펌프는 메카니컬 씰의 가장 큰 사용자 중 하나입니다. 메카니컬 씰은 이름에서 알 수 있듯이 공기 역학적 또는 미로형 비접촉 씰과 구별되는 접촉형 씰입니다.기계적 밀봉또한 균형 잡힌 기계적 밀봉 또는불균형 기계적 밀봉. 이는 고정된 씰 표면 뒤에 공정 압력이 올 수 있는 경우의 비율을 나타냅니다. 씰 면이 회전 면에 밀리지 않거나(푸셔형 씰처럼) 씰링해야 하는 압력의 공정 유체가 씰 면 뒤로 이동할 수 없는 경우 프로세스 압력으로 인해 씰 면이 뒤로 날아갑니다. 그리고 열다. 씰 설계자는 필요한 폐쇄력을 갖는 씰을 설계하기 위해 모든 작동 조건을 고려해야 하지만 동적 씰 면의 단위 부하로 인해 너무 많은 열과 마모가 발생하지 않도록 힘을 가해야 합니다. 이는 펌프 신뢰성을 높이거나 깨뜨리는 섬세한 균형입니다.
기존 방식이 아닌 개방력을 활성화하여 동적 씰 면을 구현합니다.
위에서 설명한 대로 닫는 힘의 균형을 맞춥니다. 이는 필요한 폐쇄력을 제거하지는 않지만 필요한 폐쇄력을 유지하면서 씰 표면의 무게를 줄이거나 내릴 수 있도록 하여 펌프 설계자와 사용자가 돌릴 수 있는 또 다른 손잡이를 제공하므로 가능한 작동 조건을 넓히는 동시에 열과 마모를 줄입니다.
건식 가스 씰(DGS)압축기에 자주 사용되는 는 밀봉면에 개방력을 제공합니다. 이 힘은 공기 역학적 베어링 원리에 의해 생성됩니다. 미세한 펌핑 홈이 씰의 고압 프로세스 측면에서 가스를 틈새로 유입하고 비접촉 유막 베어링으로서 씰 표면을 가로지르는 데 도움이 됩니다.
건조 가스 밀봉면의 공기 역학적 베어링 개방력. 선의 기울기는 간격에서의 강성을 나타냅니다. 간격은 미크론 단위입니다.
대부분의 대형 원심 압축기 및 펌프 로터를 지지하는 유체 역학 오일 베어링에서도 동일한 현상이 발생하며 Bently가 보여주는 로터 동적 편심 플롯에서도 볼 수 있습니다. 이 효과는 안정적인 백 스톱을 제공하며 유체 역학 오일 베어링 및 DGS의 성공에 중요한 요소입니다. . 기계식 씰에는 공기 역학적 DGS 면에서 볼 수 있는 미세한 펌핑 홈이 없습니다. 외부에서 가압된 가스 베어링 원리를 사용하여 폐쇄력의 무게를 줄이는 방법이 있을 수 있습니다.기계적 밀봉면s.
유막 베어링 매개변수 대 저널 편심 비율의 정성적 플롯. 강성 K와 감쇠 D는 저널이 베어링 중앙에 있을 때 최소입니다. 저널이 베어링 표면에 가까워질수록 강성과 감쇠가 극적으로 증가합니다.
외부 가압 공기정역학 가스 베어링은 가압 가스 소스를 사용하는 반면 동적 베어링은 표면 사이의 상대 운동을 사용하여 갭 압력을 생성합니다. 외부 가압 기술에는 최소한 두 가지 근본적인 장점이 있습니다. 첫째, 가압된 가스는 움직임이 필요한 얕은 펌핑 홈이 있는 씰 갭으로 가스를 유도하는 대신 제어된 방식으로 씰 면 사이에 직접 주입될 수 있습니다. 이를 통해 회전이 시작되기 전에 씰 면을 분리할 수 있습니다. 면을 서로 엮더라도 압력이 면 사이에 직접 주입되면 마찰 없이 시작하고 중지하기 위해 갑자기 열립니다. 또한 씰이 뜨거워지면 외부 압력으로 씰 표면의 압력을 높일 수 있습니다. 그러면 간격은 압력에 비례하여 증가하지만 전단으로 인한 열은 간격의 세제곱 함수에 해당합니다. 이는 운영자에게 열 발생을 방지할 수 있는 새로운 기능을 제공합니다.
DGS처럼 면 전체에 흐름이 없다는 점에서 압축기에는 또 다른 장점이 있습니다. 대신 가장 높은 압력은 씰 면 사이에 있으며 외부 압력은 대기로 흘러 들어가거나 한쪽으로 배출되고 다른 쪽에서는 압축기로 배출됩니다. 이는 프로세스에 공백이 없도록 하여 신뢰성을 높입니다. 펌프에서는 압축성 가스를 펌프에 강제로 넣는 것이 바람직하지 않을 수 있으므로 이는 이점이 아닐 수 있습니다. 펌프 내부의 압축성 가스는 캐비테이션이나 에어 해머 문제를 일으킬 수 있습니다. 그러나 펌프 프로세스로의 가스 흐름의 단점 없이 펌프에 대한 비접촉 또는 마찰 없는 씰을 갖는 것은 흥미로울 것입니다. 흐름이 없는 외부 가압 가스 베어링을 갖는 것이 가능합니까?
보상
모든 외부 가압 베어링에는 일종의 보상 기능이 있습니다. 보상은 압력을 예비로 유지하는 제한의 한 형태입니다. 가장 일반적인 보상 형태는 오리피스를 사용하는 것이지만 홈, 계단 및 다공성 보상 기술도 있습니다. 보상을 통해 베어링이나 씰 면이 접촉하지 않고 서로 가깝게 작동할 수 있습니다. 왜냐하면 가까워질수록 둘 사이의 가스 압력이 높아져 면이 서로 멀어지기 때문입니다.
예를 들어, 평평한 오리피스 보상 가스 베어링(이미지 3)에서 평균은
틈새의 압력은 베어링의 총 하중을 면 면적으로 나눈 값과 같으며, 이것이 단위 하중입니다. 이 소스 가스 압력이 평방 인치당 60파운드(psi)이고 표면의 면적이 10평방 인치이고 하중이 300파운드인 경우 베어링 간격에는 평균 30psi가 있습니다. 일반적으로 간격은 약 0.0003인치이며 간격이 너무 작기 때문에 유량은 분당 표준 입방피트(scfm) 약 0.2에 불과합니다. 예비 압력을 유지하는 간격 바로 앞에 오리피스 제한 장치가 있기 때문에 하중이 400파운드로 증가하면 베어링 간격은 약 0.0002인치로 줄어들어 간격을 통한 흐름을 0.1scfm 아래로 제한합니다. 두 번째 제한의 이러한 증가는 틈새의 평균 압력이 40psi로 증가하고 증가된 하중을 지원할 수 있도록 오리피스 제한기에 충분한 흐름을 제공합니다.
이것은 좌표 측정기(CMM)에 있는 일반적인 오리피스 에어 베어링의 측면 단면도입니다. 공압 시스템이 "보상 베어링"으로 간주되려면 베어링 간격 제한의 상류에 제한이 있어야 합니다.
오리피스 대 다공성 보상
오리피스 보상은 가장 널리 사용되는 보상 형태입니다. 일반적인 오리피스의 구멍 직경은 0.010인치이지만 몇 평방 인치의 면적을 공급하므로 자체보다 몇 자릿수 더 많은 면적을 공급하므로 속도는 가스의 양이 높을 수 있습니다. 종종 오리피스 크기의 침식과 그에 따른 베어링 성능의 변화를 방지하기 위해 루비나 사파이어에서 오리피스를 정확하게 절단합니다. 또 다른 문제는 0.0002인치 미만의 간격에서 오리피스 주변 영역이 표면의 나머지 부분으로의 흐름을 질식시키기 시작하여 가스 막의 붕괴가 발생한다는 것입니다. 이륙 시에도 동일한 현상이 발생합니다. 오리피스와 홈을 사용하여 리프트를 시작할 수 있습니다. 이것이 외부 가압 베어링이 씰 계획에 표시되지 않는 주된 이유 중 하나입니다.
다공성 보상 베어링의 경우에는 그렇지 않습니다. 대신 강성이 계속해서 증가합니다.
DGS(그림 1)와 마찬가지로 하중이 증가하면 간격이 줄어들고 증가합니다.
유체역학적 오일 베어링. 외부 가압 다공성 베어링의 경우, 입력 압력과 면적이 베어링의 총 하중과 같을 때 베어링은 균형 잡힌 힘 모드에 있게 됩니다. 리프트나 에어 갭이 전혀 없기 때문에 이는 흥미로운 마찰공학 사례입니다. 흐름은 0이 되지만 베어링 면 아래의 상대 표면에 대한 공기압의 정수력은 여전히 전체 하중의 무게를 줄이고 면이 여전히 접촉되어 있음에도 불구하고 마찰 계수가 거의 0에 가깝습니다.
예를 들어, 흑연 밀봉 면의 면적이 10제곱인치이고 닫는 힘이 1,000파운드이고 흑연의 마찰 계수가 0.1인 경우 동작을 시작하려면 100파운드의 힘이 필요합니다. 그러나 다공성 흑연을 통해 표면으로 전달되는 100psi의 외부 압력 소스를 사용하면 동작을 시작하는 데 필요한 힘이 본질적으로 0이 됩니다. 이는 여전히 두 면을 함께 압박하는 1,000파운드의 닫는 힘이 있고 두 면이 물리적으로 접촉하고 있다는 사실에도 불구하고 발생합니다.
터보 산업에 알려져 있고 자연적으로 다공성이 있어 비접촉 유막 베어링인 외부 가압 베어링으로 사용할 수 있는 흑연, 탄소, 세라믹(예: 알루미나 및 탄화 규소)과 같은 일반 베어링 재료입니다. 외부 압력을 사용하여 접촉 씰 표면에서 진행되는 마찰로 인해 씰의 접촉 압력 또는 폐쇄력을 완화하는 하이브리드 기능이 있습니다. 이를 통해 펌프 작업자는 기계적 씰을 사용하는 동안 문제가 있는 응용 분야 및 고속 작동을 처리하기 위해 펌프 외부를 조정할 수 있습니다.
이 원리는 회전하는 물체에 데이터나 전류를 공급하거나 끄는 데 사용할 수 있는 브러시, 정류자, 여자기 또는 모든 접촉 도체에도 적용됩니다. 로터가 더 빠르게 회전하고 런아웃이 증가함에 따라 이러한 장치를 샤프트와 접촉 상태로 유지하는 것이 어려울 수 있으며 샤프트에 대해 장치를 고정하는 스프링 압력을 높여야 하는 경우가 많습니다. 불행하게도 특히 고속 작동의 경우 접촉력이 증가하면 더 많은 열과 마모가 발생합니다. 위에 설명된 기계적 밀봉 면에 적용되는 동일한 하이브리드 원리는 고정 부품과 회전 부품 사이의 전기 전도성을 위해 물리적 접촉이 필요한 경우에도 적용될 수 있습니다. 외부 압력은 유압 실린더의 압력처럼 사용되어 동적 인터페이스의 마찰을 줄이는 동시에 브러시 또는 씰 면을 회전 샤프트와 접촉시키는 데 필요한 스프링력 또는 폐쇄력을 증가시킬 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 10월 21일