طراحی مکانیکال سیل
اصول کارکرد
مکانیکال سیل ها ، متنوع ترین سیل ها برای آب بندی ماشین آلاتی که دارای شفت چرخان هستند و احتمال نشت از محفظه شفت وجود دارد ، می باشند. کاربرد اصلی اینوع سیل ها برای آب بندی سیالات (مایعات و گازها ) می باشد ، نظیر پمپ های سانتریفوژ و ۰۰.
بعلاوه اغلب برای آب بندی گازها نیز استفاده می شود ،نظير آب بندی شفت کمپرسورها ، توربينها ، همزن ها، در مدلهای دوبل، یک سیال واسطه ( barrier و sealant ) ، به محفظه بین دو سیل تزریق می گردد . و این سیال واسطه وظیفه ایجاد فیلم سیال بین سطوح آب بند را بر عهده دارد . از مدلهای دوبل برای آب بندی مایعات سمی و خطرناک و یا مایعات گران قیمت نیز استفاده می شود .
اخیرا برای آب بندی گازها ، از نوعی مکانیکال سیل گازی خشک کارکرد ( بجای مدل دوبل) برای آب بندی شفت کمپرسورها ، توربینها ،و۰۰۰ استفاده می شود .
جایگزین پکینگ های نرم
مکانیکال سیل ها از تکنولوژی بالایی برخوردارند ، اما در عین حال سريعا جایگزین پکینگ های نرم می گردند زیرا اولا نشت بمراتب کمتری دارند ( مخصوصا برای مواد سمی و خطرناک ثانية تعمیر و سرویس نگهداری مشخص تری دارند.
مکانیکال سیل ها ، در اصل شامل دو صفحه که بطور موازی روی شفت قرار می گیرند ، می باشند . یکی از صفحات روی پوسته پمپ با مخزن یا هر وسیله دیگری که احتیاج به آب بندی دارد ثابت می شود ( Stationary Face ) و دیگری روی شفت ثابت می شود ، و با شفت می چرخد ( Rotating Face) – برای حفظ نشت در یک حد قابل قبول لازم است که در صفحه مذکور در موقع چرخیدن شفت فاصله ای کمتر از 0.001 میلیمتر از یکدیگر داشته باشند.
جلوگیری از افزایش حرارت
در اثر حرکت نسبی دو صفحه آب بندی ( با وجود فیلم سیال بین آندو) اصطکاک و سایش بین صفحه ها اتفاق می افتد و باعث ایجاد حرارت می گردد. برای حفظ حرارت تولید شده در یک حد معقول وجود یک فیلم سیال بین دو صفحه سیل الزامی است ، به هر حال ضخامت این فیلم نبایستی از مقدار 0.001 میلیمتر تجاوز کند.
در بسیاری از موارد از مکانیکال سیلهای تک استفاده می شود که در این حالت ، سیال روغنکاری کننده صفحات سیل (فیلم سیال) همان سیال آب بندی شونده است ( که ممکن است دارای خاصیت روغنکاری ضعیف باشد ).
به منظور ایجاد تناسب بین سایش و تلرانس های ساخت پمپ ، لازم است که یکی از صفحات آب بند، بتواند بصورت محوری حرکت کند صفحه دیگری آزاد باشد (تا نامیزانی زاویه ای عضو چرخنده را متعادل کند)، صفحه آزاد ممکن است ثابت و یا چرخان باشد ، اما برای سرعتهای زیاد ( سرعت خطی شفت بیش از 15m/s ) قطعات ثابت از بالا رفتن نیروی گریز از مرکز جلوگیری می کند .
مسئله اصلی در طراحی آب بندهای مکانیکی، قابلیت اطمینان ( Reliability) خیلی کمتر آنها نسبت به ياتاقانهای کف گرد می باشد مکانیکال سی ها قطعات حساس می باشد. دارای قیمت اولیه و ضرین سرویس و تعمیر نگهداری بالا نسبت به پکینگ های نرم می باشند.
بعلاوه ادواتی که این نوع آب بندها روی آنها نصب می شود احتیاج به سرویس و نگهداری دقیق و گران قیمت دارند . بنابراین می باید دارای عملکرد مطمئن و قابل اعتماد داشته باشند ، و در طراحی آنها به مسائل زیادی از جمله مونتاژ و دمونتاژ و ترتیب قرار گرفتن قطعات جهت مونتاژ و دمونتاژ و بسیاری مسائل ریز دیگر توجه نمود .
سازنده های مکانیکال سیل ، سیل ها را با طراحی های مختلف و متنوع ، سایزهای مختلف و مواد و ماتریال مختلف جهت استفاده کننده ها می سازند.
صفحات آب بند بایستی دارای صافی سطحی خیلی خوب باشند و بایستی این صفحات لپ شوند تا به یک درجه صیقلی سطحی قابل قبول برسند. میزان صافی سطح صفحات آب بند با طول موج نوری تک رنگ اندازه گیری می گردد .
قطعات گردنده سیل ( به همراه rotating face) در جهت محور شفت ازاد هستند و می توانند حرکت محوری نمایند ، وقتی فشار هیدرولیک برداشته شود ، فنر صفحات آب بند را به هم می چسباند. ( در حالت استاتیکی نیز از نشست جلوگیری می کند و هنگامی که فشار هیدرولیک وجود داشته باشد و فیلم سیال بین صفحات سیل ایجاد می گردد از در اثر حرکت محوری قطعات گردنده سیل) نیرویی که باعث بستن صفحات سیل می شود بایستی بین مقدار نشت و سایش صفحات ایجاد توازن نماید .
بعلاوه این نیرو می باید در موارد شوک و نوسانات فشار ، از باز شدن صفحات و نشت زیاد جلوگیری نماید .
سیل ابتدائی و کاربرد
به صفحات اب بند ( Stationary fince و Rotating face ) ، سیل ابتدائی تیز گفته می شود . به سیل ثابت که از نشت سیال بین شفت و قطعات گردنده جلوگیری می کند ، سیل ثانویه اطلاق می شود و اغلب از لاستیک مناسب و به شکل ring – و استفاده می شود .
کاهش حرارت در مکانیکال سیل
افزایش اصطکاک بین قطعات لغزنده سيل ، باعث ایجاد حرارت تشدید می نماید از بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ وات با توجه به نوع ، سایز و سرعت سیل حرارت ایجاد شده توسط مکانیزم هدایت ، به سیال اطراف سیل منتقل می شود مقداری از این حرارت توسط نشت سیال به بیرون برده می شود .
درجه حرارت قطعات سیل نبایستی از نقطه جوش سیال آب بندی بیشتر شود زیرا ایجاد حباب و بخار در اطراف قطعات سیل می نماید و باعث از بین رفتن فیلم سیال بين صفحات آب بندی می گردد.
اگر درجه حرارت سیال اطراف سیل زیاد شود ، معمولا یک سیال سرد و تمیز و سازگار با سیال آب بندی ، به محفظه آب بندی تزریق می شود و یا از روشهای دیگر برای سرد کردن سیال آب بندی استفاده می گردد.
مواد انتخاب شده برای صفحات آب بندی باید دارای عملکرد خوب سایشی (سازگاری یاتاقانی) مقاومت در مقابل مواد شیمیائی ( سازگاری شیمیائی)، سازگار با درجه حرارت ، فشار و بعضی فاکتورهای دیگر نظیر برندگی ذرات ریز داخلی سیال و… باشد .
معمولا یکی از صفحات سیل ، گرافیت – کرین و صفحه دیگر آلیاز های فلزی ، سرامیک و یا کارهایی می باشد ترکیبات کربن گرافیت سازگاری شیمیائی استثنائی و خاصیت سایشی خوب دارند و بعنوان سیل رینگ در آب بند ها استفاده می شود .
کربن گرافیت معمولا شامل یک فلز یا رزین ( اشباع شده با قلت یا رزین) می باشد و بر سازگاری آن می افزاید.
