طراحی مکانیکال سیل

طراحی مکانیکال سیل

برای طراحی مکانیکال سیل ثانویه گوهای شکل که از جنس تفلون ساخته شده اند طراحی شده است. فنرها همراه با فشار سیال مکانیکال سیل ثانویه را روی کربن و محور فشار میدهد. گوه تحت زاویهای بریده شده که زاویه آن اندکی با زاویه کربن اختلاف دارد که باعث ایجاد یک آب بند تماس خطی می شود . این گونه مخصوص دارای دو خط تماسی می باشد که در هنگام کاهش آب بندی در یکی از لبه ها لبه دیگر وظیفه آب بندی را انجام می دهد.

پوسته (Shell) این مکانیکال سیل معمولا یک قطعه ماشینکاری شده است. و چند وظیفه بر عهده دارد. فنرها را نگه می دارد و گشتاور را از شافت از طریق پیچهای تنظیم (Set Screw)به زائده های ایجاد شده روی پوسته و از آنجا به سطح کربنی که شیار زده شده است منتقل میکند. همچنین در پوسته سوراخهایی وجود دارد که جریان مایع را از میان فضای فنر می گذراند و سپس به سمت عقب برمی گرداند تا مقداری عمل تمیزکاری فنرها انجام شود.
طرحهای گوهای دارای مزیت هائی جهت ساخت می باشند در این طرح نیازی به عملیات ماشینکاری دقیق روی قطعات فلزی نیست و قادر است کمبود جزیی اندازه محور را بوسیله بیشتر الغزیدن خود جبران کند.

شرکتهای پمپ سازی بیشتر تمایل به استفاده از این نوع آب بند یا نمونه های مشابه آن در پمپهای مورد استفاده در صنایع شیمیایی را دارند. این آب بندها از جنسهای عمومی ساخته شده اند و نباید در معرض مواد شیمیایی که در اکثر محصولات وجود دارد و از پمپهای با متالوژی استاندارد شده استفاده می کنند قرار گیرد. اگر چه آب بندهای 0-رینگی و یا O- Ring هایی که بصورت ثابت نصب شده اند دارای مزایای فنی زیادی هستند ولی سازنده پمپ نمی تواند همواره مطمئن باشد که محصول به الاستومر زیان نمی رساند و آن را مشمول خسارت نمیسازد. : در این آب بندی پمپهایی که ناهمراستا (Misalignment) باشند مسائل و مشکلات اساسی مختلفی وجود دارد. برای مثال مقدار جزئی ناهمراستایی رینگ ثابت در هنگام استفاده از واشرهای تفلونی و یا هنگامی که پمپ بدون استفاده از ساعت اندازه گیر نصب شده باشد (Misalignment) بسیار متداول است. این نوع از ناهمراستایی سعی می کند که آب بند را از قسمت سطح تماس به سمت عقب حرکت دهد و این امر می تواند باعث جام شدن آب بند گوهای شود. از بین کلیه طرحهای آب بند ثانویه آب بندهای گوه ای دارای کمترین قابلیت در حرکت محوری است و نمی تواند سطوح را خیلی خوب روی یکدیگر نگه دارد.

در سیالات خیلی سرد(با دمای ۲۰- درجه سانتیگراد و پایینتر) گوه منقبض میشود که اگر از جنس .. تفلون باشد در صورتی که روی محور قفل نشود(نچسبد) باز هم امکان آب بندی وجود دارد .

رینگهای U شکل ( U- Cup)

