યાંત્રિક સીલને બળ સંતુલિત કરવાની એક નવી રીત

પંપ યાંત્રિક સીલના સૌથી મોટા વપરાશકર્તાઓમાંના એક છે. જેમ નામ સૂચવે છે, યાંત્રિક સીલ એ સંપર્ક-પ્રકારની સીલ છે, જે એરોડાયનેમિક અથવા ભુલભુલામણી બિન-સંપર્ક સીલથી અલગ પડે છે.યાંત્રિક સીલસંતુલિત યાંત્રિક સીલ તરીકે પણ વર્ગીકૃત થયેલ છે અથવાઅસંતુલિત યાંત્રિક સીલ. આનો અર્થ એ થાય કે સ્થિર સીલ ફેસ પાછળ કેટલા ટકા, જો કોઈ હોય તો, પ્રક્રિયા દબાણ આવી શકે છે. જો સીલ ફેસને સ્પિનિંગ ફેસ (જેમ કે પુશર-પ્રકારની સીલમાં) સામે દબાણ કરવામાં ન આવે અથવા સીલ કરવાની જરૂર હોય તેવા દબાણ પર પ્રક્રિયા પ્રવાહીને સીલ ફેસની પાછળ જવા દેવામાં ન આવે, તો પ્રક્રિયા દબાણ સીલ ફેસને પાછળ ફેંકી દેશે અને ખુલશે. સીલ ડિઝાઇનરે જરૂરી ક્લોઝિંગ ફોર્સ સાથે સીલ ડિઝાઇન કરવા માટે બધી ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે પરંતુ એટલી બધી ફોર્સ નહીં કે ડાયનેમિક સીલ ફેસ પર યુનિટ લોડ થવાથી ખૂબ ગરમી અને ઘસારો થાય. આ એક નાજુક સંતુલન છે જે પંપ વિશ્વસનીયતા બનાવે છે અથવા તોડે છે.

ગતિશીલ સીલ પરંપરાગત રીતને બદલે ઓપનિંગ ફોર્સને સક્ષમ કરીને સામનો કરે છે
ઉપર વર્ણવ્યા મુજબ, બંધ બળને સંતુલિત કરવું. તે જરૂરી બંધ બળને દૂર કરતું નથી પરંતુ પંપ ડિઝાઇનર અને વપરાશકર્તાને સીલ ફેસનું વજન ઓછું કરીને અથવા અનલોડ કરીને ફેરવવા માટે બીજો નોબ આપે છે, જ્યારે જરૂરી બંધ બળ જાળવી રાખે છે, આમ ગરમી અને ઘસારો ઘટાડે છે અને શક્ય ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓને વિસ્તૃત કરે છે.

ડ્રાય ગેસ સીલ (DGS)કોમ્પ્રેસરમાં વારંવાર ઉપયોગમાં લેવાતા, સીલના ચહેરા પર એક ઓપનિંગ ફોર્સ પ્રદાન કરે છે. આ ફોર્સ એરોડાયનેમિક બેરિંગ સિદ્ધાંત દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, જ્યાં બારીક પમ્પિંગ ગ્રુવ્સ સીલના ઉચ્ચ-દબાણ પ્રક્રિયા બાજુથી, ગેપમાં અને સીલના ચહેરા પર બિન-સંપર્ક પ્રવાહી ફિલ્મ બેરિંગ તરીકે ગેસને પ્રોત્સાહન આપવામાં મદદ કરે છે.

ડ્રાય ગેસ સીલ ફેસનું એરોડાયનેમિક બેરિંગ ઓપનિંગ ફોર્સ. લાઇનનો ઢાળ ગેપ પરની જડતા દર્શાવે છે. નોંધ કરો કે ગેપ માઇક્રોનમાં છે.
આ જ ઘટના હાઇડ્રોડાયનેમિક ઓઇલ બેરિંગ્સમાં જોવા મળે છે જે મોટાભાગના મોટા સેન્ટ્રીફ્યુગલ કોમ્પ્રેસર અને પંપ રોટર્સને સપોર્ટ કરે છે અને બેન્ટલી દ્વારા દર્શાવવામાં આવેલા રોટર ડાયનેમિક એક્સેન્ટ્રિસીટી પ્લોટમાં જોવા મળે છે. આ અસર સ્થિર બેક સ્ટોપ પ્રદાન કરે છે અને હાઇડ્રોડાયનેમિક ઓઇલ બેરિંગ્સ અને DGS ની સફળતામાં એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ છે. યાંત્રિક સીલમાં એરોડાયનેમિક DGS ફેસમાં મળી શકે તેવા બારીક પમ્પિંગ ગ્રુવ્સ હોતા નથી. ક્લોઝિંગ ફોર્સને વજન ઘટાડવા માટે બાહ્ય દબાણયુક્ત ગેસ બેરિંગ સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરવાની કોઈ રીત હોઈ શકે છે.યાંત્રિક સીલ ફેસs.

પ્રવાહી-ફિલ્મ બેરિંગ પરિમાણો વિરુદ્ધ જર્નલ વિષમતા ગુણોત્તરના ગુણાત્મક પ્લોટ. જ્યારે જર્નલ બેરિંગના કેન્દ્રમાં હોય ત્યારે જડતા, K, અને ડેમ્પિંગ, D, ન્યૂનતમ હોય છે. જેમ જેમ જર્નલ બેરિંગ સપાટીની નજીક આવે છે, તેમ તેમ જડતા અને ડેમ્પિંગ નાટકીય રીતે વધે છે.

બાહ્ય દબાણયુક્ત એરોસ્ટેટિક ગેસ બેરિંગ્સ દબાણયુક્ત ગેસના સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે ગતિશીલ બેરિંગ્સ સપાટીઓ વચ્ચેની સંબંધિત ગતિનો ઉપયોગ ગેપ પ્રેશર ઉત્પન્ન કરવા માટે કરે છે. બાહ્ય દબાણયુક્ત ટેકનોલોજીના ઓછામાં ઓછા બે મૂળભૂત ફાયદા છે. પ્રથમ, દબાણયુક્ત ગેસને સીલ ગેપમાં ગેસને પ્રોત્સાહન આપવાને બદલે નિયંત્રિત રીતે સીલ ફેસ વચ્ચે સીધો ઇન્જેક્ટ કરી શકાય છે. છીછરા પમ્પિંગ ગ્રુવ્સ સાથે જેને ગતિની જરૂર હોય છે. આ પરિભ્રમણ શરૂ થાય તે પહેલાં સીલ ફેસને અલગ કરવાનું શક્ય બનાવે છે. જો ફેસ એકસાથે જોડવામાં આવે તો પણ, તેઓ શૂન્ય ઘર્ષણ શરૂ થાય છે અને જ્યારે તેમની વચ્ચે સીધું દબાણ ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે ત્યારે બંધ થઈ જાય છે. વધુમાં, જો સીલ ગરમ ચાલી રહી હોય, તો બાહ્ય દબાણથી સીલના ચહેરા પર દબાણ વધારવું શક્ય છે. પછી ગેપ દબાણ સાથે પ્રમાણસર વધશે, પરંતુ શીયરમાંથી ગરમી ગેપના ક્યુબ ફંક્શન પર પડશે. આ ઓપરેટરને ગરમી ઉત્પન્ન થવા સામે લાભ મેળવવાની નવી ક્ષમતા આપે છે.

કોમ્પ્રેસરમાં બીજો ફાયદો એ છે કે DGS જેવો કોઈ પ્રવાહ નથી હોતો. તેના બદલે, સીલ ફેસ વચ્ચે સૌથી વધુ દબાણ હોય છે, અને બાહ્ય દબાણ વાતાવરણમાં વહે છે અથવા એક બાજુ વેન્ટ થશે અને બીજી બાજુથી કોમ્પ્રેસરમાં જશે. આ પ્રક્રિયાને ગેપથી દૂર રાખીને વિશ્વસનીયતામાં વધારો કરે છે. પંપમાં આ ફાયદો ન પણ હોય કારણ કે પંપમાં દબાણપૂર્વક સંકુચિત ગેસ દાખલ કરવો અનિચ્છનીય હોઈ શકે છે. પંપની અંદર સંકુચિત વાયુઓ પોલાણ અથવા હવાના ધણની સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે. જોકે, પંપ પ્રક્રિયામાં ગેસ પ્રવાહના ગેરલાભ વિના પંપ માટે બિન-સંપર્ક અથવા ઘર્ષણ-મુક્ત સીલ હોવું રસપ્રદ રહેશે. શું શૂન્ય પ્રવાહ સાથે બાહ્ય દબાણયુક્ત ગેસ બેરિંગ હોવું શક્ય છે?

વળતર
બધા બાહ્ય દબાણવાળા બેરિંગ્સમાં કોઈને કોઈ પ્રકારનું વળતર હોય છે. વળતર એ એક પ્રકારનું પ્રતિબંધ છે જે દબાણને અનામત રાખે છે. વળતરનું સૌથી સામાન્ય સ્વરૂપ છિદ્રોનો ઉપયોગ છે, પરંતુ ગ્રુવ, સ્ટેપ અને છિદ્રાળુ વળતર તકનીકો પણ છે. વળતર બેરિંગ્સ અથવા સીલ ફેસને સ્પર્શ કર્યા વિના એકબીજાની નજીક ચલાવવા માટે સક્ષમ બનાવે છે, કારણ કે તેઓ જેટલા નજીક આવે છે, તેમની વચ્ચે ગેસનું દબાણ તેટલું વધારે થાય છે, જે ફેસને અલગ કરે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, ફ્લેટ ઓરિફિસ કમ્પેન્સેટેડ ગેસ બેરિંગ હેઠળ (છબી 3), સરેરાશ
ગેપમાં દબાણ બેરિંગ પરના કુલ ભારને ફેસ એરિયા દ્વારા વિભાજીત કરીને બરાબર થશે, આ યુનિટ લોડિંગ છે. જો આ સ્ત્રોત ગેસનું દબાણ 60 પાઉન્ડ પ્રતિ ચોરસ ઇંચ (psi) હોય અને ફેસમાં 10 ચોરસ ઇંચ ક્ષેત્રફળ હોય અને 300 પાઉન્ડ ભાર હોય, તો બેરિંગ ગેપમાં સરેરાશ 30 psi હશે. સામાન્ય રીતે, ગેપ લગભગ 0.0003 ઇંચ હશે, અને ગેપ ખૂબ નાનો હોવાથી, પ્રવાહ ફક્ત 0.2 સ્ટાન્ડર્ડ ક્યુબિક ફીટ પ્રતિ મિનિટ (scfm) હશે. કારણ કે ગેપ પહેલા એક ઓરિફિસ રિસ્ટ્રિક્ટર હોય છે જે રિઝર્વમાં દબાણને પાછું રાખે છે, જો લોડ 400 પાઉન્ડ સુધી વધે છે તો બેરિંગ ગેપ લગભગ 0.0002 ઇંચ સુધી ઘટી જાય છે, જે ગેપમાંથી પ્રવાહને 0.1 scfm સુધી ઘટાડીને પ્રતિબંધિત કરે છે. બીજા પ્રતિબંધમાં આ વધારો ઓરિફિસ રિસ્ટ્રિક્ટરને પૂરતો પ્રવાહ આપે છે જેથી ગેપમાં સરેરાશ દબાણ 40 psi સુધી વધી શકે અને વધેલા ભારને ટેકો આપી શકે.

આ કોઓર્ડિનેટ મેઝરિંગ મશીન (CMM) માં જોવા મળતા લાક્ષણિક ઓરિફિસ એર બેરિંગનો કટઅવે સાઇડ વ્યૂ છે. જો ન્યુમેટિક સિસ્ટમને "કમ્પેનસ્ડ બેરિંગ" ગણવી હોય તો તેમાં બેરિંગ ગેપ રિસ્ટ્રિક્શનના ઉપરના ભાગમાં રિસ્ટ્રિક્શન હોવું જરૂરી છે.
છિદ્ર વિરુદ્ધ છિદ્રાળુ વળતર
ઓરિફિસ વળતર એ વળતરનો સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતો પ્રકાર છે. એક સામાન્ય ઓરિફિસનો છિદ્ર વ્યાસ .010 ઇંચ હોઈ શકે છે, પરંતુ તે થોડા ચોરસ ઇંચ વિસ્તારને ખવડાવી રહ્યું હોવાથી, તે તેના કરતા ઘણા વધુ તીવ્રતાના વિસ્તારને ખવડાવી રહ્યું છે, તેથી ગેસનો વેગ વધુ હોઈ શકે છે. ઘણીવાર, ઓરિફિસને માણેક અથવા નીલમથી ચોક્કસ રીતે કાપવામાં આવે છે જેથી ઓરિફિસના કદનું ધોવાણ ટાળી શકાય અને તેથી બેરિંગની કામગીરીમાં ફેરફાર થાય. બીજી સમસ્યા એ છે કે 0.0002 ઇંચથી ઓછા ગાબડા પર, ઓરિફિસની આસપાસનો વિસ્તાર બાકીના ચહેરા તરફના પ્રવાહને અટકાવવાનું શરૂ કરે છે, જે સમયે ગેસ ફિલ્મનું પતન થાય છે. લિફ્ટ ઓફ કરતી વખતે પણ આવું જ થાય છે, કારણ કે ફક્ત ઓરિફિસનો વિસ્તાર અને લિફ્ટ શરૂ કરવા માટે કોઈપણ ખાંચો ઉપલબ્ધ હોય છે. સીલ પ્લાનમાં બાહ્ય રીતે દબાણયુક્ત બેરિંગ્સ દેખાતા નથી તેનું આ એક મુખ્ય કારણ છે.

છિદ્રાળુ વળતરવાળા બેરિંગ માટે આ કેસ નથી, તેના બદલે કઠોરતા ચાલુ રહે છે
જેમ જેમ ભાર વધે છે અને ગેપ ઘટે છે તેમ તેમ વધારો થાય છે, જેમ DGS (છબી 1) અને
હાઇડ્રોડાયનેમિક ઓઇલ બેરિંગ્સ. બાહ્ય દબાણવાળા છિદ્રાળુ બેરિંગ્સના કિસ્સામાં, જ્યારે ઇનપુટ દબાણનો ગુણોત્તર વિસ્તાર બેરિંગ પરના કુલ ભાર જેટલો હશે ત્યારે બેરિંગ સંતુલિત બળ સ્થિતિમાં હશે. આ એક રસપ્રદ ટ્રાયબોલોજિકલ કેસ છે કારણ કે ત્યાં શૂન્ય લિફ્ટ અથવા એર ગેપ હશે. શૂન્ય પ્રવાહ હશે, પરંતુ બેરિંગના ચહેરા હેઠળ કાઉન્ટર સપાટી સામે હવાના દબાણનું હાઇડ્રોસ્ટેટિક બળ હજુ પણ કુલ ભારને ઓછું કરે છે અને ઘર્ષણના લગભગ શૂન્ય ગુણાંકમાં પરિણમે છે - ભલે ચહેરા હજુ પણ સંપર્કમાં હોય.

ઉદાહરણ તરીકે, જો ગ્રેફાઇટ સીલ ફેસનું ક્ષેત્રફળ 10 ચોરસ ઇંચ અને 1,000 પાઉન્ડ બંધ બળ હોય અને ગ્રેફાઇટમાં ઘર્ષણ ગુણાંક 0.1 હોય, તો તેને ગતિ શરૂ કરવા માટે 100 પાઉન્ડ બળની જરૂર પડશે. પરંતુ છિદ્રાળુ ગ્રેફાઇટ દ્વારા તેના ફેસ પર 100 psi ના બાહ્ય દબાણ સ્ત્રોત સાથે, ગતિ શરૂ કરવા માટે આવશ્યકપણે શૂન્ય બળની જરૂર પડશે. આ એ હકીકત હોવા છતાં છે કે બે ફેસને એકસાથે દબાવવા માટે હજુ પણ 1,000 પાઉન્ડ બંધ બળ છે અને ફેસ ભૌતિક સંપર્કમાં છે.

સાદા બેરિંગ મટિરિયલ્સનો એક વર્ગ જેમ કે: ગ્રેફાઇટ, કાર્બન અને સિરામિક્સ જેમ કે એલ્યુમિના અને સિલિકોન-કાર્બાઇડ્સ જે ટર્બો ઉદ્યોગો માટે જાણીતા છે અને કુદરતી રીતે છિદ્રાળુ છે તેથી તેનો ઉપયોગ બાહ્ય દબાણવાળા બેરિંગ્સ તરીકે થઈ શકે છે જે બિન-સંપર્ક પ્રવાહી ફિલ્મ બેરિંગ્સ છે. એક હાઇબ્રિડ ફંક્શન છે જ્યાં બાહ્ય દબાણનો ઉપયોગ સંપર્ક દબાણ અથવા સીલના બંધ બળને સંપર્ક સીલ ફેસમાં ચાલી રહેલા ટ્રાયબોલોજીથી ઘટાડવા માટે થાય છે. આ પંપ ઓપરેટરને યાંત્રિક સીલનો ઉપયોગ કરતી વખતે સમસ્યારૂપ એપ્લિકેશનો અને ઉચ્ચ ગતિ કામગીરીનો સામનો કરવા માટે પંપની બહાર કંઈક ગોઠવવાની મંજૂરી આપે છે.

આ સિદ્ધાંત બ્રશ, કોમ્યુટેટર્સ, એક્સાઇટર્સ અથવા કોઈપણ સંપર્ક વાહક પર પણ લાગુ પડે છે જેનો ઉપયોગ ફરતી વસ્તુઓ પર અથવા બંધ કરવા માટે ડેટા અથવા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ લેવા માટે થઈ શકે છે. જેમ જેમ રોટર્સ ઝડપથી ફરે છે અને રન આઉટ થાય છે, તેમ તેમ આ ઉપકરણોને શાફ્ટ સાથે સંપર્કમાં રાખવું મુશ્કેલ બની શકે છે, અને ઘણીવાર તેમને શાફ્ટ સામે પકડી રાખતા સ્પ્રિંગ દબાણમાં વધારો કરવો જરૂરી બને છે. કમનસીબે, ખાસ કરીને હાઇ-સ્પીડ ઓપરેશનના કિસ્સામાં, સંપર્ક બળમાં આ વધારો વધુ ગરમી અને ઘસારામાં પરિણમે છે. ઉપર વર્ણવેલ યાંત્રિક સીલ ફેસ પર લાગુ કરાયેલ સમાન હાઇબ્રિડ સિદ્ધાંત અહીં પણ લાગુ કરી શકાય છે, જ્યાં સ્થિર અને ફરતા ભાગો વચ્ચે વિદ્યુત વાહકતા માટે ભૌતિક સંપર્ક જરૂરી છે. બાહ્ય દબાણનો ઉપયોગ હાઇડ્રોલિક સિલિન્ડરના દબાણની જેમ ગતિશીલ ઇન્ટરફેસ પર ઘર્ષણ ઘટાડવા માટે કરી શકાય છે જ્યારે બ્રશ અથવા સીલ ફેસને ફરતી શાફ્ટના સંપર્કમાં રાખવા માટે જરૂરી સ્પ્રિંગ ફોર્સ અથવા ક્લોઝિંગ ફોર્સમાં વધારો થાય છે.