Pompa merupakan salah satu pengguna terbesar segel mekanis. Sesuai namanya, segel mekanis adalah segel tipe kontak, berbeda dengan segel non-kontak aerodinamis atau labirin.Segel mekanisjuga dicirikan sebagai segel mekanis seimbang atausegel mekanis tidak seimbangIni mengacu pada persentase tekanan proses, jika ada, yang dapat berputar di belakang permukaan segel stasioner. Jika permukaan segel tidak didorong ke permukaan yang berputar (seperti pada segel tipe pendorong) atau fluida proses pada tekanan yang perlu disegel tidak dibiarkan masuk ke belakang permukaan segel, tekanan proses akan mendorong permukaan segel ke belakang dan membuka. Perancang segel perlu mempertimbangkan semua kondisi operasi untuk merancang segel dengan gaya penutupan yang diperlukan, tetapi tidak terlalu kuat sehingga beban unit pada permukaan segel dinamis menghasilkan terlalu banyak panas dan keausan. Ini adalah keseimbangan yang rumit yang menentukan keandalan pompa.
permukaan segel dinamis dengan memungkinkan gaya pembukaan daripada cara konvensional
Menyeimbangkan gaya penutupan, seperti dijelaskan di atas. Hal ini tidak menghilangkan gaya penutupan yang diperlukan, 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 operasi.
Segel Gas Kering (DGS), yang sering digunakan pada kompresor, memberikan gaya bukaan pada permukaan segel. Gaya ini dihasilkan oleh prinsip bantalan aerodinamis, di mana alur pemompaan yang 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 mewakili kekakuan pada celah. Perhatikan bahwa celah dinyatakan 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 dinamis rotor yang ditunjukkan oleh Bently. Efek ini memberikan penahan 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 ketika jurnal berada di tengah bantalan. Saat jurnal mendekati permukaan bantalan, kekakuan dan redaman meningkat secara drastis.
Bantalan gas aerostatik bertekanan eksternal menggunakan sumber gas bertekanan, sedangkan bantalan dinamis menggunakan gerakan relatif antar permukaan untuk menghasilkan tekanan celah. Teknologi bertekanan eksternal memiliki setidaknya dua keunggulan mendasar. Pertama, gas bertekanan dapat disuntikkan langsung di antara permukaan segel dengan cara yang terkendali, alih-alih mendorong gas ke celah segel dengan alur pemompaan dangkal yang memerlukan gerakan. Hal ini memungkinkan pemisahan permukaan segel sebelum rotasi dimulai. Bahkan jika permukaan-permukaan tersebut diremas bersama-sama, permukaan tersebut 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 pangkat tiga dari celah. Hal ini memberi operator kemampuan baru untuk memanfaatkan terhadap pembentukan panas.
Kompresor memiliki keunggulan lain, yaitu tidak adanya aliran melintasi permukaan seperti pada DGS. Sebaliknya, tekanan tertinggi berada di antara permukaan seal, dan tekanan eksternal akan mengalir ke atmosfer atau keluar ke satu sisi dan masuk ke kompresor dari sisi lainnya. Hal ini meningkatkan keandalan dengan menjaga proses tetap berada di luar celah. Pada pompa, hal ini mungkin bukan keuntungan karena memaksa gas yang dapat dikompresi ke dalam pompa dapat menjadi tidak diinginkan. Gas yang dapat dikompresi di dalam pompa dapat menyebabkan masalah kavitasi atau palu udara. Akan menarik untuk memiliki seal yang tidak bersentuhan atau bebas gesekan untuk pompa tanpa kerugian berupa aliran gas ke dalam proses pompa. Mungkinkah 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 berdekatan tanpa bersentuhan, karena semakin dekat mereka, semakin tinggi tekanan gas di antara keduanya, sehingga 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 umum yang terdapat pada mesin pengukur koordinat (CMM). Jika suatu sistem pneumatik dianggap sebagai "bantalan terkompensasi", sistem tersebut perlu memiliki pembatas di hulu pembatas celah bantalan.
Kompensasi Orifice vs. Porous
Kompensasi lubang adalah bentuk kompensasi yang paling banyak digunakan. Sebuah lubang tipikal mungkin memiliki diameter lubang 0,010 inci, tetapi karena ia mengumpankan beberapa inci persegi area, ia mengumpankan beberapa orde besaran 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 lainnya adalah bahwa pada celah di bawah 0,0002 inci, area di sekitar lubang mulai mencekik aliran ke seluruh permukaan, di mana titik tersebut terjadi keruntuhan film gas. Hal yang sama terjadi saat 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 dengan 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 permukaan sama dengan beban total pada bantalan. Ini merupakan kasus tribologi yang menarik karena tidak ada gaya angkat atau celah udara. Aliran akan nol, tetapi gaya hidrostatik tekanan udara terhadap permukaan di bawah permukaan bantalan tetap mengurangi beban total dan menghasilkan koefisien gesek yang mendekati nol—meskipun permukaan-permukaan tersebut masih bersentuhan.
Misalnya, jika permukaan segel grafit memiliki luas 10 inci persegi dan gaya penutupan 1.000 pon, dan grafit tersebut memiliki koefisien gesek 0,1, maka diperlukan gaya sebesar 100 pon untuk memulai gerakan. Namun, dengan sumber tekanan eksternal sebesar 100 psi yang dialirkan melalui grafit berpori ke permukaannya, pada dasarnya tidak diperlukan gaya untuk memulai gerakan. Hal ini terjadi meskipun masih terdapat gaya penutupan sebesar 1.000 pon yang menekan kedua permukaan tersebut dan permukaan-permukaan tersebut bersentuhan secara fisik.
Sejenis material bantalan polos seperti grafit, karbon, dan keramik seperti alumina dan silikon karbida yang dikenal dalam industri turbocharger dan secara alami berpori sehingga dapat digunakan sebagai bantalan bertekanan eksternal berupa bantalan film fluida non-kontak. Terdapat fungsi hibrida di mana tekanan eksternal digunakan untuk mengurangi tekanan kontak atau gaya penutupan segel dari tribologi yang terjadi pada permukaan segel yang berkontak. Hal ini memungkinkan operator pompa untuk melakukan penyesuaian di luar pompa guna menangani aplikasi bermasalah dan operasi berkecepatan tinggi saat menggunakan segel mekanis.
Prinsip ini juga berlaku untuk sikat, komutator, eksitor, 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 meningkat, akan 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 permukaan sikat atau segel tetap bersentuhan dengan poros yang berputar.
Waktu posting: 21-Okt-2023