E pompe sò trà i più grandi utilizatori di guarnizioni meccaniche. Cum'è u nome suggerisce, e guarnizioni meccaniche sò guarnizioni di tipu cuntattu, differenziate da e guarnizioni senza cuntattu aerodinamiche o labirintiche.Guarnizioni meccanichesò ancu carattarizati cum'è guarnizione meccanica equilibrata oguarnizione meccanica sbilanciataQuestu si riferisce à a percentuale di, s'ellu ci n'hè, di pressione di prucessu chì pò vene daretu à a faccia di tenuta stazionaria. Se a faccia di tenuta ùn hè micca spinta contr'à a faccia rotante (cum'è in una tenuta di tipu spintore) o se u fluidu di prucessu à a pressione chì deve esse sigillatu ùn hè micca permessu di passà daretu à a faccia di tenuta, a pressione di prucessu soffierebbe a faccia di tenuta in daretu è si apre. U cuncepitore di tenute deve cunsiderà tutte e cundizioni operative per cuncepisce una tenuta cù a forza di chjusura necessaria, ma micca tanta forza chì u caricu unitariu nantu à a faccia di tenuta dinamica crea troppu calore è usura. Questu hè un equilibriu delicatu chì face o rompe l'affidabilità di a pompa.
e facce di sigillatura dinamica permettendu una forza d'apertura piuttostu chè u modu cunvinziunale di
equilibrendu a forza di chjusura, cum'è descrittu sopra. Ùn elimina micca a forza di chjusura necessaria, ma dà à u cuncepitore di a pompa è à l'utilizatore un'altra manopola da girà permettendu di sgravà o scaricà e facce di tenuta, mantenendu a forza di chjusura necessaria, riducendu cusì u calore è l'usura mentre allargendu e pussibili cundizioni operative.
Guarnizioni à gas seccu (DGS), spessu usati in i compressori, furniscenu una forza d'apertura à e facce di a guarnizione. Sta forza hè creata da un principiu di cuscinettu aerodinamicu, induve e fine scanalature di pompaggio aiutanu à incuragisce u gasu da u latu di u prucessu à alta pressione di a guarnizione, in u spaziu è attraversu a faccia di a guarnizione cum'è un cuscinettu di film fluidu senza cuntattu.
A forza d'apertura aerodinamica di u cuscinettu di una faccia di tenuta à gas seccu. A pendenza di a linea hè rappresentativa di a rigidità in un spaziu. Nutate bè chì u spaziu hè in micron.
U listessu fenomenu si verifica in i cuscinetti idrodinamichi di l'oliu chì sustenenu a maiò parte di i grandi compressori centrifughi è rotori di pompa è si vede in i grafici di eccentricità dinamica di u rotore mostrati da Bently. Questu effettu furnisce un arrestu di ritornu stabile è hè un elementu impurtante in u successu di i cuscinetti idrodinamichi di l'oliu è di i DGS. E guarnizioni meccaniche ùn anu micca e scanalature di pompaggio fini chì si puderanu truvà in una faccia DGS aerodinamica. Ci pò esse un modu per aduprà i principii di i cuscinetti à gas pressurizzati esternamente per alleggerisce a forza di chjusura da ufaccia di tenuta meccanicas.
Grafici qualitativi di i parametri di i cuscinetti fluidu-film in funzione di u rapportu di eccentricità di u ghjurnale. A rigidità, K, è u smorzamentu, D, sò minimi quandu u ghjurnale hè à u centru di u cuscinettu. Quandu u ghjurnale s'avvicina à a superficia di u cuscinettu, a rigidità è u smorzamentu aumentanu dramaticamente.
I cuscinetti di gas aerostatici pressurizati esternamente utilizanu una fonte di gas pressurizatu, mentre chì i cuscinetti dinamici utilizanu u muvimentu relativu trà e superfici per generà a pressione di u spaziu. A tecnulugia pressurizzata esternamente hà almenu dui vantaghji fundamentali. Prima, u gas pressurizatu pò esse iniettatu direttamente trà e facce di a tenuta in modu cuntrullatu invece di incuragisce u gas in u spaziu di a tenuta cù scanalature di pompaggio pocu prufonde chì richiedenu muvimentu. Questu permette di separà e facce di a tenuta prima chì a rotazione cumencia. Ancu s'è e facce sò strizzate inseme, si apriranu per partenze è arresti à attritu zero quandu a pressione hè iniettata direttamente trà di elle. Inoltre, se a tenuta hè calda, hè pussibule cù a pressione esterna aumentà a pressione à a faccia di a tenuta. U spaziu aumenterebbe allora proporzionalmente cù a pressione, ma u calore da u taglio caderebbe nantu à una funzione cubica di u spaziu. Questu dà à l'operatore una nova capacità di sfruttà contr'à a generazione di calore.
Ci hè un altru vantaghju in i compressori in quantu ùn ci hè micca flussu attraversu a faccia cum'è in un DGS. Invece, a pressione più alta hè trà e facce di tenuta, è a pressione esterna scorrerà in l'atmosfera o si sfogherà in un latu è in u compressore da l'altru latu. Questu aumenta l'affidabilità mantenendu u prucessu fora di u spaziu. In e pompe questu pò ùn esse un vantaghju postu chì pò esse indesiderabile furzà un gas comprimibile in una pompa. I gas comprimibili in l'internu di e pompe ponu causà prublemi di cavitazione o di martelli pneumatici. Seria interessante, però, avè una tenuta senza cuntattu o senza attritu per e pompe senza u svantaghju di u flussu di gas in u prucessu di a pompa. Puderia esse pussibule avè un cuscinettu di gas pressurizatu esternamente cù flussu zero?
Compensazione
Tutti i cuscinetti pressurizati esternamente anu qualchì tipu di compensazione. A compensazione hè una forma di restrizione chì mantene a pressione in riserva. A forma più cumuna di compensazione hè l'usu di orifizi, ma ci sò ancu tecniche di compensazione à scanalatura, à gradini è porosa. A compensazione permette à i cuscinetti o à e facce di tenuta di scorrere vicini senza toccassi, perchè più si avvicinanu, più alta diventa a pressione di u gas trà di elli, respingendu e facce.
Per esempiu, sottu à un cuscinettu di gasu compensatu à orifiziu pianu (Image 3), a media
A pressione in u spaziu serà uguale à u caricu tutale nantu à u cuscinettu divisu per l'area di a faccia, questu hè u caricu unitariu. Sè sta pressione di gas surgente hè di 60 libbre per pollice quadratu (psi) è a faccia hà 10 pollici quadrati di area è ci hè 300 libbre di caricu, ci serà una media di 30 psi in u spaziu di u cuscinettu. Tipicamente, u spaziu seria di circa 0,0003 pollici, è perchè u spaziu hè cusì chjucu, u flussu seria solu di circa 0,2 piedi cubi standard per minutu (scfm). Perchè ci hè un restrittore di l'orifiziu ghjustu prima di u spaziu chì mantene a pressione in riserva, sè u caricu aumenta à 400 libbre, u spaziu di u cuscinettu hè riduttu à circa 0,0002 pollici, restringendu u flussu attraversu u spaziu di 0,1 scfm. Questu aumentu di a seconda restrizione dà à u restrittore di l'orifiziu un flussu abbastanza per permette à a pressione media in u spaziu di aumentà à 40 psi è supportà u caricu aumentatu.
Questa hè una vista laterale in spaccato di un cuscinettu d'aria à orifiziu tipicu chì si trova in una macchina di misurazione à coordinate (CMM). Se un sistema pneumaticu deve esse cunsideratu un "cuscinettu compensatu", deve avè una restrizione à monte di a restrizione di u ghjocu di u cuscinettu.
Orifiziu vs. Compensazione Porosa
A compensazione di l'orifiziu hè a forma di compensazione più aduprata. Un orifiziu tipicu pò avè un diametru di u foru di 0,010 pollici, ma postu chì alimenta uni pochi di pollici quadrati di superficia, alimenta parechji ordini di grandezza in più di a superficia di sè stessu, dunque a velocità di u gasu pò esse alta. Spessu, l'orifizii sò tagliati precisamente da rubini o zaffiri per evità l'erosione di a dimensione di l'orifiziu è dunque cambiamenti in e prestazioni di u cuscinettu. Un altru prublema hè chì à spazii inferiori à 0,0002 pollici, a superficia intornu à l'orifiziu cumencia à suffucà u flussu versu u restu di a faccia, à quellu puntu si verifica u crollu di u filmu di gasu. U listessu accade à u sollevamentu, postu chì solu a superficia di l'orifiziu è qualsiasi scanalatura sò dispunibili per inizià u sollevamentu. Questa hè una di e ragioni principali per chì i cuscinetti pressurizzati esternamente ùn si vedenu micca in i piani di tenuta.
Questu ùn hè micca u casu per u cuscinettu compensatu porosu, invece a rigidità cuntinueghja à
crescenu quandu a carica aumenta è u spaziu hè riduttu, cum'è in u casu cù DGS (Image 1) è
Cuscinetti à oliu idrodinamicu. In u casu di cuscinetti porosi pressurizati esternamente, u cuscinettu serà in una modalità di forza equilibrata quandu a pressione d'ingressu moltiplicata per l'area hè uguale à u caricu tutale nantu à u cuscinettu. Questu hè un casu tribologicu interessante postu chì ùn ci hè micca portanza o spaziu d'aria. Ci serà un flussu zero, ma a forza idrostatica di a pressione di l'aria contr'à a superficia di cuntrazione sottu à a faccia di u cuscinettu alleggerisce sempre u caricu tutale è risulta in un coefficiente di attritu quasi zero, ancu s'è e facce sò sempre in cuntattu.
Per esempiu, s'è una faccia di sigillatura in grafite hà una superficia di 10 pollici quadrati è 1.000 libbre di forza di chjusura è a grafite hà un coefficientu di attritu di 0,1, ci vulerianu 100 libbre di forza per inizià u muvimentu. Ma cù una fonte di pressione esterna di 100 psi purtata attraversu a grafite porosa finu à a so faccia, ci saria essenzialmente una forza nulla necessaria per inizià u muvimentu. Questu hè malgradu u fattu chì ci sò sempre 1.000 libbre di forza di chjusura chì stringenu e duie facce inseme è chì e facce sò in cuntattu fisicu.
Una classa di materiali di cuscinetti striscianti cum'è: grafite, carboni è ceramica cum'è l'alumina è i carburi di siliciu chì sò cunnisciuti da l'industrie turbo è sò naturalmente porosi, dunque ponu esse aduprati cum'è cuscinetti pressurizati esternamente chì sò cuscinetti à film fluidu senza cuntattu. Ci hè una funzione ibrida induve a pressione esterna hè aduprata per alleggerisce a pressione di cuntattu o a forza di chjusura di a tenuta da a tribologia chì si verifica in e facce di tenuta in cuntattu. Questu permette à l'operatore di a pompa qualcosa da aghjustà fora di a pompa per trattà applicazioni problematiche è operazioni à velocità più elevata mentre usa tenute meccaniche.
Stu principiu s'applica ancu à e spazzole, i cummutatori, l'eccitatori, o qualsiasi cunduttore di cuntattu chì pò esse adupratu per piglià dati o currenti elettriche nantu à o fora di l'uggetti rotanti. Mentre i rotori giranu più velocemente è a corsa aumenta, pò esse difficiule di mantene questi dispositivi in cuntattu cù l'arburu, è hè spessu necessariu aumentà a pressione di a molla chì li tene contr'à l'arburu. Sfurtunatamente, soprattuttu in u casu di funziunamentu à alta velocità, questu aumentu di a forza di cuntattu provoca ancu più calore è usura. U listessu principiu ibridu applicatu à e facce di tenuta meccanica descritte sopra pò ancu esse applicatu quì, induve u cuntattu fisicu hè necessariu per a cunduttività elettrica trà e parti stazionarie è rotanti. A pressione esterna pò esse aduprata cum'è a pressione di un cilindru idraulicu per riduce l'attritu à l'interfaccia dinamica mentre aumenta sempre a forza di a molla o a forza di chjusura necessaria per mantene a spazzola o a faccia di tenuta in cuntattu cù l'arburu rotante.
Data di publicazione: 21 d'ottobre di u 2023