مکانیکال سیل ثانوي؛ نوع رینگی ( U – Cup) در ابتدا بوسیله شرکت بورگ وارنر استفاده شده است اینها نیز یک وسیله آب بندی با تماس خطی هستند که معمولا از تفلون ساخته می شوند. اگر چه برای موارداستفاده در پالایشگاهها باید از جنس وایتون و یا یک الاستومر مناسب دیگر ساخته شوند ولی استفاده از آنها برای آب بندی تقریبا یک عادت شده است این نوع رینگ در مقایسه با سایر آب بندهای ثانویه قادر است فشار بالاتری را در سایزهای بزرگ حفظ کند بنابراین انتخاب خوبی برای فشارهای بالا(بالاتر از ۴۰۰ پوند بر اینچ مربع) به شمار می رود.لقی بین آب بند و محور مقدار مجاز ناهمراستائی را که آب بند می تواند در برابر آن مقاومت کند مشخص می کند که معمولا باید یک هماهنگی بین فواصل زیادی که آب بند را انعطاف پذیر می کند و تولرانس هائی که فشار را نگه می دارند وجود داشته باشد به دلیل اینکه در این طرح نسبت به طرحهای دیگر سطح بیشتری با شافت در تماس است نیاز به نیروی نسبتا بیشتری دارد که بتواند از حرکت محور تبعیت کنداین نوع رینگها نمی توانند فشارهای معکوس را نگه دارند و نباید در سرویسهای خلا به صورت داخلی استفاده شوند و یا در هنگام آب بند کردن فشار بصورت خارجی استفاده شوند.

فنرها(Springs)

فنرهای تکی نسبت به فنرهای کوچکی که در طرحهای چند فنری استفاده می شود ضخیم تر بوده و در برابر خوردگی مقاومتر می باشند. این فنرها کمتر احتمال گیرافتادن(Clog) دارند و بنابراین اگر فضای محوری کافی وجود داشته باشد معمولا فنرهای تکی ارجحیت دارند. از نقطه نظر ساخت و استفاده این فنرها دارای معایبی هستند که برای هر سایز محور باید فنر متفاوتی استفاده شودسیل های چند فنره فضای طولی کمتری را نسبت به فنرهای تکی اشغال می کنندواز یک نوع فنر ولی با تعداد متفاوتی می توان برای هر اندازه ای از قطر محور استفاده شوند.بطور معمول هنگامی که یک شرکت پمپ سازی یک پمپ را بر اساس یک آب بند طراحی می کند فضای کافی را برای یک فنر تکی در نظر میگیرد. در مدل های ۱۵۰۰ شرکت ’’SEALOL’’ و شرکت ”FLEXIBOX فنرهای تکی برای انتقال سه گشتاور به کار برده می شوند.و در برخی از طرحهای شرکت “بورگ واتر” به منظور کمک به چرخش سیال نیز از فنرهای تکی استفاده می شود.بیشتر طرحهای تک فنری مکانیکال سیل بار سطحی یکنواختی اعمال می کنند و هیچگونه عیب عملی در مقایسه با آب بندهای چند فنری ندارند بجز اینکه نیاز به فضای محوری بیشتری دارند.

سطح چرخشی(Rotating Face)

در کاربردهای صنعتی عموما کار معقولانه این است که سطح کربنی را بعنوان سطح چرخشی و سطح سخت را بعنوان قسمت ثابت در نظر بگیریم. سطوح سخت معمولا ضریب هدایت حرارتی بالاتری دارند بنابراین گرمای ناشی از اصطکاک را بهتر می توانند از طریق بدنه پمپ منتقل کنند تا از طریق سیال) در شرایط ناهمراستایی سطح سخت (توری) باید بتواند روی غلاف فلزی بلغز دکه بدلیل وجود اصطکاک بین 0 رینگ و قطعات فلزی فاصله دو سطح آب بندی با تاخیر بسته شود پسطوح سخت معمولا سنگین ترند و در برابر نیروهای اینرسی مقاومت بیشتری دارند و بهتر می توانند از حرکات محوری شافت تبعیت کنند که این مطلب بسیار مهم است.جنسهای مورد استفاده در سطوح سخت چرخشی اغلب به کاربیدکرم و تنگستن کارباید محدود می شوند.همچنین سرامیکها هنگامی که بوسيله پین مهار شده باشند و بچرخند سریع تر می شکنند.

بلوزی فلزی جوشی(Welded Metal Bellows)

در بلوزی های فلزی نوع جوشی ، قطعه بلوزی هم بعنوان فنر و هم بعنوان یک آب بند ثانویه متحرک انجام وظیفه می کند. در طرحهای بلوزی با دمای پایین اغلب از یک رینگ ثابت بعنوان آب بند ثانویه و در درجه حرارت های بالا از یک گسکت فلزی( Flat Gasket ) بين محور و بلوز استفاده میشود که این 0-رینگ یاگسکت ثابت است و به ندرت ایجاد مشکل می کند. این کتاب حاوی یک بخش گسترده راجع به آب بندهای بلوزی نوع جوشی است که در انتها آورده شده است.
مکانیکال سیل چرخشی چند فنری که از دو ۷-رینگ بعنوان آب بند ثانویه استفاده شده است . سطح چرخشی و مجموعه فشار دهنده (Pusher Assembly) از یکدیگر جدا هستند و آب بند می تواند روی محور بصورت یک قطعه هم زمان نصب شود.این کار کمک می کند تا از زیان رسیدن به ۷ – رینگهای تفلونی در هنگام نصب جلوگیری شود .

گشتاور از طریق پیچهای تنظیم (Set Screw) و پینهای محرک از شافت به رتوری منتقل می شود.فنرها در داخل سيال قرار گرفته اند و با چرخش در محفظه آب بندی بصورت اتوماتیک تمیز میشوند. – رینگها وسایل آب بندی دقیق از نوع تماس خطی هستند که در انوع تفلونی نیاز به نیروی زیاد جهت آب بندی دارند. فنرها،V سرینگها را تحت فشار نگه می دارند و سطوح آب بندی را به هم می فشارند.

رتوری در بیشتر موارد از فولاد ضد زنگ یا تنگستن کارباید ساخته شده تا تنشهای بوجود آمده ناشی از اثر رینگهای تحت فشار را بتواند تحمل کند. فولادهای ضد زنگ به طور معمول با کاربیدکرم(Stellite) آبکاری سطحی می شوند. ولی در بیشتر اوقات به جای کاربیدکرم از تنگستن کارباید جامد استفاده میشود تا از عارضه ترکهای ناشی از گرما و خستگی جلوگیری شود.این عارضه هنگامی بوجود میاید که از دو فلز باضریب انبساطی متفاوت استفاده میشود که نهایتا منجر به شکستگی سطح سخت می شود.

و میزان فشردگی فنر را می توان بوسیله علاماتی که روی اغلب مکانیکال سیل ها نوشته شده، مشخص کرد. بعنوان مثال عدد ۱ / ۴ به این معنی است که فاصله بین حلقه های فنرئ هنگامی که آب بند به طور صحیح نصب شود باید ۱/ ۴ اینچ باشد. شکل ۲۲ یک مکانیکال سیل داخلی است که نباید به صورت آب بند خارجی یا برای آب بندی خلا به کار برده شود زیرا V-رینگها عمل آب بندی را انجام نمی دهند و برای معکوس شدن شرایط مناسب نیستند. شرکت “DURA” دارای یک طرح آپ بند برای کاربردهای خارجی می باشد. و رینگ ثابت یک قطعه کربن ماشینکاری شده سخت شده است که به اندازه ابعاد محفظه آب بندی می باشد که سطح آن کاملا عریض است تا بتواند فشار پمپ را تحمل کند .کربنها اغلب به صورت سفارشی برای پمپها ساخته می شوند و ابعاد استاندارد برای آنها خیلی متداول نیست. این نوع مکانیکال سیل بدلیل ماهیت اصلی رینگ ثابت به راحتی قابل تبدیل به نوعهای دیگر نیست. و گاهی اوقات از طرح های آب بند چرخشی با جنس سرامیک جامد ” استفاده می شود ولی تا آنجا که ممکن است باید از این کار اجتناب شود. زیرا سرامیکها ترد و شکننده اند و اگر به طور متناوب با پین های محرک برخورد کند ممکن است شکسته شود و باعث بیرون زدن مکانیکال سیل شوند.
استفاده کنندگان از این نوع مکانیکال سیل اغلب دچار مشکلاتی در رابطه با آسیبهای وارد آمده به محور یا غلاف که در اثر لغزش ۷- رینگها ایجاد می شوند، هستند.

این مشکل به خصوص هنگامی که جنس ۷-رینگ ها از تفلون باشد تشدید میشود .V-رینگها را می توان خارج نمود .ولی باید دقت نمود که O – Ring به صورت شعاعی با کم کردن فاصله دو قطعه باید تحت فشار قرار گیرد اما از لحاظ محوری نیازی به فشرده شدن ندارند. یک O- Ring به این منظور طراحی می شود که با لغزیدن روی محور اثر ناهمراستائی هارا جبران کند ولی اگر بیش از اندازه فشرده شود نمی تواند این کار را انجام دهد: باعث جام شدن مکانیکال سیل می شود. در صورتی که پمپ به درستی الاین شده باشد اگر O – Ring هم روی محور جام شوند . آب بند ممکن است برای مدتی کار کند و این در صورتی است که سایش سطوح آب بندی خیلی کم باشد .

این شکل یک مکانیکال سیل 0-رینگی بالانس شده است . که در زیر آن از غلاف استفاده شده و به توسط پیچ روی شافت ثابت شده است . نشتی بین آب بند و محور بوسیله یک O- Ring استاتیکی گرفته شده است . یک O – Ring متحرک (دینامیکی ) نیز بین غلاف و رتوری وجود دارد و سطوح آب بندی بوسیله فنرهایی که در داخل غلاف تعبیه شده اند به یکدیگر فشار داده می شوند، در این طرح گشتاور از طریق پیچهای تنظیم (Set Screws) و بدنه آب بند به سطح چرخشی منتقل می گردد. در مدلهای ۸۸۰ ومدل های بعد از آن گشتاور از طریق پین های محرک روی غلافمنتقل می شود و رینگ ثابت
L شکل است که به سطح بدنه پمپ بسته شده است. آب بنداز لحاظ سطح مقطع (شعاعی) باریک ساخته شده (تقریبا ۱ /
۴ اینچ ) تا در داخل یک محفظه آب بندی محدود و باریک بتواند جا بگیرد بنابراین O – Ring ها و فنرها باریکتر از مقدار طبیعی برای اندازه محور می باشند که به دلیل نازک بودن، فنرها در بیرون سیال نصب شده اند تا احتمال گیر افتادنشان کمتر باشد . یکی از معایب فنرهایی که بیرون بیپال نصب می شوند این است که در هنگام بروز نشتی جزئی آب بند، فنرها قادر به تمیز کردن خودشان نیستند و باعث جام شدن آنها می شود.

اس طرح ۷۷۰ به طور وسیعی توسط مدل ۸۸۰ کنار زده شده است . این امر به دلیل برخی مشکلات است که در سیالات آلوده و کثیف داشته اند . ناحیه بین بدنه و غلاف می تواند محل جمع شدن ذرات و رسوبات شده و محیط اطراف O – Ring را مسدود کند و وقتی که آب بند سائیده می شود O
– Ring نمی تواند حرکت کند و در جای خود گیر می افتد و باعث جداشدن سطوح آب بند می گردد.

O – Ring ها در مقایسه با مکانیکال سیل های تفلونی مقاومت کمتری در مقابل حرکت محوری ناشی از ناهمراستائی (Misalignment) دارند . انتخاب O
– Ring خیلی مهم است . در این مکانیکال سیل با کم کردن فاصله بین قطعات O – Ring بین آنها قرار می گیرد که بخاطر موقعیت قرار گیری O
– Ring مکانیکال سیل نمی تواند بیش از حد منحرف شود. این نکته بسیار حائز است که سطح ثابت ازنوع خود میزان (Self Align) باشد و یا هنگام نصب کلمس( رینگ ثابت) دقت بیشتری شود و نباید هنگامی که تفلون مورد نیاز است از O
– Ring استفاده شود . تفلون ها و O – Ring های ساخت شرکت KALREZ” اگر چه برای شرایط استاتیکی قابل قبول هستند اما در شرایط دینامیکی کارائی ندارند که این بدان معنی است که آنها گاهی مواقع کار می کنند و برخی مواقع نه .

