinat (CMM). Jika sistem pneumatik dianggap sebagai "bantalan terkompensasi", maka sistem tersebut harus memiliki pembatas di bagian hulu dari pembatas celah bantalan.
Orifice vs. Kompensasi Berpori
Kompensasi lubang (orifice compensation) adalah bentuk kompensasi yang paling banyak digunakan. Lubang tipikal mungkin memiliki diameter lubang 0,010 inci, tetapi karena lubang tersebut mengalirkan gas ke area seluas beberapa inci persegi, maka luas area yang dialirkan jauh lebih besar daripada luas lubang itu sendiri, sehingga kecepatan gas bisa tinggi. Seringkali, lubang dipotong secara presisi dari rubi atau safir untuk menghindari erosi ukuran lubang dan perubahan kinerja bantalan. Masalah lain adalah bahwa pada celah di bawah 0,0002 inci, area di sekitar lubang mulai menghambat aliran ke bagian permukaan lainnya, yang menyebabkan runtuhnya lapisan gas. Hal yang sama terjadi saat pengangkatan, karena hanya area lubang dan alur yang tersedia untuk memulai pengangkatan. Ini adalah salah satu alasan utama mengapa bantalan bertekanan eksternal tidak banyak digunakan dalam desain seal.
Hal ini tidak berlaku untuk bantalan kompensasi berpori, sebaliknya kekakuannya tetap berlanjut.
meningkat seiring dengan peningkatan beban dan pengurangan celah, seperti halnya pada DGS (Gambar 1) dan
Bantalan oli hidrodinamik. Dalam kasus bantalan berpori bertekanan eksternal, bantalan akan berada dalam mode gaya seimbang ketika tekanan masukan dikalikan luas penampang sama dengan beban total pada bantalan. Ini adalah kasus tribologi yang menarik karena tidak ada gaya angkat atau celah udara. Tidak akan ada aliran, tetapi gaya hidrostatik dari tekanan udara terhadap permukaan lawan di bawah permukaan bantalan masih mengurangi beban total dan menghasilkan koefisien gesekan yang mendekati nol—meskipun permukaan masih bersentuhan.
Sebagai contoh, jika permukaan segel grafit memiliki luas 10 inci persegi dan gaya penutup 1.000 pon, serta grafit tersebut memiliki koefisien gesekan 0,1, maka dibutuhkan gaya 100 pon untuk memulai pergerakan. Namun, dengan sumber tekanan eksternal 100 psi yang dialirkan melalui grafit berpori ke permukaannya, pada dasarnya tidak diperlukan gaya untuk memulai pergerakan. Hal ini terlepas dari kenyataan bahwa masih ada gaya penutup 1.000 pon yang menekan kedua permukaan tersebut dan bahwa permukaan tersebut bersentuhan secara fisik.
Kelas material bantalan polos seperti: grafit, karbon, dan keramik seperti alumina dan silikon karbida yang dikenal di industri turbo dan secara alami berpori sehingga dapat digunakan sebagai bantalan bertekanan eksternal yang merupakan bantalan film fluida non-kontak. Terdapat fungsi hibrida di mana tekanan eksternal digunakan untuk mengurangi tekanan kontak atau gaya penutup segel dari tribologi yang terjadi pada permukaan segel yang bersentuhan. Hal ini memungkinkan operator pompa untuk melakukan penyesuaian di luar pompa untuk mengatasi aplikasi bermasalah dan operasi kecepatan tinggi saat menggunakan segel mekanis.
Prinsip ini juga berlaku untuk sikat, komutator, eksitator, atau konduktor kontak apa pun yang dapat digunakan untuk mengambil data atau arus listrik pada atau dari objek yang berputar. Saat rotor berputar lebih cepat dan keausan meningkat, akan sulit untuk menjaga agar perangkat ini tetap bersentuhan dengan poros, dan seringkali perlu untuk meningkatkan tekanan pegas yang menahannya pada poros. Sayangnya, terutama dalam kasus operasi kecepatan tinggi, peningkatan gaya kontak ini juga mengakibatkan lebih banyak panas dan keausan. Prinsip hibrida yang sama yang diterapkan pada permukaan segel mekanis yang dijelaskan di atas juga dapat diterapkan di sini, di mana kontak fisik diperlukan untuk konduktivitas listrik antara bagian stasioner dan berputar. Tekanan eksternal dapat digunakan seperti tekanan dari silinder hidrolik untuk mengurangi gesekan pada antarmuka dinamis sambil tetap meningkatkan gaya pegas atau gaya penutup yang diperlukan untuk menjaga agar sikat atau permukaan segel tetap bersentuhan dengan poros yang berputar.
Waktu posting: 21 Oktober 2023