Մեխանիկական կնիքների ուժի հավասարակշռման նոր եղանակ

Պոմպերը մեխանիկական կնիքների ամենամեծ օգտագործողներից մեկն են: Ինչպես անունն է հուշում, մեխանիկական կնիքները կոնտակտային տիպի կնիքներ են, որոնք տարբերվում են աերոդինամիկ կամ լաբիրինթոսային անհպում կնիքներից:Մեխանիկական կնիքներբնութագրվում են նաև որպես հավասարակշռված մեխանիկական կնիք կամանհավասարակշիռ մեխանիկական կնիքՍա վերաբերում է նրան, թե պրոցեսային ճնշման որ տոկոսը, եթե ընդհանրապես կա, կարող է շրջանցել անշարժ կնիքի մակերեսը։ Եթե կնիքի մակերեսը չի մղվում պտտվող մակերեսին (ինչպես մղիչ տիպի կնիքի դեպքում) կամ եթե կնքվող ճնշման տակ գտնվող պրոցեսային հեղուկը թույլ չի տրվում հասնել կնիքի մակերեսի ետևը, պրոցեսային ճնշումը կփչի կնիքի մակերեսը հետ և կբացի այն։ Կնիքի նախագծողը պետք է հաշվի առնի բոլոր շահագործման պայմանները՝ անհրաժեշտ փակման ուժով կնիքը նախագծելու համար, բայց ոչ այնքան ուժ, որ դինամիկ կնիքի մակերեսին միավորի բեռնումը չափազանց շատ ջերմություն և մաշվածություն առաջացնի։ Սա նուրբ հավասարակշռություն է, որը որոշում կամ խաթարում է պոմպի հուսալիությունը։

դինամիկ կնքման մակերեսները՝ հնարավորություն տալով բացման ուժ գործադրել ավանդական եղանակի փոխարեն
Վերևում նկարագրվածի պես՝ փակման ուժի հավասարակշռումը։ Այն չի վերացնում անհրաժեշտ փակման ուժը, բայց պոմպի նախագծողին և օգտագործողին տալիս է պտտելու մեկ այլ կոճակ՝ թույլ տալով թեթևացնել կամ բեռնաթափել կնիքի մակերեսները՝ պահպանելով անհրաժեշտ փակման ուժը, այդպիսով նվազեցնելով ջերմությունն ու մաշվածությունը՝ միաժամանակ ընդլայնելով հնարավոր շահագործման պայմանները։

Չոր գազի կնիքներ (DGS), որոնք հաճախ օգտագործվում են կոմպրեսորներում, ապահովում են բացման ուժ կնիքի մակերեսների վրա: Այս ուժը ստեղծվում է աերոդինամիկ կրողի սկզբունքով, որտեղ նուրբ պոմպային ակոսները նպաստում են գազի հոսքին կնիքի բարձր ճնշման գործընթացային կողմից դեպի ճեղքը և կնիքի մակերեսով՝ որպես անհպում հեղուկային թաղանթային կրող:

Չոր գազի կնքման մակերեսի աերոդինամիկ կրողի բացման ուժը։ Գծի թեքությունը ներկայացնում է ճեղքի կոշտությունը։ Նկատի ունեցեք, որ ճեղքը միկրոններով է։
Նույն երևույթը տեղի է ունենում նաև հիդրոդինամիկ յուղային կրողներում, որոնք հենարան են հանդիսանում մեծ կենտրոնախույս կոմպրեսորների և պոմպերի ռոտորների մեծ մասի համար, և երևում է Բենտլիի կողմից ցուցադրված ռոտորի դինամիկ էքսցենտրիկության գրաֆիկներում։ Այս էֆեկտը ապահովում է կայուն հետադարձ կանգառ և կարևոր տարր է հիդրոդինամիկ յուղային կրողների և DGS-ի հաջողության մեջ։ Մեխանիկական կնիքները չունեն այն նուրբ պոմպային ակոսները, որոնք կարող են գտնվել աերոդինամիկ DGS մակերեսում։ Կարող է լինել արտաքին ճնշման տակ գտնվող գազային կրող սկզբունքները օգտագործելու միջոց՝ փակման ուժը թեթևացնելու համար։մեխանիկական կնիքի դեմքs.

Հեղուկ-թաղանթային կրողների պարամետրերի որակական գրաֆիկները՝ կախված լիսեռի էքսցենտրիկության հարաբերակցությունից: Կոշտությունը՝ K, և մարումը՝ D, նվազագույնի են հասցվում, երբ լիսեռը գտնվում է կրողի կենտրոնում: Երբ լիսեռը մոտենում է կրողի մակերեսին, կոշտությունը և մարումը կտրուկ աճում են:

Արտաքին ճնշման տակ գտնվող աերոստատիկ գազային կրողները օգտագործում են ճնշման տակ գտնվող գազի աղբյուր, մինչդեռ դինամիկ կրողները օգտագործում են մակերեսների միջև հարաբերական շարժումը՝ ճեղքի ճնշում ստեղծելու համար: Արտաքին ճնշման տակ գտնվող տեխնոլոգիան ունի առնվազն երկու հիմնարար առավելություն: Նախ, ճնշման տակ գտնվող գազը կարող է ուղղակիորեն ներարկվել կնիքի մակերեսների միջև՝ վերահսկվող եղանակով, այլ ոչ թե գազը մղել կնիքի ճեղքի մեջ՝ մակերեսային պոմպային ակոսներով, որոնք պահանջում են շարժում: Սա հնարավորություն է տալիս առանձնացնել կնիքի մակերեսները նախքան պտտման սկսվելը: Նույնիսկ եթե մակերեսները սեղմված են, դրանք կբացվեն զրոյական շփման մեկնարկի և կանգառի համար, երբ ճնշումը ներարկվում է անմիջապես դրանց միջև: Բացի այդ, եթե կնիքը տաքանում է, հնարավոր է արտաքին ճնշման միջոցով մեծացնել ճնշումը կնիքի մակերեսին: Այդ դեպքում ճեղքը կաճի ճնշմանը համամասնորեն, բայց կտրվածքից առաջացող ջերմությունը կընկնի ճեղքի խորանարդային ֆունկցիայի վրա: Սա օպերատորին տալիս է ջերմության առաջացման դեմ պայքարելու նոր հնարավորություն:

Կոմպրեսորներն ունեն մեկ այլ առավելություն՝ հոսք չկա մակերեսի վրայով, ինչպես DGS-ում։ Դրա փոխարեն, ամենաբարձր ճնշումը կնքման մակերեսների միջև է, և արտաքին ճնշումը կհոսի մթնոլորտ կամ կարտահոսվի մեկ կողմից և կոմպրեսորի մեջ՝ մյուս կողմից։ Սա մեծացնում է հուսալիությունը՝ գործընթացը բացվածքից դուրս պահելով։ Պոմպերի դեպքում սա կարող է առավելություն չլինել, քանի որ պոմպի մեջ սեղմվող գազը մղելը կարող է անցանկալի լինել։ Պոմպերի ներսում սեղմվող գազերը կարող են առաջացնել կավիտացիա կամ օդային հարվածի խնդիրներ։ Սակայն հետաքրքիր կլիներ պոմպերի համար ունենալ ոչ շփման կամ շփումից զերծ կնքում՝ առանց պոմպի գործընթաց գազի հոսքի թերության։ Հնարավո՞ր է ունենալ արտաքին ճնշման տակ գտնվող գազի կրող՝ զրոյական հոսքով։

Փոխհատուցում
Բոլոր արտաքին ճնշման տակ գտնվող կրողներն ունեն որոշակի տեսակի փոխհատուցում: Փոխհատուցումը սահմանափակման մի ձև է, որը ճնշումը պահում է պահեստում: Փոխհատուցման ամենատարածված ձևը անցքերի օգտագործումն է, բայց կան նաև ակոսային, աստիճանային և ծակոտկեն փոխհատուցման տեխնիկաներ: Փոխհատուցումը թույլ է տալիս կրողներին կամ կնքման մակերեսներին մոտենալ միմյանց՝ առանց դիպչելու, քանի որ որքան դրանք մոտենում են, այնքան բարձր է գազի ճնշումը դրանց միջև՝ վանելով մակերեսները միմյանցից:

Որպես օրինակ, հարթ բացվածքով փոխհատուցվող գազային կրողի տակ (Նկար 3), միջինը
Ճեղքում ճնշումը հավասար կլինի կրողի վրա ընդհանուր բեռի բաժանած ճակատային մակերեսին, սա միավոր բեռ է։ Եթե այս աղբյուրի գազի ճնշումը 60 ֆունտ քառակուսի դյույմի վրա (psi) է, իսկ ճակատային մակերեսը 10 քառակուսի դյույմ է, և կա 300 ֆունտ բեռ, կրողի ճեղքում միջինը կլինի 30 psi։ Սովորաբար, ճեղքը կկազմի մոտ 0.0003 դյույմ, և քանի որ ճեղքը շատ փոքր է, հոսքը կկազմի ընդամենը մոտ 0.2 ստանդարտ խորանարդ ոտնաչափ րոպեում (scfm)։ Քանի որ ճեղքից անմիջապես առաջ կա անցք սահմանափակիչ, որը պահում է ճնշումը պահեստային վիճակում, եթե բեռը մեծանում է մինչև 400 ֆունտ, կրողի ճեղքը կրճատվում է մինչև մոտ 0.0002 դյույմ, ինչը սահմանափակում է հոսքը ճեղքով 0.1 scfm-ով։ Երկրորդ սահմանափակման այս աճը անցքի սահմանափակիչին տալիս է բավարար հոսք, որպեսզի ճեղքում միջին ճնշումը մեծանա մինչև 40 psi և դիմակայի ավելացված բեռին։

Սա կոորդինատային չափման սարքում (ԿՉՄ) հանդիպող տիպիկ բացվածքով օդային կրողի կողային կտրվածք է։ Եթե պնևմատիկ համակարգը համարվում է «փոխհատուցված կրող», այն պետք է ունենա կրողի ճեղքի սահմանափակման վերևում գտնվող սահմանափակում։
Բացվածքն ընդդեմ ծակոտկեն փոխհատուցման
Բացվածքի փոխհատուցումը փոխհատուցման ամենատարածված ձևն է։ Սովորական բացվածքը կարող է ունենալ 0.010 դյույմ անցքի տրամագիծ, բայց քանի որ այն սնուցում է մի քանի քառակուսի դյույմ տարածք, այն սնուցում է մի քանի կարգի մեծությամբ ավելի տարածք, քան ինքն է, ուստի գազի արագությունը կարող է բարձր լինել։ Հաճախ բացվածքները ճշգրտորեն կտրվում են ռուբիններից կամ շափյուղաներից՝ բացվածքի չափի էրոզիայից և, հետևաբար, կրողի աշխատանքի փոփոխություններից խուսափելու համար։ Մեկ այլ խնդիր է այն, որ 0.0002 դյույմից ցածր ճեղքերի դեպքում բացվածքի շուրջը գտնվող տարածքը սկսում է խեղդել հոսքը դեպի մակերեսի մնացած մասը, որի դեպքում տեղի է ունենում գազային թաղանթի փլուզում։ Նույնը տեղի է ունենում նաև բարձրացման ժամանակ, քանի որ միայն բացվածքի տարածքը և ցանկացած ակոսներ են հասանելի բարձրացումը սկսելու համար։ Սա հիմնական պատճառներից մեկն է, որ արտաքին ճնշման տակ գտնվող կրողները չեն երևում կնքման նախագծերում։

Սա չի վերաբերում ծակոտկեն փոխհատուցված կրողին, փոխարենը կոշտությունը շարունակում է մնալ
աճում է բեռի մեծացմանը և բացվածքի կրճատմանը զուգընթաց, ինչպես DGS-ի դեպքում (Նկար 1) և
Հիդրոդինամիկ յուղային կրողներ։ Արտաքին ճնշման տակ գտնվող ծակոտկեն կրողների դեպքում կրողը կլինի հավասարակշռված ուժի ռեժիմում, երբ մուտքային ճնշման և մակերեսի գործակիցը հավասար լինի կրողի վրա դրված ընդհանուր բեռին։ Սա հետաքրքիր տրիբոլոգիական դեպք է, քանի որ վերելքը կամ օդային բացը զրոյական են։ Կլինի զրոյական հոսք, բայց օդային ճնշման հիդրոստատիկ ուժը կրողի մակերեսի տակ գտնվող հակառակ մակերեսի վրա դեռևս թեթևացնում է ընդհանուր բեռը և հանգեցնում է շփման գրեթե զրոյական գործակցի, նույնիսկ եթե մակերեսները դեռևս շփման մեջ են։

Օրինակ, եթե գրաֆիտային կնիքի մակերեսը 10 քառակուսի դյույմ է և ունի 1000 ֆունտ փակման ուժ, իսկ գրաֆիտի շփման գործակիցը 0.1 է, ապա շարժումը սկսելու համար անհրաժեշտ կլինի 100 ֆունտ ուժ: Սակայն, երբ ծակոտկեն գրաֆիտի միջով դեպի դրա մակերեսը անցկացվի 100 psi արտաքին ճնշման աղբյուր, շարժումը սկսելու համար էապես զրոյական ուժ կպահանջվի: Սա չնայած այն հանգամանքին, որ երկու մակերեսները միմյանց սեղմող դեռևս կա 1000 ֆունտ փակման ուժ, և որ մակերեսները ֆիզիկապես շփման մեջ են:

Պարզ կրող նյութերի դաս, ինչպիսիք են՝ գրաֆիտը, ածխածինները և կերամիկան, ինչպիսիք են ալյումինան և սիլիցիումի կարբիդները, որոնք հայտնի են տուրբո արդյունաբերության մեջ և բնականաբար ծակոտկեն են, ուստի դրանք կարող են օգտագործվել որպես արտաքին ճնշման տակ գտնվող կրողներ, որոնք ոչ շփման մեջ գտնվող հեղուկային թաղանթային կրողներ են: Կա հիբրիդային ֆունկցիա, որտեղ արտաքին ճնշումն օգտագործվում է շփման ճնշումը կամ կնիքի փակման ուժը շփման մեջ գտնվող կնիքի մակերեսներում տեղի ունեցող տրիբոլոգիայից թեթևացնելու համար: Սա թույլ է տալիս պոմպի օպերատորին ինչ-որ բան կարգավորել պոմպի արտաքին մասում՝ մեխանիկական կնիքներ օգտագործելիս խնդրահարույց կիրառությունների և բարձր արագության գործողությունների հետ գործ ունենալու համար:

Այս սկզբունքը վերաբերում է նաև խոզանակներին, կոմուտատորներին, գրգռիչներին կամ ցանկացած կոնտակտային հաղորդչի, որը կարող է օգտագործվել պտտվող առարկաների վրա տվյալներ կամ էլեկտրական հոսանքներ ընդունելու կամ հանելու համար: Քանի որ ռոտորները ավելի արագ են պտտվում և սպառվում, դժվար կարող է լինել այս սարքերը լիսեռի հետ շփման մեջ պահելը, և հաճախ անհրաժեշտ է մեծացնել դրանք լիսեռին պահող զսպանակի ճնշումը: Դժբախտաբար, հատկապես բարձր արագությամբ աշխատանքի դեպքում, շփման ուժի այս աճը նաև հանգեցնում է ավելի շատ տաքացման և մաշվածության: Նույն հիբրիդային սկզբունքը, որը կիրառվել է վերը նկարագրված մեխանիկական կնքման մակերեսների վրա, կարող է կիրառվել նաև այստեղ, որտեղ ֆիզիկական շփում է պահանջվում անշարժ և պտտվող մասերի միջև էլեկտրական հաղորդունակության համար: Արտաքին ճնշումը կարող է օգտագործվել ինչպես հիդրավլիկ գլանի ճնշումը՝ դինամիկ միջերեսում շփումը նվազեցնելու համար՝ միևնույն ժամանակ մեծացնելով զսպանակի ուժը կամ փակման ուժը, որը պահանջվում է խոզանակը կամ կնքման մակերեսը պտտվող լիսեռի հետ շփման մեջ պահելու համար: