דרך חדשה לאיזון כוח אטמים מכניים

משאבות הן אחד מהמשתמשים הגדולים ביותר של אטמים מכניים. כפי שהשם מרמז, אטמים מכניים הם אטמים מסוג מגע, המובדלים מאטמים אווירודינמיים או מבוך ללא מגע.אטמים מכנייםמאופיינים גם כאטם מכני מאוזן אואטם מכני לא מאוזן. זה מתייחס לאחוז של, אם בכלל, לחץ התהליך שיכול להסתובב מאחורי פני האיטום הנייחים. אם פני האיטום לא נדחפים אל מול הפנים המסתובב (כמו באיטום מסוג דוחף) או שנוזל תהליך בלחץ שצריך לאטום אינו מורשה להגיע אל מאחורי פני האיטום, לחץ התהליך יפוצץ את פני האיטום לאחור ופתוח. מעצב החותם צריך לשקול את כל תנאי ההפעלה כדי לעצב חותם עם כוח הסגירה הדרוש אך לא כל כך הרבה כוח עד שהעמסת היחידה על פני החותם הדינמי יוצרת יותר מדי חום ובלאי. זהו איזון עדין שעושה או שובר את אמינות המשאבה.

החותם הדינמי פונה על ידי הפעלת כוח פתיחה ולא בדרך המקובלת
איזון כוח הסגירה, כמתואר לעיל. זה לא מבטל את כוח הסגירה הדרוש, אלא נותן למעצב המשאבה ולמשתמש כפתור נוסף לסובב על ידי מתן אפשרות ביטול משקל או פריקה של פני האיטום, תוך שמירה על כוח הסגירה הדרוש, ובכך להפחית את החום והבלאי תוך הרחבת תנאי הפעולה האפשריים.

אטמי גז יבשים (DGS), המשמש לעתים קרובות במדחסים, מספקים כוח פתיחה בפניי האיטום. כוח זה נוצר על ידי עיקרון מיסב אווירודינמי, שבו חריצי שאיבה עדינים עוזרים לעודד גז מהצד של תהליך הלחץ הגבוה של האיטום, לתוך הרווח ולרוחב פני האיטום כמיסב סרט נוזלי ללא מגע.

כוח פתיחת המיסב האווירודינמי של פנים אטם גז יבש. השיפוע של הקו מייצג את הנוקשות בפער. שימו לב שהפער הוא במיקרונים.
אותה תופעה מתרחשת במיסבי השמן ההידרודינמיים התומכים ברוב המדחסים הצנטריפוגליים הגדולים וברוטורי המשאבה ונראית במגרשי אקסצנטריות דינמית של הרוטור המוצגת על ידי Bently. . לאטמים מכניים אין את חריצי השאיבה העדינים שעלולים להימצא בחזית DGS אווירודינמית. ייתכן שיש דרך להשתמש בעקרונות נושאי גז בלחץ חיצוני כדי להוריד את משקל כוח הסגירה מהפנים חותם מכניs.

עלילות איכותיות של פרמטרים נושאי סרט נוזל מול יחס אקסצנטריות יומן. קשיחות, K, ושיכוך, D, הם מינימליים כאשר הג'ורן נמצא במרכז המיסב. ככל שהג'ורנל מתקרב למשטח הנושא, הקשיחות והשיכוך גדלים באופן דרמטי.

מיסבי גז אווירוסטטיים בלחץ חיצוני משתמשים במקור של גז בלחץ, בעוד מיסבים דינמיים משתמשים בתנועה היחסית בין המשטחים כדי ליצור לחץ מרווח. לטכנולוגיה בלחץ חיצוני יש לפחות שני יתרונות בסיסיים. ראשית, ניתן להזריק את הגז בלחץ ישירות בין פני האיטום בצורה מבוקרת במקום לעודד את הגז לתוך מרווח האיטום עם חריצי שאיבה רדודים הדורשים תנועה. זה מאפשר להפריד את פני החותם לפני תחילת הסיבוב. גם אם הפרצופים נכרכים יחד, הם ייפתחו לאפס התחלות חיכוך וייעצרו כאשר הלחץ מוזרק ישירות ביניהם. בנוסף, אם החותם מתחמם, אפשר בלחץ חיצוני להגביר את הלחץ על פני החותם. הפער אז יגדל באופן פרופורציונלי עם הלחץ, אבל החום מהגזירה יפול על פונקציית קובייה של הפער. זה נותן למפעיל יכולת חדשה למנף נגד יצירת חום.

יש יתרון נוסף במדחסים בכך שאין זרימה על הפנים כמו שיש ב-DGS. במקום זאת, הלחץ הגבוה ביותר הוא בין פני האוטם, והלחץ החיצוני יזרום לאטמוספירה או פורקן לצד אחד ואל המדחס מהצד השני. זה מגביר את האמינות על ידי שמירה על התהליך מחוץ לפער. במשאבות זה לא יכול להיות יתרון שכן זה יכול להיות לא רצוי לכפות גז דחוס לתוך משאבה. גזים דחיסים בתוך משאבות עלולים לגרום לבעיות חורבות או פטיש אוויר. עם זאת, יהיה מעניין שיהיה איטום ללא מגע או חיכוך עבור משאבות ללא החיסרון של זרימת גז לתהליך המשאבה. האם ייתכן שיהיה מיסב גז בלחץ חיצוני עם זרימה אפסית?

פיצוי
לכל המסבים בלחץ חיצוני יש איזשהו פיצוי. פיצוי הוא סוג של הגבלה שמחזיקה את הלחץ במילואים. צורת הפיצוי הנפוצה ביותר היא שימוש בפתחים, אך ישנן גם טכניקות פיצוי חריץ, מדרגות ונקבוביות. הפיצוי מאפשר למיסבים או לפרופי איטום לרוץ קרוב זה לזה מבלי לגעת, מכיוון שככל שהם מתקרבים, כך לחץ הגז ביניהם עולה, ודוחה את הפרצופים.

כדוגמה, מתחת לפתח שטוח פיצוי נושא גז (תמונה 3), הממוצע
הלחץ במרווח יהיה שווה לעומס הכולל על המיסב חלקי שטח הפנים, זוהי העמסת יחידה. אם לחץ גז מקור זה הוא 60 פאונד לאינץ' רבוע (psi) ולפנים יש שטח של 10 אינץ' רבוע ויש עומס של 300 פאונד, יהיה ממוצע של 30 פא"י במרווח המיסב. בדרך כלל, הפער יהיה בערך 0.0003 אינץ', ומכיוון שהפער כל כך קטן, הזרימה תהיה רק ​​כ-0.2 רגל מעוקב סטנדרטי לדקה (scfm). מכיוון שיש מגביל פתחים ממש לפני הפער שמחזיק את הלחץ בחזרה ברזרבה, אם העומס גדל ל-400 פאונד, מרווח המיסב מצטמצם לכ-0.0002 אינץ', ומגביל את הזרימה דרך הרווח למטה ב-0.1 scfm. עלייה זו בהגבלה השנייה מעניקה למגביל הפתח מספיק זרימה כדי לאפשר ללחץ הממוצע במרווח לעלות ל-40 psi ולתמוך בעומס המוגבר.

זוהי מבט צדדי של מיסב אוויר טיפוסי שנמצא במכונת מדידת קואורדינטות (CMM). אם מערכת פנאומטית אמורה להיחשב כ"מיסב מתוגמל" היא צריכה שתהיה לה הגבלה במעלה הזרם של הגבלת מרווח המיסב.
פיצוי נקב לעומת נקבובי
פיצוי פתח הוא צורת הפיצוי הנפוצה ביותר. פתח טיפוסי עשוי להיות בעל קוטר חור של 0.010 אינץ', אבל מכיוון שהוא מזין כמה סנטימטרים רבועים של שטח, הוא מזין מספר סדרי גודל יותר שטח ממנו, כך שהמהירות של הגז יכול להיות גבוה. לעתים קרובות, פתחים נחתכים במדויק מאודמים או ספיר כדי למנוע שחיקה של גודל הפתח וכך שינויים בביצועי המיסב. בעיה נוספת היא שבפערים מתחת ל-0.0002 אינץ', האזור סביב הפתח מתחיל לחנוק את הזרימה לשאר הפנים, ובשלב זה מתרחשת קריסה של סרט הגז. אותו הדבר מתרחש בעת הרמה, מכיוון שרק האזור של הגז פתח וכל חריצים זמינים להפעלת הרמה. זוהי אחת הסיבות העיקריות לכך שמיסבים בלחץ חיצוני אינם נראים בתוכניות איטום.

זה לא המקרה עבור המיסב המפוצה הנקבובי, במקום זאת הקשיחות ממשיכה
גדל ככל שהעומס גדל והפער מצטמצם, בדיוק כמו במקרה של DGS (תמונה 1) ו
מיסבי שמן הידרודינמיים. במקרה של מיסבים נקבוביים בלחץ חיצוני, המיסב יהיה במצב כוח מאוזן כאשר לחץ הכניסה כפול השטח שווה לעומס הכולל על המיסב. זהו מקרה טריבולוגי מעניין שכן יש אפס עילוי או פער אוויר. תהיה זרימה אפסית, אבל הכוח ההידרוסטטי של לחץ האוויר על משטח הנגד מתחת לפני המיסב עדיין לא שוקל את העומס הכולל ומביא למקדם חיכוך כמעט אפס - למרות שהפנים עדיין במגע.

לדוגמה, אם לפני חותם גרפיט יש שטח של 10 אינץ' רבועים ו-1,000 פאונד של כוח סגירה ולגרפיט יש מקדם חיכוך של 0.1, זה ידרוש כוח של 100 פאונד כדי להתחיל תנועה. אבל עם מקור לחץ חיצוני של 100 psi המוכנס דרך הגרפיט הנקבובי אל הפנים שלו, יהיה בעצם אפס כוח שיידרש כדי להתחיל תנועה. זאת למרות שעדיין יש 1,000 פאונד של כוח סגירה שדוחף את שני הפנים יחד ושהפנים נמצאים במגע פיזי.

מחלקה של חומרים נושאים רגילים כגון: גרפיט, פחמנים וקרמיקה כגון אלומינה וסיליקון-קרבידים המוכרים לתעשיות הטורבו והם נקבוביים באופן טבעי, כך שניתן להשתמש בהם כמיסבים בלחץ חיצוני שהם מיסבי סרט נוזלים שאינם יוצרים מגע. קיימת פונקציה היברידית שבה משתמשים בלחץ חיצוני כדי להוריד את משקל לחץ המגע או כוח הסגירה של החותם מהטריבולוגיה המתרחשת בפניי החותם המגע. זה מאפשר למפעיל המשאבה להתאים משהו מחוץ למשאבה כדי להתמודד עם יישומים בעייתיים ופעולות במהירות גבוהה יותר תוך שימוש באטמים מכניים.

עיקרון זה חל גם על מברשות, commutators, exciters, או כל מוליך מגע שעשוי לשמש כדי לקחת נתונים או זרמים חשמליים על או לכבות עצמים מסתובבים. ככל שהרוטורים מסתובבים מהר יותר ואוזלים גדלים, זה יכול להיות קשה לשמור על התקנים אלה במגע עם הציר, ולעתים קרובות יש צורך להגביר את לחץ הקפיץ המחזיק אותם כנגד הציר. למרבה הצער, במיוחד במקרה של פעולה במהירות גבוהה, עלייה זו בכוח המגע גורמת גם ליותר חום ובלאי. אותו עיקרון היברידי המיושם על פני אטם מכאניים שתוארו לעיל יכול להיות מיושם גם כאן, כאשר נדרש מגע פיזי עבור מוליכות חשמלית בין החלקים הנייחים והמסתובבים. ניתן להשתמש בלחץ החיצוני כמו הלחץ מצילינדר הידראולי כדי להפחית את החיכוך בממשק הדינמי תוך הגדלת כוח הקפיץ או כוח הסגירה הנדרשים כדי לשמור על המברשת או הפנים של האטם במגע עם הציר המסתובב.