యాంత్రిక ముద్రలను బల సమతుల్యం చేయడానికి ఒక కొత్త మార్గం

పంపులు యాంత్రిక సీల్స్ యొక్క అతిపెద్ద వినియోగదారులలో ఒకటి. పేరు సూచించినట్లుగా, యాంత్రిక సీల్స్ కాంటాక్ట్-టైప్ సీల్స్, ఇవి ఏరోడైనమిక్ లేదా లాబ్రింత్ నాన్-కాంటాక్ట్ సీల్స్ నుండి వేరు చేయబడతాయి.మెకానికల్ సీల్స్సమతుల్య యాంత్రిక ముద్రగా కూడా వర్గీకరించబడతాయి లేదాఅసమతుల్య యాంత్రిక ముద్ర. ఇది స్థిర సీల్ ముఖం వెనుక ప్రాసెస్ పీడనం ఎంత శాతం రావచ్చో సూచిస్తుంది. సీల్ ముఖం స్పిన్నింగ్ ముఖంపైకి నెట్టబడకపోతే (పుషర్-రకం సీల్‌లో వలె) లేదా సీల్ చేయవలసిన పీడనం వద్ద ప్రాసెస్ ద్రవం సీల్ ముఖం వెనుకకు రాకపోతే, ప్రాసెస్ పీడనం సీల్ ముఖం వెనుకకు రావడానికి అనుమతించబడకపోతే, ప్రాసెస్ పీడనం సీల్ ముఖాన్ని వెనక్కి ఊది తెరుస్తుంది. డైనమిక్ సీల్ ముఖం వద్ద యూనిట్ లోడింగ్ చాలా వేడిని మరియు ధరను సృష్టించేంత శక్తి లేకుండా సీల్‌ను రూపొందించడానికి సీల్ డిజైనర్ అన్ని ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులను పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. ఇది పంప్ విశ్వసనీయతను తయారు చేసే లేదా విచ్ఛిన్నం చేసే సున్నితమైన సమతుల్యత.

సాంప్రదాయిక మార్గం కంటే ఓపెనింగ్ ఫోర్స్‌ను ప్రారంభించడం ద్వారా డైనమిక్ సీల్ ఎదుర్కొంటుంది
పైన వివరించిన విధంగా క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను బ్యాలెన్స్ చేయడం. ఇది అవసరమైన క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను తొలగించదు కానీ సీల్ ఫేస్‌ల బరువును తగ్గించడం లేదా అన్‌లోడ్ చేయడం ద్వారా పంప్ డిజైనర్ మరియు వినియోగదారుని తిప్పడానికి మరొక నాబ్‌ను ఇస్తుంది, అదే సమయంలో అవసరమైన క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను నిర్వహిస్తుంది, తద్వారా వేడిని తగ్గిస్తుంది మరియు సాధ్యమయ్యే ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులను విస్తృతం చేస్తుంది.

డ్రై గ్యాస్ సీల్స్ (DGS), తరచుగా కంప్రెసర్లలో ఉపయోగిస్తారు, సీల్ ముఖాల వద్ద ఓపెనింగ్ ఫోర్స్‌ను అందిస్తుంది. ఈ ఫోర్స్ ఏరోడైనమిక్ బేరింగ్ సూత్రం ద్వారా సృష్టించబడుతుంది, ఇక్కడ ఫైన్ పంపింగ్ గ్రూవ్‌లు సీల్ యొక్క అధిక-పీడన ప్రక్రియ వైపు నుండి వాయువును ప్రోత్సహించడంలో సహాయపడతాయి, గ్యాప్‌లోకి మరియు సీల్ ముఖం అంతటా నాన్-కాంటాక్ట్ ఫ్లూయిడ్ ఫిల్మ్ బేరింగ్‌గా ఉంటాయి.

పొడి గ్యాస్ సీల్ ముఖం యొక్క ఏరోడైనమిక్ బేరింగ్ ఓపెనింగ్ ఫోర్స్. రేఖ యొక్క వాలు అంతరం వద్ద దృఢత్వాన్ని సూచిస్తుంది. అంతరం మైక్రాన్లలో ఉందని గమనించండి.
ఇదే దృగ్విషయం చాలా పెద్ద సెంట్రిఫ్యూగల్ కంప్రెషర్‌లు మరియు పంప్ రోటర్‌లకు మద్దతు ఇచ్చే హైడ్రోడైనమిక్ ఆయిల్ బేరింగ్‌లలో సంభవిస్తుంది మరియు బెంట్లీ చూపిన రోటర్ డైనమిక్ ఎక్సెన్ట్రిసిటీ ప్లాట్‌లలో కనిపిస్తుంది ఈ ప్రభావం స్థిరమైన బ్యాక్ స్టాప్‌ను అందిస్తుంది మరియు హైడ్రోడైనమిక్ ఆయిల్ బేరింగ్‌లు మరియు DGS విజయంలో ముఖ్యమైన అంశం. ఏరోడైనమిక్ DGS ముఖంలో కనిపించే చక్కటి పంపింగ్ గ్రూవ్‌లను మెకానికల్ సీల్స్ కలిగి ఉండవు. బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన గ్యాస్ బేరింగ్ సూత్రాలను ఉపయోగించి క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను బరువు తగ్గించే మార్గం ఉండవచ్చు.యాంత్రిక ముద్ర ముఖంs.

జర్నల్ విపరీత నిష్పత్తితో పోలిస్తే ఫ్లూయిడ్-ఫిల్మ్ బేరింగ్ పారామితుల గుణాత్మక ప్లాట్లు. జర్నల్ బేరింగ్ మధ్యలో ఉన్నప్పుడు దృఢత్వం, K, మరియు డంపింగ్, D, కనిష్టంగా ఉంటాయి. జర్నల్ బేరింగ్ ఉపరితలానికి దగ్గరగా వచ్చేసరికి, దృఢత్వం మరియు డంపింగ్ నాటకీయంగా పెరుగుతాయి.

బాహ్యంగా పీడనం చేయబడిన ఏరోస్టాటిక్ గ్యాస్ బేరింగ్‌లు పీడన వాయువు యొక్క మూలాన్ని ఉపయోగిస్తాయి, అయితే డైనమిక్ బేరింగ్‌లు గ్యాప్ ప్రెజర్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపరితలాల మధ్య సాపేక్ష కదలికను ఉపయోగిస్తాయి. బాహ్యంగా పీడనం చేయబడిన సాంకేతికతకు కనీసం రెండు ప్రాథమిక ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. మొదట, పీడన వాయువును సీల్ గ్యాప్‌లోకి వాయువును ప్రోత్సహించడానికి బదులుగా నియంత్రిత పద్ధతిలో సీల్ ముఖాల మధ్య నేరుగా ఇంజెక్ట్ చేయవచ్చు, దీనికి కదలిక అవసరం కాని నిస్సార పంపింగ్ గ్రూవ్‌లు ఉంటాయి. ఇది భ్రమణం ప్రారంభమయ్యే ముందు సీల్ ముఖాలను వేరు చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ముఖాలు కలిసి బిగించబడినప్పటికీ, అవి సున్నా ఘర్షణ ప్రారంభాలకు తెరుచుకుంటాయి మరియు వాటి మధ్య నేరుగా ఒత్తిడి ఇంజెక్ట్ చేయబడినప్పుడు ఆగిపోతాయి. అదనంగా, సీల్ వేడిగా ఉంటే, బాహ్య పీడనంతో సీల్ ముఖానికి ఒత్తిడిని పెంచడం సాధ్యమవుతుంది. అప్పుడు గ్యాప్ ఒత్తిడితో దామాషా ప్రకారం పెరుగుతుంది, కానీ షీర్ నుండి వచ్చే వేడి గ్యాప్ యొక్క క్యూబ్ ఫంక్షన్‌పై పడుతుంది. ఇది ఆపరేటర్‌కు ఉష్ణ ఉత్పత్తికి వ్యతిరేకంగా కొత్త సామర్థ్యాన్ని ఇస్తుంది.

కంప్రెసర్లలో మరో ప్రయోజనం ఉంది, ఎందుకంటే DGS లో ఉన్నట్లుగా ముఖం అంతటా ప్రవాహం ఉండదు. బదులుగా, అత్యధిక పీడనం సీల్ ముఖాల మధ్య ఉంటుంది మరియు బాహ్య పీడనం వాతావరణంలోకి ప్రవహిస్తుంది లేదా ఒక వైపుకు మరియు మరొక వైపు నుండి కంప్రెసర్‌లోకి వెంట్ చేస్తుంది. ప్రక్రియను అంతరం నుండి దూరంగా ఉంచడం ద్వారా ఇది విశ్వసనీయతను పెంచుతుంది. పంపులలో ఇది ఒక ప్రయోజనం కాకపోవచ్చు ఎందుకంటే సంపీడన వాయువును పంపులోకి బలవంతంగా పంపడం అవాంఛనీయమైనది. పంపుల లోపల సంపీడన వాయువులు పుచ్చు లేదా గాలి సుత్తి సమస్యలను కలిగిస్తాయి. అయితే, పంపు ప్రక్రియలోకి గ్యాస్ ప్రవాహం యొక్క ప్రతికూలత లేకుండా పంపులకు కాంటాక్టింగ్ లేని లేదా ఘర్షణ-రహిత సీల్ ఉండటం ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది. సున్నా ప్రవాహంతో బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన గ్యాస్ బేరింగ్‌ను కలిగి ఉండటం సాధ్యమేనా?

పరిహారం
బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన అన్ని బేరింగ్‌లకు ఏదో ఒక రకమైన పరిహారం ఉంటుంది. పరిహారం అనేది ఒత్తిడిని తిరిగి నిల్వలో ఉంచే ఒక రకమైన పరిమితి. పరిహారం యొక్క అత్యంత సాధారణ రూపం రంధ్రాల వాడకం, కానీ గాడి, స్టెప్ మరియు పోరస్ పరిహార పద్ధతులు కూడా ఉన్నాయి. పరిహారం బేరింగ్‌లు లేదా సీల్ ముఖాలను తాకకుండా దగ్గరగా నడపడానికి వీలు కల్పిస్తుంది, ఎందుకంటే అవి దగ్గరగా వచ్చే కొద్దీ, వాటి మధ్య వాయువు పీడనం పెరుగుతుంది, ముఖాలను వేరు చేస్తుంది.

ఉదాహరణకు, ఫ్లాట్ ఆరిఫైస్ కాంపెన్సేటెడ్ గ్యాస్ బేరింగ్ కింద (చిత్రం 3), సగటు
గ్యాప్‌లోని పీడనం బేరింగ్‌పై ఉన్న మొత్తం లోడ్‌ను ముఖ ప్రాంతంతో భాగించినప్పుడు సమానం అవుతుంది, ఇది యూనిట్ లోడింగ్. ఈ మూల వాయువు పీడనం చదరపు అంగుళానికి 60 పౌండ్లు (psi) మరియు ముఖం 10 చదరపు అంగుళాల వైశాల్యం కలిగి ఉండి 300 పౌండ్ల లోడ్ ఉంటే, బేరింగ్ గ్యాప్‌లో సగటున 30 psi ఉంటుంది. సాధారణంగా, గ్యాప్ దాదాపు 0.0003 అంగుళాలు ఉంటుంది మరియు గ్యాప్ చాలా తక్కువగా ఉన్నందున, ప్రవాహం నిమిషానికి 0.2 ప్రామాణిక క్యూబిక్ అడుగులు (scfm) మాత్రమే ఉంటుంది. గ్యాప్ రిజర్వ్‌లో ప్రెజర్‌ను తిరిగి పట్టుకునే ముందు ఓరిఫైస్ రెస్ట్రిక్టర్ ఉన్నందున, లోడ్ 400 పౌండ్లకు పెరిగితే బేరింగ్ గ్యాప్ దాదాపు 0.0002 అంగుళాలకు తగ్గించబడుతుంది, గ్యాప్ ద్వారా 0.1 scfm దిగువన ప్రవాహాన్ని పరిమితం చేస్తుంది. రెండవ పరిమితిలో ఈ పెరుగుదల ఆరిఫైస్ రెస్ట్రిక్టర్‌కు గ్యాప్‌లోని సగటు పీడనం 40 psiకి పెరగడానికి మరియు పెరిగిన లోడ్‌కు మద్దతు ఇవ్వడానికి తగినంత ప్రవాహాన్ని ఇస్తుంది.

ఇది ఒక కోఆర్డినేట్ కొలిచే యంత్రం (CMM)లో కనిపించే ఒక సాధారణ ఓరిఫైస్ ఎయిర్ బేరింగ్ యొక్క కట్‌అవే సైడ్ వ్యూ. వాయు వ్యవస్థను "పరిహార బేరింగ్"గా పరిగణించాలంటే, దానికి బేరింగ్ గ్యాప్ పరిమితికి ఎగువన ఒక పరిమితి ఉండాలి.
ఆరిఫైస్ వర్సెస్ పోరస్ కాంపెన్సేషన్
ఓరిఫైస్ పరిహారం అనేది విస్తృతంగా ఉపయోగించే పరిహారం. ఒక సాధారణ ఓరిఫైస్ .010 అంగుళాల రంధ్ర వ్యాసం కలిగి ఉండవచ్చు, కానీ అది కొన్ని చదరపు అంగుళాల వైశాల్యాన్ని ఫీడ్ చేస్తున్నందున, అది దానికంటే అనేక ఆర్డర్‌ల పరిమాణంలో ఎక్కువ వైశాల్యాన్ని ఫీడ్ చేస్తోంది, కాబట్టి వాయువు యొక్క వేగం ఎక్కువగా ఉంటుంది. తరచుగా, ఓరిఫైస్ పరిమాణం కోతను నివారించడానికి మరియు బేరింగ్ పనితీరులో మార్పులను నివారించడానికి ఓరిఫైస్‌లను రూబీలు లేదా నీలమణి నుండి ఖచ్చితంగా కత్తిరించబడతాయి. మరొక సమస్య ఏమిటంటే, 0.0002 అంగుళాల కంటే తక్కువ ఖాళీల వద్ద, ఓరిఫైస్ చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతం మిగిలిన ముఖం వైపు ప్రవాహాన్ని అడ్డుకోవడం ప్రారంభిస్తుంది, ఆ సమయంలో గ్యాస్ ఫిల్మ్ కూలిపోతుంది. లిఫ్ట్ ఆఫ్ సమయంలో కూడా ఇదే జరుగుతుంది, ఎందుకంటే ఓరిఫైస్ యొక్క ప్రాంతం మరియు ఏవైనా పొడవైన కమ్మీలు మాత్రమే లిఫ్ట్‌ను ప్రారంభించడానికి అందుబాటులో ఉంటాయి. సీల్ ప్లాన్‌లలో బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన బేరింగ్‌లు కనిపించకపోవడానికి ఇది ప్రధాన కారణాలలో ఒకటి.

పోరస్ కాంపెన్సేటెడ్ బేరింగ్ విషయంలో ఇది జరగదు, బదులుగా దృఢత్వం కొనసాగుతుంది
లోడ్ పెరిగే కొద్దీ పెరుగుతుంది మరియు అంతరం తగ్గుతుంది, DGS (ఇమేజ్ 1) విషయంలో లాగానే మరియు
హైడ్రోడైనమిక్ ఆయిల్ బేరింగ్‌లు. బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన పోరస్ బేరింగ్‌ల విషయంలో, ఇన్‌పుట్ ప్రెజర్ సమయాలు ఆ ప్రాంతం బేరింగ్‌పై ఉన్న మొత్తం లోడ్‌కు సమానం అయినప్పుడు బేరింగ్ సమతుల్య శక్తి మోడ్‌లో ఉంటుంది. సున్నా లిఫ్ట్ లేదా ఎయిర్ గ్యాప్ ఉన్నందున ఇది ఆసక్తికరమైన ట్రైబాలజికల్ కేసు. సున్నా ప్రవాహం ఉంటుంది, కానీ బేరింగ్ ముఖం కింద కౌంటర్ ఉపరితలానికి వ్యతిరేకంగా గాలి పీడనం యొక్క హైడ్రోస్టాటిక్ శక్తి ఇప్పటికీ మొత్తం లోడ్‌ను బరువును తగ్గిస్తుంది మరియు ముఖాలు ఇప్పటికీ సంపర్కంలో ఉన్నప్పటికీ, ఘర్షణ యొక్క దాదాపు సున్నా గుణకానికి దారితీస్తుంది.

ఉదాహరణకు, ఒక గ్రాఫైట్ సీల్ ముఖం 10 చదరపు అంగుళాల వైశాల్యం మరియు 1,000 పౌండ్ల మూసివేత శక్తి కలిగి ఉంటే మరియు గ్రాఫైట్ 0.1 ఘర్షణ గుణకం కలిగి ఉంటే, కదలికను ప్రారంభించడానికి 100 పౌండ్ల శక్తి అవసరం. కానీ 100 psi బాహ్య పీడన మూలం పోరస్ గ్రాఫైట్ ద్వారా దాని ముఖానికి పోర్ట్ చేయబడితే, కదలికను ప్రారంభించడానికి తప్పనిసరిగా సున్నా శక్తి అవసరం. రెండు ముఖాలను కలిపి పిండడానికి ఇంకా 1,000 పౌండ్ల మూసివేత శక్తి ఉన్నప్పటికీ మరియు ముఖాలు భౌతిక సంబంధంలో ఉన్నప్పటికీ ఇది జరుగుతుంది.

గ్రాఫైట్, కార్బన్లు మరియు సిరామిక్స్ వంటి సాదా బేరింగ్ పదార్థాల తరగతి: అల్యూమినా మరియు సిలికాన్-కార్బైడ్‌లు టర్బో పరిశ్రమలకు తెలిసినవి మరియు సహజంగా పోరస్ కలిగి ఉంటాయి కాబట్టి వాటిని బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన బేరింగ్‌లుగా ఉపయోగించవచ్చు, ఇవి నాన్-కాంపాక్టింగ్ ఫ్లూయిడ్ ఫిల్మ్ బేరింగ్‌లు. కాంటాక్ట్ సీల్ ముఖాల్లో జరుగుతున్న ట్రైబాలజీ నుండి కాంటాక్ట్ ప్రెజర్ లేదా సీల్ యొక్క క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను బరువు తగ్గించడానికి బాహ్య పీడనాన్ని ఉపయోగించే హైబ్రిడ్ ఫంక్షన్ ఉంది. ఇది పంప్ ఆపరేటర్ పంపు వెలుపల ఏదో సర్దుబాటు చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది సమస్యాత్మక అనువర్తనాలను మరియు యాంత్రిక సీల్‌లను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు అధిక వేగ కార్యకలాపాలను ఎదుర్కోవడానికి అనుమతిస్తుంది.

ఈ సూత్రం బ్రష్‌లు, కమ్యుటేటర్‌లు, ఎక్సైటర్‌లు లేదా తిరిగే వస్తువులపై లేదా ఆఫ్‌లో డేటా లేదా విద్యుత్ ప్రవాహాలను తీసుకోవడానికి ఉపయోగించే ఏదైనా కాంటాక్ట్ కండక్టర్‌కు కూడా వర్తిస్తుంది. రోటర్లు వేగంగా తిరుగుతూ మరియు అయిపోయే కొద్దీ, ఈ పరికరాలను షాఫ్ట్‌తో సంబంధంలో ఉంచడం కష్టంగా ఉంటుంది మరియు వాటిని షాఫ్ట్‌కు వ్యతిరేకంగా పట్టుకునే స్ప్రింగ్ ఒత్తిడిని పెంచడం తరచుగా అవసరం. దురదృష్టవశాత్తు, ముఖ్యంగా హై-స్పీడ్ ఆపరేషన్ విషయంలో, కాంటాక్ట్ ఫోర్స్‌లో ఈ పెరుగుదల మరింత వేడి మరియు దుస్తులు ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. పైన వివరించిన మెకానికల్ సీల్ ఫేస్‌లకు వర్తించే అదే హైబ్రిడ్ సూత్రాన్ని ఇక్కడ కూడా అన్వయించవచ్చు, ఇక్కడ స్థిర మరియు భ్రమణ భాగాల మధ్య విద్యుత్ వాహకతకు భౌతిక సంబంధం అవసరం. బ్రష్ లేదా సీల్ ఫేస్‌ను తిరిగే షాఫ్ట్‌తో సంబంధంలో ఉంచడానికి అవసరమైన స్ప్రింగ్ ఫోర్స్ లేదా క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను పెంచుతూనే, డైనమిక్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ఘర్షణను తగ్గించడానికి హైడ్రాలిక్ సిలిండర్ నుండి వచ్చే ఒత్తిడి వలె బాహ్య పీడనాన్ని ఉపయోగించవచ్చు.