برای اسانی نصب، همه مکانیکال سیل ها دارای یک طول عملکرد کاری استاندارد می باشند . مکانیکال سیل بلوزی فلزی از یک سری ورق یا صفحه تشکیل شده که در قسمت قطر داخلی و خارجیشان به یکدیگر جوش داده شده اند ( برای مشاهده جزئیات بیشتر شکل ۱۷ را ببینید).هر مجموعه از صفحات یک حلقه (Convolution) نامیده می شود و هر حلقه اجازه می دهد تا به آب بند به اندازه مشخصی حرکت محوری بدهد و تعداد بیشتر حلقه ها (برای یک ضخامت معین ورق ) منجر به قابلیت بیشتر حرکت محوری آب بند خواهد شد و در نتیجه مکانیکال سیل قادر است سایش سطوح (Face Wear) ،حرکت محوری پمپ (End Play) ، عدم دقت در نصب ، انبساط طولی محورو کجی شافت را بهتر تحمل کند .

مجموعه بلوزی چند وظیفه مختلف بر عهده دارد : ۱- مانند یک فنر عمل کرده تا سطوح آب بندی را روی یکدیگر نگه دارد ۲- بعنوان یک دیافراگم عمل کرده تا محفظه فشار از محیط بیرون جدا کند. ۳- گشتاور را از محور به سطح آببند منتقل می کند. آب بند می تواند بوسیله پیچ های تنظیم (Set Screw) روی محور ثابت شود. این کار را همچنین میتوان بوسیله غلاف های قلابدار (Hooked Sleeve) که جایگزین غلاف محور می شوند و بستهای نوع گوه ای یا Follower Packing انجام داد. پیچ تنظیم و O – Ring استاتیکی که در شکل ۲۴ نشان داده شده ساده ترین آرایش بوده و تا دمای ۴۰۰ درجه فارنهایت کاربرد دارند. صفحات بلوزی ساخت شرکت ’’SEALOL“ از ضخامت ۰
/ ۰۰۴ تا ۰ / ۰۰۷ اینچ می باشند اگر چه برخی از سازندگان به خاطر راحتی جوشکاری از ورقهای با ضخامت / ۰۱۲ اینچ استفاده می کند .

بلوزها از جنس مواد مقاوم در برابر خورندگی از قبیل فولاد ضدزنگ AM350 ، هاستلوى C واینکونل (آلیاژ نیکل و کروم و آهن) ساخته می شوند .
شکل صفحات بلوز به صورت موجهای تو در تو (Nesting Ripple) بوده که به این وسیله اجازه داده می شود فلز بدون اینکه دچار تنش بیش از حد در محدوده حد دوام و تحملش شود به صورت مرتب رفت و برگشت (حرکت محوری نماید. این امر از شکست فلزدر اثر خستگی که ممکن است از ارتعاش ناشی از ناهمراستایی (Misalinment) رخ دهد جلوگیری کند.هنگامیکه صفحات در محدوده کاریشان تحت نیرو قرار گیرند به یکدیگر فشرده می شوند و قسمت اعظم تنش به درز جوش در قطر داخلی تحمیل می شود.این کار باعث مقاوم شدن بلوزها به صورت غیر معمول گردیده ( با فرم دادن ورق ) و یک مقاومت در برابر ترک که بر حسب هزارم psi پوند بر اینچ مربع بیان می شود پیدا می کند.
اگر مکانیکال سیل در قسمت قطر بیرونی بلوز باشده بلوز بطور پیوسته بوسیله نیروی گریز از مرکز تمیز می شود و هیچگاه مسدود نمی شود. این خصوصیات، بلوزها را بخصوص در سیالات دوغاب مانند و یا محصولاتی که ذرات جامد خارجی دارند بسیار مناسب ساخته است.
این مکانیکال سیل هیچگونه الاستومر لغزشی ندارد و بنابراین هیچ نیروی اصطکاکی روی محور وجود ندارد که باعث جدائی سطوح شود وسطوح همیشه با هم در تماس باقی می مانند. این بدان معناست که این آب بندها نشتی نخواهند داشت و به اندازه ای که در دیگر آب بند های فشاری متداول است خراب نمی شوند.

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *