Pompa merupakan salah satu pengguna terbesar segel mekanis. Sesuai namanya, segel mekanis merupakan segel tipe kontak, yang dibedakan dari segel nonkontak aerodinamis atau labirin.Segel mekanisjuga dicirikan sebagai segel mekanis seimbang atausegel mekanis tidak seimbang. Ini merujuk pada persentase tekanan proses, jika ada, yang dapat muncul di balik permukaan segel yang diam. Jika permukaan segel tidak didorong ke permukaan yang berputar (seperti pada segel tipe pendorong) atau cairan proses pada tekanan yang perlu disegel tidak dibiarkan masuk ke balik permukaan segel, tekanan proses akan meniup permukaan segel ke belakang dan membuka. Perancang segel perlu mempertimbangkan semua kondisi pengoperasian untuk merancang segel dengan gaya penutupan yang diperlukan tetapi tidak terlalu kuat sehingga beban unit pada permukaan segel dinamis menciptakan terlalu banyak panas dan keausan. Ini adalah keseimbangan yang rumit yang menentukan keandalan pompa.
segel dinamis menghadap dengan memungkinkan gaya pembukaan daripada cara konvensional
menyeimbangkan gaya penutupan, seperti dijelaskan di atas. Hal ini tidak menghilangkan gaya penutupan yang dibutuhkan, tetapi memberi perancang dan pengguna pompa kenop lain untuk diputar dengan memungkinkan pelepasan atau pembongkaran permukaan segel, sambil mempertahankan gaya penutupan yang dibutuhkan, sehingga mengurangi panas dan keausan sekaligus memperluas kemungkinan kondisi pengoperasian.
Segel Gas Kering (DGS), yang sering digunakan dalam kompresor, memberikan gaya bukaan pada permukaan segel. Gaya ini dibuat oleh prinsip bantalan aerodinamis, di mana alur pemompaan halus membantu mendorong gas dari sisi proses bertekanan tinggi pada segel, ke dalam celah dan melintasi permukaan segel sebagai bantalan film fluida non-kontak.
Gaya bukaan bantalan aerodinamis pada permukaan segel gas kering. Kemiringan garis merupakan representasi kekakuan pada celah. Perhatikan bahwa celah dinyatakan dalam satuan mikron.
Fenomena yang sama terjadi pada bantalan oli hidrodinamik yang menopang sebagian besar kompresor sentrifugal besar dan rotor pompa dan terlihat pada plot eksentrisitas dinamis rotor 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 gaya penutupan daripermukaan segel mekaniss.
Plot kualitatif parameter bantalan film fluida versus rasio eksentrisitas jurnal. Kekakuan, K, dan redaman, D, minimum saat 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 keuntungan mendasar. Pertama, gas bertekanan dapat disuntikkan langsung di antara permukaan segel dengan cara yang terkendali daripada mendorong gas ke dalam celah segel dengan alur pemompaan dangkal yang memerlukan gerakan. Hal ini memungkinkan pemisahan permukaan segel sebelum rotasi dimulai. Bahkan jika permukaannya diremas bersama-sama, mereka akan terbuka untuk memulai tanpa gesekan dan berhenti ketika tekanan disuntikkan langsung di antara keduanya. Selain itu, jika segel menjadi panas, dimungkinkan dengan tekanan eksternal untuk meningkatkan tekanan ke permukaan segel. Celah kemudian akan meningkat secara proporsional dengan tekanan, tetapi panas dari geser akan jatuh pada fungsi kubus celah. Hal ini memberi operator kemampuan baru untuk memanfaatkan terhadap pembentukan panas.
Ada keuntungan lain dalam kompresor yaitu tidak ada aliran melintasi permukaan seperti yang ada di DGS. Sebaliknya, tekanan tertinggi berada di antara permukaan segel, dan tekanan eksternal akan mengalir ke atmosfer atau keluar ke satu sisi dan ke kompresor dari sisi lainnya. Ini meningkatkan keandalan dengan menjaga proses keluar dari celah. Pada pompa, ini mungkin bukan keuntungan karena tidak diinginkan untuk memaksa gas yang dapat dikompresi ke dalam pompa. Gas yang dapat dikompresi di dalam pompa dapat menyebabkan masalah kavitasi atau palu udara. Akan menarik, meskipun demikian, untuk memiliki segel yang tidak bersentuhan atau bebas gesekan untuk pompa tanpa kerugian aliran gas ke dalam proses pompa. Mungkinkah untuk 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 alur, langkah, dan berpori. Kompensasi memungkinkan bantalan atau permukaan segel untuk berjalan berdekatan tanpa bersentuhan, karena semakin dekat, semakin tinggi tekanan gas di antara keduanya, yang membuat permukaan saling menjauh.
Sebagai contoh, di bawah bantalan gas kompensasi lubang datar (Gambar 3), rata-rata
Tekanan di celah akan sama dengan beban total pada bantalan dibagi dengan luas permukaan, ini adalah pembebanan unit. Jika tekanan gas sumber ini adalah 60 pon per inci persegi (psi) dan permukaan memiliki luas 10 inci persegi dan ada beban 300 pon, akan ada rata-rata 30 psi di celah bantalan. Biasanya, celahnya 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 pon celah bantalan berkurang menjadi sekitar 0,0002 inci, membatasi aliran melalui celah turun 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 mendukung peningkatan beban.
Ini adalah tampilan samping potongan bantalan udara orifice yang umum ditemukan dalam mesin pengukur koordinat (CMM). Jika sistem pneumatik dianggap sebagai "bantalan kompensasi", maka sistem tersebut perlu memiliki pembatas di hulu pembatas celah bantalan.
Kompensasi Orifice vs. Porous
Kompensasi lubang adalah bentuk kompensasi yang paling banyak digunakan. Lubang yang umum mungkin memiliki diameter lubang 0,010 inci, tetapi karena ia memberi makan beberapa inci persegi area, ia memberi makan beberapa kali lipat lebih banyak area daripada dirinya sendiri, sehingga kecepatan gas bisa tinggi. Seringkali, lubang dipotong secara tepat dari batu rubi atau safir untuk menghindari erosi ukuran lubang dan perubahan dalam kinerja bantalan. Masalah lain adalah bahwa pada celah di bawah 0,0002 inci, area di sekitar lubang mulai mencekik aliran ke seluruh permukaan, di mana titik itu terjadi keruntuhan film gas. Hal yang sama terjadi pada lepas landas, karena hanya area lubang dan alur apa pun yang tersedia untuk memulai pengangkatan. Ini adalah salah satu alasan utama bantalan bertekanan eksternal tidak terlihat dalam rencana segel.
Hal ini tidak terjadi pada bantalan kompensasi berpori, sebaliknya kekakuannya terus
meningkat seiring dengan peningkatan beban dan celahnya berkurang, seperti halnya kasus DGS (Gambar 1) dan
bantalan minyak hidrodinamik. Dalam kasus bantalan berpori bertekanan eksternal, bantalan akan berada dalam mode gaya seimbang saat tekanan masukan dikalikan luas 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 tekanan udara terhadap permukaan lawan di bawah permukaan bantalan masih mengurangi beban total dan menghasilkan koefisien gesekan mendekati nol—meskipun permukaannya masih bersentuhan.
Misalnya, jika permukaan segel grafit memiliki luas 10 inci persegi dan gaya penutupan 1.000 pon dan grafit memiliki koefisien gesekan 0,1, maka diperlukan gaya 100 pon untuk memulai gerakan. Namun dengan sumber tekanan eksternal 100 psi yang disalurkan melalui grafit berpori ke permukaannya, pada dasarnya tidak diperlukan gaya untuk memulai gerakan. Ini terlepas dari kenyataan bahwa masih ada gaya penutupan 1.000 pon yang menekan kedua permukaan tersebut dan bahwa permukaan tersebut bersentuhan secara fisik.
Sekelas material bantalan polos seperti: grafit, karbon, dan keramik seperti alumina dan silikon karbida yang dikenal dalam industri turbo dan secara alami berpori sehingga dapat digunakan sebagai bantalan bertekanan eksternal yang merupakan bantalan film fluida non-kontak. Ada fungsi hibrida di mana tekanan eksternal digunakan untuk melepaskan tekanan kontak atau gaya penutupan segel dari tribologi yang terjadi di permukaan segel yang bersentuhan. Hal ini memungkinkan operator pompa melakukan penyesuaian di luar pompa untuk menangani 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. Karena rotor berputar lebih cepat dan kehabisan daya meningkat, mungkin sulit untuk menjaga perangkat ini tetap bersentuhan dengan poros, dan sering kali perlu untuk meningkatkan tekanan pegas yang menahannya terhadap poros. Sayangnya, terutama dalam kasus operasi kecepatan tinggi, peningkatan gaya kontak ini juga menghasilkan 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 yang diam dan berputar. Tekanan eksternal dapat digunakan seperti tekanan dari silinder hidrolik untuk mengurangi gesekan pada antarmuka dinamis sambil tetap meningkatkan gaya pegas atau gaya penutupan yang diperlukan untuk menjaga sikat atau permukaan segel tetap bersentuhan dengan poros yang berputar.
Waktu posting: 21-Okt-2023