Mechanical Seal
مکانیکال سیل

اصول آب بندی پمپ سیال

برای رفع این چالش باید بین شفت و محفظه پمپ آب بندی وجود داشته باشد که بتواند فشار فرآیند پمپاژ شده را مهار کند و اصطکاک ناشی از چرخش شفت را تحمل کند.

روش های سنتی

قبل از بررسی نحوه عملکرد مکانیکال سیل ها، درک روش های دیگر تشکیل این آب بندها مهم است. یکی از این روش ها که هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، گلند پکینگ است.
گلند پکینگ یک ماده بافته شده و طناب مانند است که در اطراف شفت بسته می شود. شکاف بین شفت و محفظه پمپ را از نظر فیزیکی پر می کند.
گلند پکینگ هنوز معمولاً در بسیاری از برنامه ها مورد استفاده قرار می گیرد، با این حال کاربران به طور فزاینده ای از مکانیکال سیل ها به دلایل زیر استفاده می کنند.
-اصطکاک چرخش شفت با گذشت زمان در پکینگ از بین می رود که منجر به افزایش نشتی تا تنظیم یا گلند پکینگ مجدد می شود.
اصطکاک شفت همچنین به این معنی است که پکینگ نیز باید با حجم زیادی آب شسته شود تا خنک بماند.
گلند پکینگ ها باید به شفت فشار بیاورد تا نشتی را کاهش دهد. این بدان معنی است که پمپ به نیروی محرکه بیشتری برای چرخاندن شفت نیاز دارد و انرژی را هدر می دهد.
از آنجا که گلند پکینگ ها نیاز به تماس با شفت دارد، در نهایت شیاری در آن ایجاد می شود که تعمیر یا تعویض آن می تواند هزینه بر باشد.

مکانیکال سیال‌ها برای غلبه بر این معایب طراحی شده اند

طراح (Design)

مکانیکال سیل پایه شامل سه نقطه آب بندی است.
قسمت ثابت آب بند با یک قید ثابت به محفظه پمپ نصب می شود. این ممکن است با یک حلقه اورینگ یا واشر بسته شده بین قسمت ثابت و محفظه پمپ آب بندی شود.
(در زیر با رنگ قرمز مشخص شده، قسمت ثابت سمت چپ و قسمت چرخشی سمت راست)

قسمت چرخشی سیل معمولاً با یک اورینگ بر روی شفت سیل می شود. این نقطه سیل را می توان ثابت در نظر گرفت زیرا این قسمت از سیل همراه با شفت می چرخد.

مکانیکال سیل خود رابط بین بخش های ثابت و چرخشی آب بند است.

یک قسمت آب بندی، چه در بخش استاتیکی یا چرخشی، همیشه به صورت انعطاف پذیر نصب شده و دارای فنر است تا هرگونه انحراف شفت کوچک، حرکت شفت به دلیل تحمل یاتاقان ها و تراز خارج از عمود به دلیل تلورانس های تولید را در خود جای دهد.

نقاط آب بندی (Sealing Points)

در حالی که دو مورد از نقاط آب بندی در طراحی مکانیکال سیل ها ثابت ساده هستند، آب بندی بین اعضای دوار و ثابت نیاز به توجه بیشتری دارد. این آب بندی اولیه اساس تمام طراحی مکانیکال سیل ها است و برای اثربخشی آن ضروری است.
آب بندی اولیه اساساً یک یاتاقان عمودی فنری است، متشکل از دو وجه بسیار مسطح، یکی ثابت، یکی چرخان که در برابر یکدیگر قرار دارند. سطوح آب بند با استفاده از ترکیبی از نیروی هیدرولیک از سیال آب بندی شده و نیروی فنر طراحی شده به هم فشار داده می شوند. به این ترتیب یک ناحیه آب بند برای جلوگیری از نشت فرآیند بین نواحی دوار (شفت) و مناطق ثابت پمپ تشکیل می شود.
اگر سطوح آب بندی بدون روانکاری در مقابل یکدیگر بچرخند، فرسوده می شوند و به دلیل اصطکاک و تولید گرما به سرعت از بین می روند. به همین دلیل نوعی روانکاری بین سطح آب بند دوار و ثابت مورد نیاز است. این به عنوان فیلم سیال شناخته می شود.

فیلم سیال (Fluid Film)

در بیشتر مکانیکال سیلها ، با حفظ یک لایه نازک مایع بین سطوح آب بند، وجه ها روغن کاری می شوند. این فیلم می تواند از سیال فرآیند پمپاژ شده یا از یک منبع خارجی باشد.
نیاز به فیلم سیال بین وجه‌ها یک چالش طراحی را ایجاد می‌کند. که اجازه می‌دهد روان‌کننده کافی بین وجه‌های آب‌بند جریان داشته باشد بدون اینکه آب‌بند مقدار غیرقابل قبولی از سیال فرآیند نشت کند و همچنین باعث تمیز بودن و جلوگیری از وجود آلاینده‌هایی در بین وجه‌ها آب‌بند می شوند.
این امر با حفظ فاصله دقیق بین سطوح به مقدار کم که اجازه می دهد از بین سطوح عبور و آلاینده ها را پاکسازی کند.

فاصله بین وجه ها در یک مکانیکال سیل معمولی به اندازه 1 میکرون است یا 75 برابر باریکتر از موی انسان. از آنجایی که شکاف بسیار ریز است، ذرات که در غیر این صورت به سطوح مهر و موم آسیب می‌رسانند، نمی‌توانند وارد شوند، و مقدار مایعی که از این فضا نشت می‌کند به قدری کم است که به صورت بخار به نظر می‌رسد( حدود ½ قاشق چای‌خوری در روز در یک برنامه معمولی).

این ریز شکاف با استفاده از فنرها و نیروی هیدرولیک برای فشار دادن سطوح آب بند به هم حفظ می شود، در حالی که فشار مایع بین وجه ها (فیلم سیال) آنها را از هم جدا می کند.
بدون فشاری که آنها را از هم جدا می کند، دو وجه آب بند کاملاً در تماس خواهند بود، این به عنوان دویدن خشک شناخته می شود و منجر به شکست سریع آب بندی می شود.

بدون فشار فرآیند (و نیروی فنرها) که سطح ها را به هم فشار می دهد، سطوح آب بند بیش از حد از هم جدا می شوند و اجازه می دهند مایع به بیرون نشت کند.

نشتی (Leakage)

وقتی در مورد نشتی صحبت می کنیم به نشت قابل مشاهده آب بند اشاره می کنیم. این به این دلیل است که همانطور که در بالا توضیح داده شد، یک فیلم سیال بسیار نازک دو سطح آب بند را از یکدیگر جدا نگه می دارد. با حفظ یک شکاف میکرو، یک مسیر نشتی ایجاد می‌شود که باعث می‌شود یک مکانیکال سیل کاملاً عاری از نشتی نباشد. با این حال، آنچه می‌توانیم بگوییم این است که برخلاف گلند پکینگ، میزان نشتی روی یک مکانیکال سیل باید آنقدر کم باشد که از نظر بصری غیرقابل تشخیص باشد.

گالری محصول