Ուժի հավասարակշռման մեխանիկական կնիքների նոր եղանակ

պոմպերը մեխանիկական կնիքների ամենամեծ օգտագործողներից են: Ինչպես ենթադրում է անունը, մեխանիկական կնիքները կոնտակտային տիպի կնիքներ են, որոնք տարբերվում են աերոդինամիկական կամ լաբիրինթոսային ոչ կոնտակտային կնիքներից։Մեխանիկական կնիքներբնութագրվում են նաև որպես հավասարակշռված մեխանիկական կնիք կամանհավասարակշիռ մեխանիկական կնիք. Սա վերաբերում է նրան, որ գործընթացի ճնշման քանի տոկոսը, եթե այդպիսիք կա, կարող է առաջանալ անշարժ կնիքի երեսի հետևում: Եթե ​​կնիքի երեսը չի մղվում պտտվող երեսին (ինչպես հրող տիպի կնիքի դեպքում) կամ պրոցեսի հեղուկը այն ճնշման տակ, որը պետք է կնքվի, չի թույլատրվում անցնել կնիքի երեսի հետևում, պրոցեսի ճնշումը հետ կփչի կնիքի երեսը: և բաց. Կնիքի դիզայները պետք է հաշվի առնի բոլոր գործառնական պայմանները՝ անհրաժեշտ փակման ուժով, բայց ոչ այնքան ուժով կնիք նախագծելու համար, որ դինամիկ կնիքի երեսին բեռնվող միավորը չափազանց շատ ջերմություն և մաշվածություն ստեղծի: Սա նուրբ հավասարակշռություն է, որը դարձնում կամ խախտում է պոմպի հուսալիությունը:

դինամիկ կնիքը նայում է բացող ուժի հնարավորություն տալով, այլ ոչ թե սովորական եղանակով
հավասարակշռելով փակման ուժը, ինչպես նկարագրված է վերևում: Այն չի վերացնում անհրաժեշտ փակման ուժը, այլ տալիս է պոմպի նախագծողին և օգտագործողին պտտելու ևս մեկ բռնակ՝ թույլ տալով բեռնաթափել կամ բեռնաթափել կնիքների երեսները՝ պահպանելով փակման անհրաժեշտ ուժը, այդպիսով նվազեցնելով ջերմությունն ու մաշվածությունը՝ ընդլայնելով հնարավոր շահագործման պայմանները:

Չոր գազի կնիքներ (DGS), որը հաճախ օգտագործվում է կոմպրեսորներում, ապահովում է բացման ուժ կնիքի երեսներին: Այս ուժը ստեղծվում է աերոդինամիկ կրող սկզբունքով, որտեղ բարակ պոմպային ակոսները օգնում են խրախուսել գազը կնիքի բարձր ճնշման պրոցեսի կողմից, դեպի բացը և կնիքի երեսի միջով, որպես ոչ կոնտակտային հեղուկի թաղանթի առանցքակալ:

Չոր գազի կնիքի երեսի աերոդինամիկ առանցքակալի բացման ուժը: Գծի թեքությունը ներկայացնում է բացվածքի կոշտությունը: Նշենք, որ բացը միկրոններով է:
Նույն երևույթը տեղի է ունենում հիդրոդինամիկ յուղի առանցքակալներում, որոնք ապահովում են կենտրոնախույս կոմպրեսորների և պոմպային ռոտորների մեծ մասը, և երևում է ռոտորի դինամիկ էքսցենտրիկության սյուժեներում, որոնք ցուցադրված են Bently-ով։ . Մեխանիկական կնիքները չունեն այնպիսի նուրբ պոմպային ակոսներ, որոնք կարող են հայտնաբերվել աերոդինամիկ DGS երեսում: Կարող է լինել արտաքին ճնշման տակ գտնվող գազի կրող սկզբունքների կիրառման միջոց՝ փակման ուժը չկշռելու համար:մեխանիկական կնիքի դեմքըs.

Հեղուկ թաղանթ կրող պարամետրերի որակական սյուժեներ՝ ընդդեմ ամսագրի էքսցենտրիկության հարաբերակցության: Կոշտությունը՝ K և խոնավացումը՝ D, նվազագույն են, երբ մատյանը գտնվում է առանցքակալի կենտրոնում: Քանի որ ամսագիրը մոտենում է կրող մակերեսին, կոշտությունը և խոնավությունը կտրուկ աճում են:

Արտաքին ճնշման տակ գտնվող աերոստատիկ գազի առանցքակալներն օգտագործում են ճնշված գազի աղբյուր, մինչդեռ դինամիկ առանցքակալները օգտագործում են մակերևույթների միջև հարաբերական շարժումը բացերի ճնշում առաջացնելու համար: Արտաքին ճնշման տակ գտնվող տեխնոլոգիան ունի առնվազն երկու հիմնական առավելություն. Նախ, ճնշված գազը կարող է ուղղակիորեն ներարկվել կնիքի երեսների միջև՝ վերահսկվող եղանակով, այլ ոչ թե գազը խրախուսելու դեպի կնիքի բացը մակերեսային պոմպային ակոսներով, որոնք պահանջում են շարժում: Սա հնարավորություն է տալիս առանձնացնել կնիքի երեսները նախքան պտույտը սկսելը: Նույնիսկ եթե երեսները սեղմվեն իրար, դրանք կբացվեն, որպեսզի զրոյական շփում սկսվի և դադարի, երբ ճնշումը ներարկվի անմիջապես նրանց միջև: Բացի այդ, եթե կնիքը տաք է, արտաքին ճնշմամբ հնարավոր է բարձրացնել ճնշումը կնիքի երեսին: Այնուհետև այդ բացը կմեծանա ճնշման հետ համաչափ, բայց կտրվածքից ստացվող ջերմությունը կնվազի բացվածքի խորանարդային ֆունկցիայի վրա: Սա օպերատորին տալիս է ջերմության առաջացման դեմ լծակներ օգտագործելու նոր հնարավորություն:

Կոմպրեսորների մեկ այլ առավելություն կա, քանի որ երեսի վրայով հոսք չկա, ինչպես կա DGS-ում: Փոխարենը, ամենաբարձր ճնշումը գտնվում է կնիքի երեսների միջև, և արտաքին ճնշումը հոսելու է մթնոլորտ կամ օդափոխություն մի կողմից, իսկ մյուս կողմից՝ կոմպրեսոր: Սա մեծացնում է հուսալիությունը՝ գործընթացը բաց թողնելով: Պոմպերում դա կարող է առավելություն չլինել, քանի որ կարող է անցանկալի լինել սեղմվող գազը պոմպ մտցնելը: Պոմպերի ներսում սեղմվող գազերը կարող են առաջացնել կավիտացիայի կամ օդային մուրճի հետ կապված խնդիրներ: Հետաքրքիր կլիներ, սակայն, պոմպերի համար ունենալ չշփվող կամ շփումից զերծ կնիք՝ առանց գազի հոսքի թերության պոմպի գործընթացում: Հնարավո՞ր է արդյոք արտաքին ճնշման տակ գտնվող գազի առանցքակալ ունենալ զրոյական հոսքով:

Փոխհատուցում
Արտաքին ճնշման տակ գտնվող բոլոր առանցքակալներն ունեն որոշակի փոխհատուցում: Փոխհատուցումը սահմանափակման ձև է, որը հետ է պահում ճնշումը պահուստում: Փոխհատուցման ամենատարածված ձևը բացվածքների օգտագործումն է, սակայն կան նաև ակոս, քայլ և ծակոտկեն փոխհատուցման տեխնիկա: Փոխհատուցումը հնարավորություն է տալիս առանցքակալներին կամ կնիքի երեսներին մոտենալ իրար՝ առանց դիպչելու, քանի որ որքան մոտենում են դրանք, այնքան բարձրանում է գազի ճնշումը նրանց միջև՝ վանելով երեսները միմյանցից:

Որպես օրինակ, հարթ բացվածքի տակ փոխհատուցվող գազի կրող (Պատկեր 3), միջին
Ճեղքում ճնշումը հավասար կլինի առանցքակալի ընդհանուր բեռնվածությանը, որը բաժանված է դեմքի մակերեսով, սա միավորի բեռնում է: Եթե ​​այս աղբյուրի գազի ճնշումը 60 ֆունտ է մեկ քառակուսի դյույմով (psi), իսկ դեմքը ունի 10 քառակուսի դյույմ տարածք և կա 300 ֆունտ բեռ, ապա կրող բացվածքում կլինի միջինը 30 psi: Սովորաբար, բացը կլինի մոտ 0,0003 դյույմ, և քանի որ բացը շատ փոքր է, հոսքը կկազմի ընդամենը մոտ 0,2 ստանդարտ խորանարդ ֆուտ րոպեում (scfm): Քանի որ բացվածքից անմիջապես առաջ կա բացվածքի սահմանափակիչ, որը ետ պահում է ճնշումը ռեզերվում, եթե բեռը մեծանում է մինչև 400 ֆունտ, կրող բացը կրճատվում է մինչև մոտ 0,0002 դյույմ՝ սահմանափակելով հոսքը բացվածքի միջով 0,1 scfm-ով: Երկրորդ սահմանափակման այս աճը բացվածքի սահմանափակիչին տալիս է բավականաչափ հոսք, որը թույլ կտա միջանցքում միջին ճնշումը բարձրացնել մինչև 40 psi և աջակցել ավելացած բեռին:

Սա կոորդինատների չափիչ մեքենայում (CMM) տիպիկ բացվածքով օդային առանցքակալի կտրված կողային տեսք է: Եթե ​​օդաճնշական համակարգը պետք է համարվի «փոխհատուցվող առանցքակալ», ապա այն պետք է ունենա սահմանափակող առանցքակալի բացվածքի սահմանափակումից վեր:
Orifice ընդդեմ ծակոտկեն փոխհատուցման
Բացքի փոխհատուցումը փոխհատուցման առավել լայնորեն օգտագործվող ձևն է Տիպիկ բացվածքը կարող է ունենալ 0,010 դյույմ անցքի տրամագիծ, բայց քանի որ այն կերակրում է մի քանի քառակուսի դյույմ տարածք, այն սնուցում է մի քանի կարգի մեծության ավելի շատ տարածք, քան ինքն իրեն, հետևաբար արագությունը: գազի քանակը կարող է բարձր լինել: Հաճախ բացվածքները ճշգրտորեն կտրվում են սուտակներից կամ շափյուղաներից, որպեսզի խուսափեն բացվածքի չափսերի էրոզիայից և, հետևաբար, առանցքակալի աշխատանքի փոփոխությունից: Մեկ այլ խնդիր այն է, որ 0,0002 դյույմից ցածր բացվածքների դեպքում բացվածքի շրջակայքը սկսում է խեղդել հոսքը դեպի դեմքի մնացած հատվածը, այդ պահին տեղի է ունենում գազի թաղանթի փլուզում: Նույնը տեղի է ունենում բարձրացման ժամանակ, քանի որ միայն հատվածի տարածքը: բացվածքը և ցանկացած ակոս հասանելի են վերելքը սկսելու համար: Սա հիմնական պատճառներից մեկն է, որ արտաքին ճնշման տակ գտնվող առանցքակալները չեն երևում կնիքների հատակագծերում:

Դա այդպես չէ ծակոտկեն փոխհատուցվող առանցքակալի դեպքում, փոխարենը կոշտությունը շարունակում է մնալ
աճում է, երբ բեռը մեծանում է, և բացը կրճատվում է, ճիշտ ինչպես DGS-ի դեպքում (Պատկեր 1) և
հիդրոդինամիկ նավթի առանցքակալներ. Արտաքին ճնշման տակ գտնվող ծակոտկեն առանցքակալների դեպքում առանցքակալը կլինի հավասարակշռված ուժի ռեժիմում, երբ մուտքային ճնշման տարածքը հավասար է առանցքակալի ընդհանուր բեռին: Սա հետաքրքիր տրիբոլոգիական դեպք է, քանի որ կա զրոյական վերելակ կամ օդային բաց: Կլինի զրոյական հոսք, բայց օդի ճնշման հիդրոստատիկ ուժը առանցքակալի երեսի տակ գտնվող մակերևույթի վրա դեռևս չի կշռում ընդհանուր բեռը և հանգեցնում է շփման գրեթե զրոյական գործակցի, թեև երեսները դեռ շփվում են:

Օրինակ, եթե գրաֆիտի կնիքի երեսն ունի 10 քառակուսի դյույմ տարածք և 1000 ֆունտ փակման ուժ, իսկ գրաֆիտն ունի շփման գործակից 0,1, շարժում սկսելու համար կպահանջվի 100 ֆունտ ուժ: Բայց երբ արտաքին ճնշման աղբյուրը 100 psi է, որը տեղափոխվում է ծակոտկեն գրաֆիտի միջով դեպի իր երեսը, շարժումը սկսելու համար էապես զրոյական ուժ կպահանջվի: Սա չնայած այն հանգամանքին, որ դեռևս կա 1000 ֆունտ փակող ուժ, որը սեղմում է երկու դեմքերը, և որ դեմքերը ֆիզիկական շփման մեջ են:

Պարզ կրող նյութերի դաս, ինչպիսիք են՝ գրաֆիտը, ածխածինները և կերամիկաները, ինչպիսիք են ալյումինը և սիլիցիումի կարբիդները, որոնք հայտնի են տուրբո արդյունաբերությանը և բնական ծակոտկեն են, ուստի դրանք կարող են օգտագործվել որպես արտաքին ճնշման առանցքակալներ, որոնք հեղուկ թաղանթային առանցքակալներ են: Գոյություն ունի հիբրիդային ֆունկցիա, որտեղ արտաքին ճնշումն օգտագործվում է կոնտակտային ճնշումը կամ կնիքի փակման ուժը չկշռելու համար այն տրիբոլոգիայից, որը տեղի է ունենում շփվող կնիքի երեսներում: Սա թույլ է տալիս պոմպի օպերատորին ինչ-որ բան կարգավորել պոմպից դուրս՝ մեխանիկական կնիքների օգտագործման ժամանակ խնդրահարույց հավելվածների և ավելի բարձր արագության գործառնությունների հետ լուծելու համար:

Այս սկզբունքը կիրառվում է նաև խոզանակների, կոմուտատորների, գրգռիչների կամ ցանկացած կոնտակտային հաղորդիչի նկատմամբ, որը կարող է օգտագործվել տվյալների կամ էլեկտրական հոսանքները վերցնելու կամ անջատելու համար պտտվող առարկաները: Քանի որ ռոտորներն ավելի արագ են պտտվում և սպառվում են, այդ սարքերը կարող է դժվար լինել լիսեռի հետ կապի մեջ պահելը, և հաճախ անհրաժեշտ է լինում բարձրացնել զսպանակային ճնշումը՝ դրանք պահելով լիսեռի վրա: Ցավոք սրտի, հատկապես բարձր արագությամբ շահագործման դեպքում, շփման ուժի այս աճը հանգեցնում է նաև ավելի շատ ջերմության և մաշվածության: Նույն հիբրիդային սկզբունքը, որը կիրառվում է վերը նկարագրված մեխանիկական կնիքների դեմքերի վրա, կարող է կիրառվել նաև այստեղ, որտեղ ֆիզիկական շփումը պահանջվում է էլեկտրական հաղորդունակության համար անշարժ և պտտվող մասերի միջև: Արտաքին ճնշումը կարող է օգտագործվել հիդրավլիկ բալոնի ճնշման պես՝ դինամիկ միջերեսում շփումը նվազեցնելու համար՝ միաժամանակ ավելացնելով զսպանակային ուժը կամ փակման ուժը, որն անհրաժեշտ է խոզանակի կամ կնիքի դեմքը պտտվող լիսեռի հետ շփման մեջ պահելու համար: