Máy bơm là một trong những người sử dụng phớt cơ khí lớn nhất. Như tên gọi của nó, phớt cơ khí là phớt tiếp xúc, khác với phớt khí động học hoặc phớt không tiếp xúc dạng mê cung.Phớt cơ khícũng được đặc trưng là phớt cơ khí cân bằng hoặcphớt cơ khí không cân bằng. Điều này đề cập đến tỷ lệ phần trăm áp suất quy trình, nếu có, có thể đi qua phía sau mặt phớt tĩnh. Nếu mặt phớt không được đẩy vào mặt quay (như trong phớt loại đẩy) hoặc chất lỏng quy trình ở áp suất cần được bịt kín không được phép đi vào phía sau mặt phớt, áp suất quy trình sẽ thổi mặt phớt trở lại và mở ra. Nhà thiết kế phớt cần xem xét tất cả các điều kiện vận hành để thiết kế một phớt có lực đóng cần thiết nhưng không quá nhiều lực khiến tải đơn vị tại mặt phớt động tạo ra quá nhiều nhiệt và mài mòn. Đây là sự cân bằng tinh tế quyết định độ tin cậy của bơm.
con dấu động phải đối mặt bằng cách cho phép lực mở thay vì cách thông thường
cân bằng lực đóng, như mô tả ở trên. Nó không loại bỏ lực đóng cần thiết nhưng cung cấp cho nhà thiết kế máy bơm và người dùng một núm khác để xoay bằng cách cho phép giảm trọng lượng hoặc dỡ tải các mặt phớt, trong khi vẫn duy trì lực đóng cần thiết, do đó giảm nhiệt và mài mòn trong khi mở rộng các điều kiện vận hành có thể.
Phớt khí khô (DGS), thường được sử dụng trong máy nén, cung cấp lực mở tại các mặt phớt. Lực này được tạo ra bởi nguyên lý ổ trục khí động học, trong đó các rãnh bơm mịn giúp thúc đẩy khí từ phía quy trình áp suất cao của phớt, vào khe hở và qua mặt phớt như ổ trục màng chất lỏng không tiếp xúc.
Lực mở ổ trục khí động học của mặt phớt khí khô. Độ dốc của đường biểu diễn độ cứng tại khe hở. Lưu ý rằng khe hở được tính bằng micron.
Hiện tượng tương tự xảy ra trong ổ trục dầu thủy động hỗ trợ hầu hết các máy nén ly tâm lớn và rôto bơm và được thấy trong các biểu đồ độ lệch tâm động của rôto do Bently thể hiện. Hiệu ứng này cung cấp một điểm dừng ổn định và là một yếu tố quan trọng trong thành công của ổ trục dầu thủy động và DGS. Phớt cơ khí không có rãnh bơm mịn có thể được tìm thấy trong mặt DGS khí động học. Có thể có một cách để sử dụng các nguyên lý ổ trục khí nén bên ngoài để giảm lực đóng từmặt phớt cơ khís.
Biểu đồ định tính của các thông số ổ trục màng chất lỏng so với tỷ lệ lệch tâm của trục. Độ cứng, K, và độ giảm chấn, D, là tối thiểu khi trục nằm ở tâm của ổ trục. Khi trục gần bề mặt ổ trục, độ cứng và độ giảm chấn tăng đáng kể.
Vòng bi khí tĩnh chịu áp suất bên ngoài sử dụng nguồn khí chịu áp suất, trong khi vòng bi động sử dụng chuyển động tương đối giữa các bề mặt để tạo áp suất khe hở. Công nghệ chịu áp suất bên ngoài có ít nhất hai lợi thế cơ bản. Đầu tiên, khí chịu áp suất có thể được phun trực tiếp giữa các mặt phớt theo cách có kiểm soát thay vì đưa khí vào khe hở phớt bằng các rãnh bơm nông cần chuyển động. Điều này cho phép tách các mặt phớt trước khi bắt đầu quay. Ngay cả khi các mặt bị vặn lại với nhau, chúng sẽ bật ra để bắt đầu không có ma sát và dừng lại khi áp suất được phun trực tiếp giữa chúng. Ngoài ra, nếu phớt đang nóng, có thể sử dụng áp suất bên ngoài để tăng áp suất lên mặt phớt. Khi đó, khe hở sẽ tăng theo tỷ lệ với áp suất, nhưng nhiệt từ lực cắt sẽ rơi vào hàm lập phương của khe hở. Điều này mang lại cho người vận hành khả năng mới để tận dụng chống lại sự sinh nhiệt.
Máy nén có một ưu điểm khác là không có dòng chảy qua mặt như trong DGS. Thay vào đó, áp suất cao nhất nằm giữa các mặt phớt và áp suất bên ngoài sẽ chảy vào khí quyển hoặc thoát ra một bên và vào máy nén từ phía bên kia. Điều này làm tăng độ tin cậy bằng cách giữ cho quy trình không đi qua khe hở. Trong máy bơm, điều này có thể không phải là một ưu điểm vì việc ép khí nén vào máy bơm có thể không mong muốn. Khí nén bên trong máy bơm có thể gây ra hiện tượng xâm thực hoặc búa khí. Tuy nhiên, sẽ rất thú vị nếu có một phớt không tiếp xúc hoặc không ma sát cho máy bơm mà không có nhược điểm là khí chảy vào quy trình bơm. Liệu có thể có ổ trục khí chịu áp suất bên ngoài với lưu lượng bằng không không?
Đền bù
Tất cả các ổ trục chịu áp suất bên ngoài đều có một số loại bù trừ. Bù trừ là một hình thức hạn chế giữ áp suất lại ở mức dự trữ. Hình thức bù trừ phổ biến nhất là sử dụng các lỗ, nhưng cũng có các kỹ thuật bù trừ rãnh, bậc và xốp. Bù trừ cho phép các ổ trục hoặc mặt phớt chạy gần nhau mà không chạm vào nhau, vì chúng càng gần nhau thì áp suất khí giữa chúng càng cao, đẩy các mặt ra xa nhau.
Ví dụ, dưới ổ trục khí bù lỗ phẳng (Hình ảnh 3), giá trị trung bình
áp suất trong khe hở sẽ bằng tổng tải trọng trên ổ trục chia cho diện tích mặt, đây là tải trọng đơn vị. Nếu áp suất khí nguồn này là 60 pound trên inch vuông (psi) và mặt có diện tích 10 inch vuông và có 300 pound tải trọng, sẽ có trung bình 30 psi trong khe hở ổ trục. Thông thường, khe hở sẽ là khoảng 0,0003 inch và vì khe hở rất nhỏ nên lưu lượng sẽ chỉ khoảng 0,2 feet khối chuẩn mỗi phút (scfm). Vì có một bộ hạn chế lỗ ngay trước khe hở giữ áp suất dự trữ, nếu tải trọng tăng lên 400 pound thì khe hở ổ trục sẽ giảm xuống còn khoảng 0,0002 inch, hạn chế lưu lượng qua khe hở xuống 0,1 scfm. Sự gia tăng trong hạn chế thứ hai này cung cấp cho bộ hạn chế lỗ đủ lưu lượng để cho phép áp suất trung bình trong khe hở tăng lên 40 psi và hỗ trợ tải trọng tăng lên.
Đây là góc nhìn cắt ngang của ổ trục khí lỗ điển hình được tìm thấy trong máy đo tọa độ (CMM). Nếu hệ thống khí nén được coi là “ổ trục bù”, nó cần phải có giới hạn ở thượng nguồn của giới hạn khe hở ổ trục.
Bù lỗ so với bù lỗ xốp
Bù lỗ là hình thức bù được sử dụng rộng rãi nhất. Một lỗ thông thường có thể có đường kính lỗ là 0,010 inch, nhưng vì nó cung cấp một vài inch vuông diện tích, nên nó cung cấp diện tích lớn hơn nhiều cấp độ so với chính nó, do đó, vận tốc của khí có thể cao. Thông thường, các lỗ được cắt chính xác từ hồng ngọc hoặc ngọc bích để tránh xói mòn kích thước lỗ và do đó thay đổi hiệu suất của ổ trục. Một vấn đề khác là ở các khoảng cách dưới 0,0002 inch, khu vực xung quanh lỗ bắt đầu làm nghẹt dòng chảy đến phần còn lại của mặt, tại thời điểm đó, màng khí bị sụp đổ. Điều tương tự cũng xảy ra khi nâng lên, vì chỉ có diện tích của lỗ và bất kỳ rãnh nào có sẵn để bắt đầu nâng. Đây là một trong những lý do chính khiến ổ trục chịu áp suất bên ngoài không được nhìn thấy trong các kế hoạch phớt.
Đây không phải là trường hợp của ổ trục bù lỗ xốp, thay vào đó độ cứng vẫn tiếp tục
tăng khi tải tăng và khoảng cách giảm, giống như trường hợp của DGS (Hình ảnh 1) và
ổ trục dầu thủy động. Trong trường hợp ổ trục xốp chịu áp suất bên ngoài, ổ trục sẽ ở chế độ lực cân bằng khi áp suất đầu vào nhân với diện tích bằng tổng tải trọng trên ổ trục. Đây là một trường hợp ma sát thú vị vì không có lực nâng hoặc khe hở không khí. Sẽ không có dòng chảy, nhưng lực thủy tĩnh của áp suất không khí tác dụng lên bề mặt đối diện bên dưới mặt ổ trục vẫn làm giảm tổng tải trọng và tạo ra hệ số ma sát gần bằng không—mặc dù các mặt vẫn tiếp xúc.
Ví dụ, nếu mặt phớt graphite có diện tích 10 inch vuông và lực đóng 1.000 pound và graphite có hệ số ma sát là 0,1, thì cần lực 100 pound để bắt đầu chuyển động. Nhưng với nguồn áp suất bên ngoài là 100 psi được truyền qua graphite xốp đến mặt của nó, về cơ bản sẽ không cần lực nào để bắt đầu chuyển động. Điều này mặc dù thực tế là vẫn còn 1.000 pound lực đóng ép hai mặt lại với nhau và các mặt này tiếp xúc vật lý với nhau.
Một loại vật liệu ổ trục trơn như: graphite, carbon và gốm như alumina và silicon-carbide được biết đến trong ngành công nghiệp turbo và có độ xốp tự nhiên nên chúng có thể được sử dụng làm ổ trục chịu áp suất bên ngoài là ổ trục màng chất lỏng không tiếp xúc. Có một chức năng lai trong đó áp suất bên ngoài được sử dụng để giải phóng áp suất tiếp xúc hoặc lực đóng của phớt khỏi ma sát đang diễn ra ở các mặt phớt tiếp xúc. Điều này cho phép người vận hành bơm điều chỉnh thứ gì đó bên ngoài bơm để xử lý các ứng dụng có vấn đề và hoạt động tốc độ cao hơn trong khi sử dụng phớt cơ khí.
Nguyên lý này cũng áp dụng cho chổi than, bộ phận chuyển mạch, bộ kích thích hoặc bất kỳ dây dẫn tiếp xúc nào có thể được sử dụng để đưa dữ liệu hoặc dòng điện vào hoặc ra khỏi các vật thể quay. Khi rôto quay nhanh hơn và lượng điện chạy ra tăng lên, việc giữ các thiết bị này tiếp xúc với trục có thể khó khăn và thường cần phải tăng áp suất lò xo giữ chúng trên trục. Thật không may, đặc biệt là trong trường hợp vận hành tốc độ cao, lực tiếp xúc tăng này cũng dẫn đến nhiều nhiệt và mài mòn hơn. Nguyên lý lai tương tự được áp dụng cho các mặt phớt cơ khí được mô tả ở trên cũng có thể được áp dụng ở đây, trong đó cần có tiếp xúc vật lý để dẫn điện giữa các bộ phận đứng yên và quay. Áp suất bên ngoài có thể được sử dụng giống như áp suất từ xi lanh thủy lực để giảm ma sát tại giao diện động trong khi vẫn tăng lực lò xo hoặc lực đóng cần thiết để giữ cho mặt chổi than hoặc phớt tiếp xúc với trục quay.
Thời gian đăng: 21-10-2023