మెకానికల్ సీల్స్‌ను బల సమతుల్యం చేయడానికి ఒక కొత్త మార్గం

పంపులు మెకానికల్ సీల్స్‌ను అత్యధికంగా ఉపయోగించే వాటిలో ఒకటి. పేరు సూచించినట్లుగా, మెకానికల్ సీల్స్ అనేవి కాంటాక్ట్-టైప్ సీల్స్, ఇవి ఏరోడైనమిక్ లేదా లాబ్రింత్ నాన్-కాంటాక్ట్ సీల్స్ నుండి భిన్నమైనవి.మెకానికల్ సీల్స్బ్యాలెన్స్‌డ్ మెకానికల్ సీల్ లేదా అని కూడా వర్గీకరించబడ్డాయిఅసమతుల్య యాంత్రిక సీల్స్థిరంగా ఉన్న సీల్ ఫేస్ వెనుక నుండి ప్రాసెస్ పీడనంలో ఎంత శాతం (ఏమాత్రం) రాగలదో ఇది సూచిస్తుంది. ఒకవేళ సీల్ ఫేస్‌ను తిరుగుతున్న ఫేస్‌కు వ్యతిరేకంగా నెట్టకపోతే (పుషర్-టైప్ సీల్‌లో వలె) లేదా సీల్ చేయాల్సిన పీడనం వద్ద ఉన్న ప్రాసెస్ ద్రవం సీల్ ఫేస్ వెనుకకు చేరడానికి అనుమతించకపోతే, ప్రాసెస్ పీడనం సీల్ ఫేస్‌ను వెనక్కి నెట్టి తెరుస్తుంది. సీల్ డిజైనర్ అవసరమైన క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌తో సీల్‌ను డిజైన్ చేయడానికి అన్ని ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులను పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి, కానీ డైనమిక్ సీల్ ఫేస్ వద్ద యూనిట్ లోడింగ్ వల్ల అధిక వేడి మరియు అరుగుదల ఏర్పడేంత ఫోర్స్ ఉండకూడదు. ఇది ఒక సున్నితమైన సమతుల్యత, ఇది పంప్ విశ్వసనీయతను నిర్ణయిస్తుంది.

సాంప్రదాయ పద్ధతికి బదులుగా, తెరుచుకునే శక్తిని ప్రయోగించడం ద్వారా డైనమిక్ సీల్ ఫేస్‌లు
పైన వివరించిన విధంగా, మూసివేసే బలాన్ని సమతుల్యం చేయడం. ఇది అవసరమైన మూసివేసే బలాన్ని తొలగించదు, కానీ అవసరమైన మూసివేసే బలాన్ని కొనసాగిస్తూనే సీల్ ఫేస్‌ల బరువును తగ్గించడానికి లేదా వాటిపై భారాన్ని తొలగించడానికి అనుమతించడం ద్వారా పంప్ డిజైనర్ మరియు వినియోగదారుకు మరొక అవకాశాన్ని ఇస్తుంది, తద్వారా వేడి మరియు అరుగుదలను తగ్గిస్తూ, సాధ్యమయ్యే నిర్వహణ పరిస్థితులను విస్తృతం చేస్తుంది.

డ్రై గ్యాస్ సీల్స్ (DGS)కంప్రెసర్‌లలో తరచుగా ఉపయోగించే ఇవి, సీల్ ఉపరితలాల వద్ద తెరుచుకునే బలాన్ని అందిస్తాయి. ఈ బలం ఏరోడైనమిక్ బేరింగ్ సూత్రం ద్వారా సృష్టించబడుతుంది, దీనిలో సన్నని పంపింగ్ గాడులు, సీల్ యొక్క అధిక-పీడన ప్రక్రియ వైపు నుండి గ్యాస్‌ను ఖాళీలోకి మరియు సీల్ ఉపరితలం అంతటా నాన్-కాంటాక్ట్ ఫ్లూయిడ్ ఫిల్మ్ బేరింగ్‌గా ప్రవహించేలా ప్రోత్సహించడానికి సహాయపడతాయి.

డ్రై గ్యాస్ సీల్ ఫేస్ యొక్క ఏరోడైనమిక్ బేరింగ్ ఓపెనింగ్ ఫోర్స్. రేఖ యొక్క వాలు గ్యాప్ వద్ద దృఢత్వాన్ని సూచిస్తుంది. గ్యాప్ మైక్రాన్‌లలో ఉందని గమనించండి.
చాలా పెద్ద సెంట్రిఫ్యూగల్ కంప్రెసర్‌లు మరియు పంప్ రోటర్‌లకు మద్దతు ఇచ్చే హైడ్రోడైనమిక్ ఆయిల్ బేరింగ్‌లలో ఇదే దృగ్విషయం సంభవిస్తుంది మరియు బెంట్లీ చూపిన రోటర్ డైనమిక్ ఎక్సెంట్రిసిటీ ప్లాట్‌లలో ఇది కనిపిస్తుంది. ఈ ప్రభావం ఒక స్థిరమైన బ్యాక్ స్టాప్‌ను అందిస్తుంది మరియు హైడ్రోడైనమిక్ ఆయిల్ బేరింగ్‌లు మరియు DGSల విజయంలో ఇది ఒక ముఖ్యమైన అంశం. మెకానికల్ సీల్స్‌లో ఏరోడైనమిక్ DGS ఫేస్‌లో కనిపించే సన్నని పంపింగ్ గ్రూవ్‌లు ఉండవు. క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను తగ్గించడానికి బాహ్యంగా ఒత్తిడి చేయబడిన గ్యాస్ బేరింగ్ సూత్రాలను ఉపయోగించే మార్గం ఉండవచ్చు.మెకానికల్ సీల్ ఫేస్s.

జర్నల్ వికేంద్రత నిష్పత్తికి వ్యతిరేకంగా ద్రవ-పొర బేరింగ్ పారామితుల గుణాత్మక గ్రాఫ్‌లు. జర్నల్ బేరింగ్ మధ్యలో ఉన్నప్పుడు దృఢత్వం, K, మరియు డ్యాంపింగ్, D, కనిష్టంగా ఉంటాయి. జర్నల్ బేరింగ్ ఉపరితలానికి దగ్గరగా వచ్చినప్పుడు, దృఢత్వం మరియు డ్యాంపింగ్ నాటకీయంగా పెరుగుతాయి.

బాహ్యంగా పీడనం కలిగించే ఏరోస్టాటిక్ గ్యాస్ బేరింగ్‌లు పీడనంతో కూడిన గ్యాస్ మూలాన్ని ఉపయోగిస్తాయి, అయితే డైనమిక్ బేరింగ్‌లు గ్యాప్ పీడనాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపరితలాల మధ్య సాపేక్ష చలనాన్ని ఉపయోగిస్తాయి. బాహ్యంగా పీడనం కలిగించే సాంకేతికతకు కనీసం రెండు ప్రాథమిక ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. మొదటిది, చలనం అవసరమయ్యే లోతులేని పంపింగ్ గాడులతో గ్యాస్‌ను సీల్ గ్యాప్‌లోకి పంపే బదులు, పీడనంతో కూడిన గ్యాస్‌ను నియంత్రిత పద్ధతిలో నేరుగా సీల్ ఫేస్‌ల మధ్యకు పంపవచ్చు. ఇది భ్రమణం ప్రారంభమయ్యే ముందే సీల్ ఫేస్‌లను వేరు చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఒకవేళ ఆ ఫేస్‌లు గట్టిగా అతుక్కుని ఉన్నప్పటికీ, వాటి మధ్య నేరుగా పీడనాన్ని పంపినప్పుడు, అవి సున్నా ఘర్షణతో ప్రారంభం మరియు ముగింపు కోసం వాటంతట అవే తెరుచుకుంటాయి. అదనంగా, సీల్ వేడెక్కుతున్నట్లయితే, బాహ్య పీడనంతో సీల్ ఫేస్‌పై పీడనాన్ని పెంచడం సాధ్యమవుతుంది. అప్పుడు గ్యాప్ పీడనానికి అనుపాతంగా పెరుగుతుంది, కానీ షియర్ నుండి వచ్చే వేడి గ్యాప్ యొక్క క్యూబ్ ఫంక్షన్‌పై పడుతుంది. ఇది ఆపరేటర్‌కు వేడి ఉత్పత్తిని నిరోధించడానికి ఒక కొత్త సామర్థ్యాన్ని ఇస్తుంది.

DGSలో ఉన్నట్లుగా కంప్రెసర్‌ల ముఖభాగం అంతటా ప్రవాహం ఉండదు అనేది వాటిలో మరొక ప్రయోజనం. దానికి బదులుగా, అత్యధిక పీడనం సీల్ ముఖభాగాల మధ్య ఉంటుంది, మరియు బాహ్య పీడనం వాతావరణంలోకి ప్రవహిస్తుంది లేదా ఒక వైపు నుండి లోపలికి వెళ్లి, మరో వైపు నుండి కంప్రెసర్‌లోకి ప్రవేశిస్తుంది. ఇది ప్రక్రియను గ్యాప్ నుండి దూరంగా ఉంచడం ద్వారా విశ్వసనీయతను పెంచుతుంది. పంపులలో ఇది ఒక ప్రయోజనం కాకపోవచ్చు, ఎందుకంటే సంపీడన వాయువును పంపులోకి బలవంతంగా పంపడం అవాంఛనీయం కావచ్చు. పంపుల లోపల ఉండే సంపీడన వాయువులు కావిటేషన్ లేదా ఎయిర్ హామర్ సమస్యలను కలిగిస్తాయి. అయినప్పటికీ, పంపు ప్రక్రియలోకి వాయు ప్రవాహం అనే ప్రతికూలత లేకుండా, పంపుల కోసం స్పర్శరహిత లేదా ఘర్షణ-రహిత సీల్‌ను కలిగి ఉండటం ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది. సున్నా ప్రవాహంతో బాహ్యంగా పీడనం కలిగిన గ్యాస్ బేరింగ్‌ను కలిగి ఉండటం సాధ్యమేనా?

పరిహారం
బాహ్యంగా పీడనం కలిగించే అన్ని బేరింగ్‌లలో ఏదో ఒక రకమైన పరిహారం ఉంటుంది. పరిహారం అనేది పీడనాన్ని నిల్వగా ఉంచే ఒక రకమైన నిరోధం. పరిహారంలో అత్యంత సాధారణ రూపం ఆరిఫైస్‌లను ఉపయోగించడం, కానీ గ్రూవ్, స్టెప్ మరియు పోరస్ పరిహార పద్ధతులు కూడా ఉన్నాయి. పరిహారం బేరింగ్‌లు లేదా సీల్ ఫేస్‌లు ఒకదానికొకటి తాకకుండా దగ్గరగా తిరగడానికి వీలు కల్పిస్తుంది, ఎందుకంటే అవి ఎంత దగ్గరగా వస్తే, వాటి మధ్య వాయు పీడనం అంత పెరిగి, ఆ ఫేస్‌లను వేరుగా నెడుతుంది.

ఉదాహరణకు, ఫ్లాట్ ఆరిఫైస్ కాంపెన్సేటెడ్ గ్యాస్ బేరింగ్ (చిత్రం 3) కింద, సగటు
గ్యాప్‌లోని పీడనం, బేరింగ్‌పై ఉన్న మొత్తం లోడ్‌ను దాని ముఖ వైశాల్యంతో భాగించగా వచ్చే విలువకు సమానంగా ఉంటుంది, దీనినే యూనిట్ లోడింగ్ అంటారు. ఒకవేళ ఈ సోర్స్ గ్యాస్ పీడనం చదరపు అంగుళానికి 60 పౌండ్లు (psi) ఉండి, దాని ముఖ వైశాల్యం 10 చదరపు అంగుళాలు మరియు 300 పౌండ్ల లోడ్ ఉంటే, బేరింగ్ గ్యాప్‌లో సగటున 30 psi పీడనం ఉంటుంది. సాధారణంగా, ఈ గ్యాప్ సుమారు 0.0003 అంగుళాలు ఉంటుంది, మరియు గ్యాప్ చాలా చిన్నదిగా ఉండటం వల్ల, ప్రవాహం నిమిషానికి సుమారు 0.2 స్టాండర్డ్ క్యూబిక్ ఫీట్లు (scfm) మాత్రమే ఉంటుంది. గ్యాప్‌కు కొంచెం ముందు ఒక ఆరిఫైస్ రెస్ట్రిక్టర్ పీడనాన్ని రిజర్వ్‌లో నిలిపి ఉంచడం వల్ల, లోడ్ 400 పౌండ్లకు పెరిగితే బేరింగ్ గ్యాప్ సుమారు 0.0002 అంగుళాలకు తగ్గి, గ్యాప్ గుండా ప్రవాహాన్ని 0.1 scfm వరకు పరిమితం చేస్తుంది. ఈ రెండవ పరిమితిలో పెరుగుదల, గ్యాప్‌లోని సగటు పీడనాన్ని 40 psiకి పెంచి, పెరిగిన లోడ్‌కు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఆరిఫైస్ రెస్ట్రిక్టర్‌కు తగినంత ప్రవాహాన్ని అందిస్తుంది.

ఇది కోఆర్డినేట్ మెజరింగ్ మెషీన్ (CMM)లో కనిపించే ఒక సాధారణ ఆరిఫైస్ ఎయిర్ బేరింగ్ యొక్క పక్క నుండి తీసిన చిత్రం. ఒక న్యూమాటిక్ వ్యవస్థను "కాంపెన్సేటెడ్ బేరింగ్"గా పరిగణించాలంటే, బేరింగ్ గ్యాప్ రెస్ట్రిక్షన్‌కు ముందు భాగంలో దానికి ఒక నిరోధం ఉండాలి.
ఓరిఫైస్ వర్సెస్ పోరస్ కాంపెన్సేషన్
ఆరిఫైస్ కాంపెన్సేషన్ అనేది అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే కాంపెన్సేషన్ రూపం. ఒక సాధారణ ఆరిఫైస్ .010 అంగుళాల రంధ్ర వ్యాసం కలిగి ఉండవచ్చు, కానీ అది కొన్ని చదరపు అంగుళాల వైశాల్యానికి గ్యాస్‌ను అందిస్తున్నందున, అది తన పరిమాణం కంటే అనేక రెట్లు ఎక్కువ వైశాల్యానికి గ్యాస్‌ను అందిస్తుంది, కాబట్టి గ్యాస్ వేగం ఎక్కువగా ఉండవచ్చు. తరచుగా, ఆరిఫైస్ పరిమాణం క్రమక్షయం చెందకుండా మరియు తద్వారా బేరింగ్ పనితీరులో మార్పులను నివారించడానికి, ఆరిఫైస్‌లను రూబీలు లేదా నీలమణుల నుండి ఖచ్చితంగా కత్తిరిస్తారు. మరో సమస్య ఏమిటంటే, 0.0002 అంగుళాల కంటే తక్కువ గ్యాప్‌ల వద్ద, ఆరిఫైస్ చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతం మిగిలిన ఉపరితలానికి ప్రవాహాన్ని అడ్డుకోవడం ప్రారంభిస్తుంది, ఆ సమయంలో గ్యాస్ ఫిల్మ్ కుప్పకూలిపోతుంది. లిఫ్ట్ ఆఫ్ సమయంలో కూడా ఇదే జరుగుతుంది, ఎందుకంటే లిఫ్ట్‌ను ప్రారంభించడానికి ఆరిఫైస్ ప్రాంతం మరియు ఏవైనా గాడులు మాత్రమే అందుబాటులో ఉంటాయి. సీల్ ప్లాన్‌లలో బాహ్యంగా పీడనం కలిగించే బేరింగ్‌లు కనిపించకపోవడానికి ఇది ప్రధాన కారణాలలో ఒకటి.

పోరస్ కాంపెన్సేటెడ్ బేరింగ్ విషయంలో ఇది వర్తించదు, బదులుగా దృఢత్వం కొనసాగుతుంది
DGS (చిత్రం 1) విషయంలో లాగానే, లోడ్ పెరిగేకొద్దీ మరియు అంతరం తగ్గేకొద్దీ పెరుగుతుంది మరియు
హైడ్రోడైనమిక్ ఆయిల్ బేరింగ్‌లు. బాహ్యంగా పీడనం కలిగించే పోరస్ బేరింగ్‌ల విషయంలో, ఇన్‌పుట్ పీడనం మరియు వైశాల్యం యొక్క లబ్ధం బేరింగ్‌పై ఉన్న మొత్తం లోడ్‌కు సమానమైనప్పుడు, బేరింగ్ సమతుల్య బల స్థితిలో ఉంటుంది. లిఫ్ట్ లేదా ఎయిర్ గ్యాప్ సున్నాగా ఉండటం వలన ఇది ఒక ఆసక్తికరమైన ట్రైబోలాజికల్ సందర్భం. ప్రవాహం సున్నాగా ఉంటుంది, కానీ బేరింగ్ ముఖభాగం కింద ఉన్న ఎదురు ఉపరితలంపై గాలి పీడనం యొక్క హైడ్రోస్టాటిక్ బలం మొత్తం లోడ్‌ను తేలికపరుస్తుంది మరియు ముఖభాగాలు ఇంకా స్పర్శలో ఉన్నప్పటికీ, ఘర్షణ గుణకం దాదాపు సున్నాగా ఉండేలా చేస్తుంది.

ఉదాహరణకు, ఒక గ్రాఫైట్ సీల్ ఉపరితలం 10 చదరపు అంగుళాల వైశాల్యం, 1,000 పౌండ్ల మూసివేత బలం కలిగి ఉండి, ఆ గ్రాఫైట్ యొక్క ఘర్షణ గుణకం 0.1 అయితే, దాని చలనాన్ని ప్రారంభించడానికి 100 పౌండ్ల బలం అవసరమవుతుంది. కానీ, 100 psi బాహ్య పీడనాన్ని ఆ రంధ్రాలు గల గ్రాఫైట్ ఉపరితలం గుండా పంపినప్పుడు, చలనాన్ని ప్రారంభించడానికి వాస్తవంగా సున్నా బలం అవసరమవుతుంది. వాస్తవానికి, ఆ రెండు ఉపరితలాలను ఒకదానికొకటి నొక్కుతూ 1,000 పౌండ్ల మూసివేత బలం పనిచేస్తున్నప్పటికీ, మరియు ఆ ఉపరితలాలు భౌతికంగా తాకుతూ ఉన్నప్పటికీ ఇది జరుగుతుంది.

టర్బో పరిశ్రమలకు సుపరిచితమైన గ్రాఫైట్, కార్బన్‌లు మరియు అల్యూమినా, సిలికాన్-కార్బైడ్‌ల వంటి సిరామిక్స్ వంటి ఒక రకమైన ప్లెయిన్ బేరింగ్ మెటీరియల్స్ సహజంగా పోరస్‌గా ఉంటాయి, కాబట్టి వీటిని బాహ్యంగా ప్రెషరైజ్ చేయబడిన, నాన్-కాంటాక్టింగ్ ఫ్లూయిడ్ ఫిల్మ్ బేరింగ్‌లుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఇందులో ఒక హైబ్రిడ్ ఫంక్షన్ ఉంటుంది, దీనిలో కాంటాక్ట్ అయ్యే సీల్ ఫేస్‌లలో జరిగే ట్రైబాలజీ నుండి వచ్చే కాంటాక్ట్ ప్రెజర్ లేదా సీల్ యొక్క క్లోజింగ్ ఫోర్స్‌ను తగ్గించడానికి బాహ్య ఒత్తిడిని ఉపయోగిస్తారు. మెకానికల్ సీల్స్‌ను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, సమస్యాత్మక అప్లికేషన్‌లు మరియు అధిక వేగపు ఆపరేషన్‌లను ఎదుర్కోవడానికి పంప్ ఆపరేటర్‌కు పంప్ వెలుపల సర్దుబాటు చేయడానికి ఇది వీలు కల్పిస్తుంది.

ఈ సూత్రం, తిరిగే వస్తువుల నుండి డేటాను లేదా విద్యుత్ ప్రవాహాలను స్వీకరించడానికి లేదా తీసివేయడానికి ఉపయోగించే బ్రష్‌లు, కమ్యుటేటర్లు, ఎక్సైటర్లు లేదా ఏదైనా కాంటాక్ట్ కండక్టర్‌కు కూడా వర్తిస్తుంది. రోటర్లు వేగంగా తిరుగుతూ, రన్ అవుట్ పెరిగేకొద్దీ, ఈ పరికరాలను షాఫ్ట్‌తో సంపర్కంలో ఉంచడం కష్టమవుతుంది, మరియు వాటిని షాఫ్ట్‌కు పట్టి ఉంచే స్ప్రింగ్ ఒత్తిడిని పెంచడం తరచుగా అవసరం అవుతుంది. దురదృష్టవశాత్తు, ముఖ్యంగా అధిక-వేగ ఆపరేషన్ విషయంలో, ఈ సంపర్క బలం పెరుగుదల వలన ఎక్కువ వేడి మరియు అరుగుదల కూడా ఏర్పడతాయి. పైన వివరించిన మెకానికల్ సీల్ ఫేస్‌లకు వర్తించే అదే హైబ్రిడ్ సూత్రాన్ని ఇక్కడ కూడా వర్తింపజేయవచ్చు, ఇక్కడ స్థిర మరియు తిరిగే భాగాల మధ్య విద్యుత్ వాహకత కోసం భౌతిక సంపర్కం అవసరం. తిరిగే షాఫ్ట్‌తో బ్రష్ లేదా సీల్ ఫేస్‌ను సంపర్కంలో ఉంచడానికి అవసరమైన స్ప్రింగ్ బలాన్ని లేదా క్లోజింగ్ బలాన్ని పెంచుతూనే, డైనమిక్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ఘర్షణను తగ్గించడానికి హైడ్రాలిక్ సిలిండర్ నుండి వచ్చే ఒత్తిడి వంటి బాహ్య ఒత్తిడిని ఉపయోగించవచ్చు.