تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع
مکانیکال سیل چیست؟
مکانیکال سیل (Mechanical Seal) یک عنصر متشکل از حلقه‌های چهار هواپوش یا یک حلقه منطبق و یک حلقه متاساز است که برای جلوگیری از نشتی مایعات در محیط‌هایی که فشار یا دما بالا دارند، استفاده می‌شود. سیل مکانیکی یا آب بند مکانیکی در اصل به عنوان یک جایگزین برای سیستم‌های آب بندی و سیل سازی شفت و کاهش نشتی مایعات طراحی شده است. مکانیکال سیل‌ها به دلیل خصوصیاتی از قبیل عمر طولانی، عملکرد بالا، و کاهش نیاز به نگهداری مداوم، در بسیاری از صنایع صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
یکی از کاربردهای اصلی مکانیکال سیل‌ها در صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، پالایشگاه‌ها، تولید برق، صنایع آب و فاضلاب، و صنایع ماشین آلات است. این سیل‌ها در سیستم‌های جریان مایعات، پمپ‌ها، کمپرسورها، میخ‌ها، خطوط لوله، و تجهیزات دیگر استفاده می‌شوند تا از نشتی مایعات و ورود هوا به داخل سیستم جلوگیری کنند و عملکرد بهینه را حفظ کنند.
سیل مکانیکی
هر پمپ سانترفیوژ باید با یک شفت دوار مطابقت داشته باشد در حالی که به طور مکانیکی از مایع یا گاز در انتهای مرطوب پمپ نگهداری می کند.
سیل های مکانیکی عمدتا متشکل از یک “سطح آب بندی دوار” با مکانیسم چرخشی می باشند که با همان سرعت شفت پمپ می چرخد و نیز یک “سطح آب بندی ثابت” که به سطح آب بندی دوار متصل می شود و با استفاده از یک gland یا در بعضی از مدل های پمپ ، یک مجموعه تحت فشار ( با استفاده از مجموعه فنرها یا یک آکاردئون فلزی) که برای جلوگیری از آلودگی و نشت زمانی که پمپ کار نمی کند و نیز وقتی شفت پمپ در حال چرخش است ، سطح دوار را به طور محکم در مقابل سطح ثابت نگه می دارد.
گسکت های آب بندی استاتیک ، “اورینگ ها ” یا سیلندرهای الاستومری به طور استراتژیک برای تکمیل مجموعه آب بندی وجود دارند.
شکل 1 : سیل های مکانیکی
شرایط انتخاب مکانیکال سیل مناسب
برای انتخاب درست یک سیل مکانیکی بایستی ابتدا به قسمت چرخشی آن توجه کرده و سپس نوع سطوح ثابت آن را مورد ارزیابی قرار دارد.
عوامل فشار محیط سیل ، درجه حرارت و سرعت محور دوار ماشین (RPM) نوع سیال پمپ شونده و اندازه قطر محور دوار را در نظر گرفت که با توجه به این مهم ، سیل مکانیکی مناسب برای پمپ انتخاب می شود.
زیرا زمانی که یک سیل از کار می افتد مقدار قابل توجهی از هزینه صرف جایگزینی آن شده و در بیشتر حالات تجهیزات فرایند از کار خارج شده تا سیل مکانیکی جدید نصب شوند.
لذا انتخاب درست آب بند مکانیکی با توجه به محیط کارکرد آن میتواند موجب بهره وری در فرایند تولید بشود.
از دیگر محصولات که کاربرد بالایی در صنعت دارد می توان به شیر پروانه ای اشاره کرد لطفا جهت خرید، استعلام قیمت و مطالعه بیشتر در مورد آن کلیک کنید.
مزایای آب بند مکانیکی
از جمله مزایای آب بند مکانیکی جلوگیری از نشت مواد گران قیمت ، خورنده و خطرناک ، مایعات سمی و گازها ، آلاینده و سرطان زا ،سیال رادیو اکتیو ، منفجره و غیره می باشد.
مبانی آب بندی پمپ سیال
سیل مکانیکی ، شیوه ای ساده برای حفاظت سیال در یک مجرا یا لوله ( معمولا پمپ ها ، میکسرها و … ) است که در آن یک شفت چرخشی از طریق یک محفظه ثابت عبور می کند یا گاهی اوقات محفظه اطراف شفت چرخش می کند.
هنگام آب بندی یک پمپ سانترفیوژ چالش این است که به یک شفت چرخشی اجازه بدهید که وارد بخش مرطوب پمپ شود بدون اینکه به حجم زیادی از سیال تحت فشار اجازه فرار داده شود. (شکل زیر)
برای مقابله با این چالش نیاز به یک سیل یا آب بند بین شفت و محفظه پمپ است که بتواند فشار فرآیندی که در حال پمپ شدن است را حفظ کرده و در برابر اصطکاک ایجاد شده توسط چرخش شفت مقاومت کند.
روش های سنتی آب بندی پمپ سیال
قبل از بررسی نحوه عملکرد سیل های مکانیکی ضروری است که روش های دیگر تشکیل سیل را درک کرد.
یکی از این روش ها که هنوز هم به طور گسترده استفاد می شود ، “گلند پکینگ” است.
در واقع گلند پکینگ ، یک متریال طناب مانند و بافته شده می باشد که در اطراف شفت بسته بندی می شود و به طور فیزیکی شکاف بین شفت و محفظه پمپ را پر می کند.
این متریال هنوز هم به طور متداول در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل 2 :گلند پکینگ
با این حال کاربران به طور فزاینده به دلایل زیر خواهان سیل های مکانیکی هستند:
- اصطکاک چرخش شفت در گذر زمان باعث سایش پکینگ می شود به این ترتیب تا زمانی که پکینگ تنظیم یا تعویض شود باعث افزایش نشت می گردد.
- به منظور کاهش نشت نیاز است که پکینگ در برابر شفت فشرده شود و این بدان معنی است که پمپ برای چرخاندن شفت به نیروی رانش بیشتری نیاز دارد و این یعنی تلف شدن انرژی .
- از آنجا که پکینگ با شفت در تماس است در نتیجه سایش ، شیاری در آن ایجاد می شود که تعمیر و جایگزینی آن می تواند هزینه بر باشد.
سیل های مکانیکی برای غلبه بر این مشکلات طراحی شده اند :
شکل 3: نمایش محفظه پمپ و شفت چرخشی
طراحی سیل مکانیکی
یک سیل مکانیکی اساسی شامل سه سطح آب بندی است:
- بخش ثابت سیل که با یک سیل استاتیک بر محفظه پمپ سوار می شود. این ممکن است با یک او-رینگ یا گسکت آب بندی شده بین قسمت ثابت و محفظه پمپ محکم شده باشد.
- بخش دوار یا چرخشی سیل که معمولا با یک او-رینگ به شفت محکم می شود.همچنین این بخش آب بندی به عنوان یک بخش استاتیک در نظر گرفته می شود چون به همراه شفت می چرخد.
- خود سیل مکانیکی که رابط بین بخش های استاتیک و دوار سیل است.
شکل 4 : قسمت مشخص شده به رنگ قرمز. چپ : بخش ثابت و راست : بخش دوار
سطوح آب بندی
در حالی که دو سطح آب بندی در طراحی سیل ، سیل های استاتیک ساده ای هستند ، اما سیل بین بخش های چرخشی و ثابت باید کمی بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
این سیل اولیه اساس طراحی تمام سیل ها است و به منظور اثر بخشی آن ضروری است.
شکل 5 : سیل اولیه . زرد: بخش دوار سیل . آبی : بخش ثابت سیل .
سیل اولیه عمدتا یک بلبرینگ عمودی است که متشکل از دو سطح بسیار مسطح می باشد: یکی ثابت و دیگری چرخشی که درمقابل هم اجرا می شوند.
سطوح سیل با استفاده از ترکیبی از نیروی هیدرولیک از طرف سیال آب بندی شده و نیروی فنری از طرف طراحی سیل به هم فشرده می شوند.
به این ترتیب یک سیل برای جلوگیری از فرآیند نشت بین شفت چرخشی و مناطق ثابت پمپ ایجاد می شود.
سطوح سیل های مکانیکی تا درجه بالایی مسطح می شوند. اگر سطوح آب بندی بدون هیچ گونه روانکاری در مقابل هم بچرخند ، ساییده شده و به دلیل اصطکاک سطح و گرمای ایجاد شده سریعا می شکنند.
به این دلیل یک نوع روانکاری بین سطح چرخشی و ثابت سیل مورد نیاز است که تحت عنوان فیلم سیال شناخته می شود.
فیلم سیال
در بیشتر سیل های مکانیکی با حفظ یک فیلم نازکی از سیال بین سطوح سیل ، روانکاری می شوند.
این فیلم می تواند یا از طریق سیال فرآیند که پمپ می شود یا از طریق یک منبع خارجی تامین شود.
نیاز به یک فیلم مایع بین سطوح ، چالشی را درطراحی ایجاد می کند: روانکاری کافی جریان بین سطوح سیل بدون نشت یک مقدار غیر قابل قبول از سیال فرآیند یا ورود آلاینده ها بین سطوح که می تواند باعث آسیب به خود سیل شود.
با حفظ یک شکاف دقیق بین وجوه به این امر می توان دست یافت به طوری که باید به اندازه کافی بزرگ باشد که امکان جریان یافتن مقدار کمی از مایع روانکاری تمیز را بدهد اما به منظور جلوگیری از ورود آلاینده ها از شکاف بین سطوح سیل ، به اندازه کافی کوچک باشد.
شکل 6 : نمایش فیلم سیال و فاصله بین سطوح سیل
فاصله بین سطوح در یک سیل معمولی به اندازه 1 میکرون است یعنی 75 برابر باریک تر از موی انسان.
از آنجا که این فاصله خیلی کوچک است ، ذراتی که به سطوح سیل آسیب می زنند ، نمی توانند وارد شوند و مقدار مایعی که از طریق این فضا نشت می کند آنقدر کوچک است که به صورت بخار ظاهر می شود.
فیلم 1
این میکروشکاف با استفاده از فنرها و نیروی هیدرولیک برای فشرده کردن سطوح سیل به یکدیگر حفظ می شود در حالی که فشار سیال بین سطوح ( فیلم سیال ) برای جدا کردن آنها از هم عمل می کند.
در واقع بدون حضور فیلم سیال دو سطح آب بندی در تماس کامل خواهند بود که به عنوان اجرای خشک شناخته می شود و منجر به شکست سریع سیل می گردد.
فیلم 2
فشرده کردن سطوح به یکدیگر بدون فشار فرآیند ( و نیروی فنرها ) ، این سطوح سیل را بیش از حد از هم جدا می کند و به این ترتیب امکان نشت سیال به بیرون فراهم می شود.
مهندسی سیل مکانیکی بر روی افزایش طول عمر سطوح آب بندی با اطمینان از کیفیت بالای سیال روان کننده و با انتخاب متریال مناسب برای سطوح آب بندی برای فرآیند پمپ تمرکز می یابد.
چرا از سیل های مکانیکی استفاده می کنیم ؟
- سیل ها بدون نشت قابل مشاهده ، فیلم سیال روی سطوح را به صورت بخار نشت می دهند.
- طرح های مدرن “سیل کارتریج ” به شفت پمپ یا بوش آسیب نمی زند.
- نگهداری روزانه به این دلیل کاهش می یابد که سیل ها دارای فنرهای داخلی می باشند که آنها را خود تنظیم می کند.
- سیل ها دارای سطوح سبکی هستند که نسبت به گلند پکینگ ها نیروی کمتری مصرف می کند.
- آلودگی بلبرنگ در عملیات نرمال کاهش می یابد چون روان کننده توسط نشت سیل تحت تاثیر قرار نمی گیرد و به بیرون شسته می شود.
- اگر محصول در پمپ موجود باشد ، تجهیزات کارخانه از خوردگی کمتر رنج می برند.
- با این تکنولوژی خلا نیز می تواند آب بندی شود ، مشکلی برای پکینگ که هوا را به پمپ جذب می کند.
- محصول کمتر تلف می شود و در هزینه ها صرفه جویی می شود حتی آب گران است و نیاز کمتری به تمیز کردن سطح وجود دارد.
