pompa adalah salah satu pengguna segel mekanis terbesar.Seperti namanya, segel mekanis adalah segel tipe kontak, yang dibedakan dari segel non-kontak aerodinamis atau labirin.Segel mekanisjuga dicirikan sebagai segel mekanis seimbang atausegel mekanis yang tidak seimbang.Hal ini mengacu pada berapa persentase, jika ada, tekanan proses yang dapat muncul di belakang permukaan segel stasioner.Jika permukaan seal tidak terdorong ke permukaan yang berputar (seperti pada seal tipe pendorong) atau fluida proses pada tekanan yang perlu disegel tidak diperbolehkan berada di belakang permukaan seal, tekanan proses akan meniup permukaan seal kembali. dan terbuka.Perancang segel perlu mempertimbangkan semua kondisi pengoperasian untuk merancang segel dengan gaya penutupan yang diperlukan tetapi tidak terlalu besar sehingga pembebanan unit pada permukaan segel dinamis menghasilkan terlalu banyak panas dan keausan.Ini adalah keseimbangan rumit yang menentukan atau menghancurkan keandalan pompa.
segel dinamis menghadap dengan mengaktifkan gaya pembuka daripada cara konvensional
menyeimbangkan kekuatan penutupan, seperti dijelaskan di atas.Hal ini tidak menghilangkan gaya penutupan yang diperlukan namun memberikan perancang pompa dan pengguna tombol lain untuk diputar dengan memungkinkan pelepasan atau pembongkaran permukaan segel, sambil mempertahankan gaya penutupan yang diperlukan, sehingga mengurangi panas dan keausan sekaligus memperluas kemungkinan kondisi pengoperasian.
Segel Gas Kering (DGS), sering digunakan dalam kompresor, memberikan gaya pembuka pada permukaan segel.Gaya ini diciptakan oleh prinsip bantalan aerodinamis, di mana alur pemompaan halus membantu mendorong gas dari sisi proses tekanan 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 suatu celah.Perhatikan bahwa kesenjangannya dalam mikron.
Fenomena yang sama terjadi pada bantalan oli hidrodinamik yang mendukung sebagian besar kompresor sentrifugal besar dan rotor pompa dan terlihat pada plot eksentrisitas dinamis rotor yang ditunjukkan oleh Bently. Efek ini memberikan back stop 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.
Plot kualitatif parameter bantalan film fluida versus rasio eksentrisitas jurnal.Kekakuan, K, dan redaman, D, minimum bila jurnal berada di tengah bantalan.Ketika 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 antar permukaan untuk menghasilkan tekanan celah.Teknologi bertekanan eksternal setidaknya memiliki dua keunggulan mendasar.Pertama, gas bertekanan dapat disuntikkan langsung di antara permukaan seal dengan cara yang terkendali daripada mendorong gas ke dalam celah seal dengan alur pemompaan dangkal yang memerlukan gerakan.Hal ini memungkinkan pemisahan permukaan segel sebelum rotasi dimulai.Bahkan jika permukaannya diperas, permukaannya akan terbuka sehingga gesekan nol dimulai dan berhenti ketika tekanan disuntikkan langsung di antara keduanya.Selain itu, jika segel menjadi panas, tekanan eksternal dapat meningkatkan tekanan pada permukaan segel.Celah tersebut kemudian akan meningkat secara proporsional dengan tekanan, namun panas dari geser akan turun sebesar fungsi kubus dari celah tersebut.Hal ini memberi operator kemampuan baru untuk memanfaatkan pembangkitan panas.
Ada keuntungan lain pada kompresor karena tidak ada aliran melintasi permukaan seperti pada DGS.Sebaliknya, tekanan tertinggi adalah di antara permukaan segel, dan tekanan eksternal akan mengalir ke atmosfer atau keluar ke satu sisi dan masuk ke kompresor dari sisi lain.Hal ini meningkatkan keandalan dengan menjaga proses keluar dari kesenjangan.Pada pompa, hal ini mungkin tidak memberikan keuntungan karena tidak diinginkan untuk memaksa gas yang dapat dimampatkan masuk ke dalam pompa.Gas terkompresi di dalam pompa dapat menyebabkan masalah kavitasi atau palu udara.Namun, akan menarik untuk memiliki segel non-kontak atau bebas gesekan pada pompa tanpa merugikan aliran gas ke dalam proses pompa.Mungkinkah memiliki bantalan gas bertekanan eksternal dengan aliran nol?
Kompensasi
Semua bantalan bertekanan eksternal memiliki semacam kompensasi.Kompensasi adalah suatu bentuk pembatasan yang menahan tekanan sebagai cadangan.Bentuk kompensasi yang paling umum adalah penggunaan lubang, namun ada juga teknik kompensasi alur, langkah, dan berpori.Kompensasi memungkinkan bantalan atau permukaan segel berjalan berdekatan tanpa bersentuhan, karena semakin dekat bantalan atau permukaan segel, semakin tinggi tekanan gas di antara keduanya, sehingga permukaannya saling tolak-menolak.
Sebagai contoh, di bawah bantalan gas kompensasi lubang datar (Gambar 3), rata-rata
tekanan dalam celah akan sama dengan beban total pada bantalan dibagi luas permukaan, ini adalah satuan pembebanan.Jika tekanan gas sumber ini adalah 60 pon per inci persegi (psi) dan permukaannya mempunyai luas 10 inci persegi dan terdapat beban 300 pon, maka akan terdapat rata-rata 30 psi pada celah bantalan.Biasanya, jaraknya sekitar 0,0003 inci, dan karena jaraknya sangat kecil, alirannya hanya sekitar 0,2 standar kaki kubik per menit (scfm).Karena terdapat pembatas lubang tepat sebelum celah yang menahan tekanan kembali sebagai cadangan, jika beban meningkat hingga 400 pon, celah bantalan dikurangi menjadi sekitar 0,0002 inci, sehingga membatasi aliran melalui celah hingga 0,1 scfm.Peningkatan pada pembatasan kedua ini memberikan aliran yang cukup pada pembatas lubang untuk memungkinkan tekanan rata-rata dalam celah meningkat hingga 40 psi dan mendukung peningkatan beban.
Ini adalah tampilan samping dari bantalan udara lubang khas yang ditemukan di mesin pengukur koordinat (CMM).Jika sistem pneumatik dianggap sebagai “bantalan terkompensasi”, maka sistem tersebut perlu memiliki pembatasan di bagian hulu dari pembatasan celah bantalan.
Kompensasi Lubang vs. Berpori
Kompensasi lubang adalah bentuk kompensasi yang paling banyak digunakan. Sebuah lubang tipikal mungkin memiliki diameter lubang sebesar 0,010 inci, namun karena lubang tersebut memberi makan beberapa inci persegi area, maka lubang tersebut memberi makan area yang beberapa kali lipat lebih besar dari lubang itu sendiri, sehingga kecepatannya gasnya bisa tinggi.Seringkali, lubang dipotong secara tepat dari batu rubi atau safir untuk menghindari erosi pada ukuran lubang dan perubahan kinerja bantalan.Permasalahan lainnya adalah pada celah di bawah 0,0002 inci, area di sekitar lubang mulai menghambat aliran ke seluruh permukaan, sehingga terjadi keruntuhan lapisan gas. Hal yang sama terjadi pada saat lepas landas, karena hanya area lubang yang lubang dan alur apa pun tersedia untuk memulai pengangkatan.Inilah salah satu alasan utama mengapa bantalan bertekanan eksternal tidak terlihat dalam rencana segel.
Hal ini tidak terjadi pada bantalan kompensasi berpori, sebaliknya kekakuannya terus berlanjut
meningkat seiring bertambahnya beban dan kesenjangan berkurang, seperti halnya dengan DGS (Gambar 1) dan
bantalan minyak hidrodinamik.Dalam kasus bantalan berpori bertekanan eksternal, bantalan akan berada dalam mode gaya seimbang ketika tekanan masukan dikalikan luas sama dengan beban total pada bantalan.Ini adalah kasus tribologi yang menarik karena tidak ada gaya angkat atau celah udara.Akan ada aliran nol, namun gaya hidrostatis dari tekanan udara terhadap permukaan lawan di bawah permukaan bantalan masih menghilangkan beban total dan menghasilkan koefisien gesekan yang mendekati nol—meskipun permukaan 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 sebesar 100 psi yang disalurkan melalui grafit berpori ke permukaannya, pada dasarnya tidak ada gaya yang diperlukan untuk memulai gerakan.Hal ini terlepas dari kenyataan bahwa masih ada gaya penutup sebesar 1.000 pon yang menekan kedua permukaan tersebut dan kedua permukaan tersebut berada dalam kontak fisik.
Kelas material plain bearing 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 hybrid di mana tekanan eksternal digunakan untuk mengurangi tekanan kontak atau gaya penutupan segel dari tribologi yang terjadi pada permukaan segel yang bersentuhan.Hal ini memungkinkan operator pompa menyesuaikan sesuatu di luar pompa untuk menangani masalah aplikasi dan pengoperasian kecepatan lebih tinggi saat menggunakan segel mekanis.
Prinsip ini juga berlaku untuk sikat, komutator, pembangkit, atau konduktor kontak apa pun yang dapat digunakan untuk mengambil data atau arus listrik pada atau mematikan benda berputar.Karena rotor berputar lebih cepat dan daya habisnya meningkat, akan sulit untuk menjaga perangkat ini tetap bersentuhan dengan poros, dan sering kali perlu meningkatkan tekanan pegas yang menahannya pada poros.Sayangnya, terutama pada pengoperasian kecepatan tinggi, peningkatan gaya kontak ini juga mengakibatkan lebih banyak panas dan keausan.Prinsip hibrid 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 bagian yang 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 permukaan sikat atau segel tetap bersentuhan dengan poros yang berputar.
Waktu posting: 21 Okt-2023