BETVICTOR体育官网泵是机械密封的最大用户之一。顾名思义，机械密封是接触式密封，区别于气动或迷宫非接触式密封。机械密封也有平衡或不平衡两种特征。这指的是，如果有的话，过程压力可以在固定密封面后面产生的百分比。如果密封面没有被推到旋转面上(如在推式密封中)，或者需要密封的压力下的工艺流体不允许进入密封面后面，则工艺压力会将密封面吹回并打开。密封设计人员需要考虑所有的操作条件，以设计出具有所需关闭力的密封，但不能太大，以免动态密封面上的单元加载产生过多的热量和磨损。这是一个微妙的平衡，决定了泵的可靠性。
本文将介绍一种新的或非常规的方法来平衡动态密封面的接触力，即启用打开力，而不是如上所述的平衡关闭力的传统方法。它并没有消除必要的关闭力，而是给泵设计者和用户提供了另一个旋钮，允许轻量化或卸载密封面。它保持所需的关闭力，从而减少热量和磨损，同时扩大可能的操作条件。
干气密封(DGS)，通常用于压缩机，在密封面上提供一个打开力。这种力是由气动轴承原理产生的，其中精细的泵送槽有助于鼓励气体从密封的高压过程一侧进入间隙，并作为非接触式流体膜轴承穿过密封表面。正如J.S. Stahley(图1a)所示，随着表面闭合力的增加，气动轴承层将变得更薄但更硬。
图片1。干气密封面的气动轴承开启力。线的斜率代表了间隙处的刚度。注意，差距是以微米为单位的。图1 b。流体膜轴承参数与轴颈偏心比的定性图。当轴颈位于轴承中心时，刚度K和阻尼D最小。当轴颈靠近轴承表面时，刚度和阻尼显著增加。图1 c。升力与载荷图比较孔板和多孔外压气体轴承。 At small gaps orifice bearings collapse but porous bearings behave as dry gas seals and oil bearings. (Images courtesy of New-Seal, Inc.)同样的现象也发生在支持大多数大型离心压缩机和泵转子的水动力油轴承中，并且可以在D.E. Bently所示的转子动态偏心图中看到(图1b)。这种效果提供了一个稳定的后止动，是流体动力油轴承和DGS成功的重要因素。机械密封没有精细的泵送槽，可能会在气动DGS面找到。可能有一种方法可以使用外部加压气体轴承原理来减轻来自密封面的关闭力。
气动vs.气动
外压空气静压气体轴承采用加压气体源，而动态轴承利用表面之间的相对运动来产生间隙压力。外部加压技术至少有两个基本优势。
首先，可以在密封面之间以可控的方式注入加压气体，而不是通过需要运动的浅抽槽将气体吸入密封间隙。这一步可以在旋转开始前分离密封面。即使这些表面拧在一起，当压力直接注入到它们之间时，它们也会突然打开，因为零摩擦开始和停止。
此外，如果密封件滚烫，可以通过外部压力来增加密封件表面的压力。然后，间隙将随着压力成比例地增加，但剪切产生的热量将落在间隙的立方函数上。这使操作者能够利用热量产生。
压缩机的另一个优点是，它不会像DGS那样流过表面。相反，密封面之间的压力最高，外部压力会流入大气或排气口进入一侧，从另一侧进入压缩机。这样可以使过程远离间隙，从而提高可靠性。
在泵中BETVICTOR体育官网，这可能不是一个优势，因为它可以不希望强迫可压缩气体进入泵。泵内的可压缩气体会引起气穴或气锤问题。BETVICTOR体育官网然而，如果能有一种无接触或无摩擦的泵密封，而不存在气体流入泵过程的缺点，那将是很有趣的。BETVICTOR体育官网有没有可能有一个外部加压的零流量气体轴承?
补偿
所有外部加压轴承都有某种补偿——一种将压力保留在储备中的限制形式。
最常见的补偿形式是使用孔口，但也有凹槽、台阶和多孔技术。补偿使轴承或密封面能够在不接触的情况下紧密地运行，因为它们越接近，它们之间的气体压力就越高，将轴承或密封面排斥在外。
例如，在平孔补偿气体轴承下，间隙中的平均压力将等于轴承上的总负载除以面面积——这是单位负载。如果该气源压力为60磅/平方英寸(psi)，且端面面积为10平方英寸，负载为300磅，则轴承间隙中平均压力为30磅。通常情况下，缺口约为0.0003英寸，由于缺口太小，流量只能达到约0.2标准立方英尺每分钟(scfm)。由于在间隙之前有一个孔板节流器，将压力保持在储备状态，负载增加到400磅，轴承间隙减小到约0.0002英寸，将通过间隙的流量限制到0.1 scfm。
图片2。这是在坐标测量机(CMM)中发现的典型孔板空气轴承的剖面图。第二个限制的增加为孔板限流器提供了足够的流量，使间隙中的平均压力增加到40 psi，并支持增加的负载。
孔板补偿与多孔补偿
孔板补偿是应用最广泛的补偿形式。
一个典型的孔口直径可能为0.010英寸，但由于它的进气面积为几平方英寸，因此它的进气面积比其本身大几个数量级，因此气体的速度可能很高。
通常，孔口是从红宝石或蓝宝石中精确切割出来的，以避免孔口尺寸的侵蚀，从而改变轴承的性能。另一个需要记住的问题是，在低于0.0002英寸的间隙时，孔口周围的区域开始阻塞流向面部其他部分的气流，并发生气膜崩溃(图1c)。
图片3。孔板轴承只有孔板和任何槽的面积，以建立初始升力的压力。多孔气体轴承的均匀压力分布使其更适合应用于密封技术。同样的情况发生在抬升时，因为只有孔口和任何凹槽的区域可以启动抬升。这是外部加压轴承在密封方案中看不到的主要原因之一。
然而，多孔补偿轴承并非如此，终端用户会发现，随着载荷的增加，刚度继续增加，间隙减小，DGS和流体动力油轴承也是如此。
在外压多孔轴承的情况下，当输入压力乘以面积等于轴承上的总载荷时，轴承将处于平衡力模式。这是一个有趣的摩擦学案例，因为有零升力或气隙。会有零流量，但空气压力对轴承表面下的反表面的流体静力仍然减轻了总载荷的重量，并导致摩擦系数接近于零，即使表面仍然接触。
图片4。多孔石墨的机械密封面，显示空气从平整的密封面上流出。输入压力可以被调整以产生流体静力来降低接触压力。例如，如果一个石墨密封面的面积为10平方英寸，关闭力为1,000磅，而石墨的摩擦系数为0.1，则需要100磅的力来启动运动。但是，当一个100 psi的外部压力源通过多孔石墨输送到其表面时，启动运动所需的力基本上为零。
尽管仍然有1000磅的闭合力将两个面挤压在一起，并且两个面彼此有物理接触。
轴承的材料
一类滑动轴承材料，如石墨，碳和陶瓷，如氧化铝和硅碳化物，在涡轮工业中是已知的，并且是天然多孔的，可以用作外部加压轴承。这些提供非接触式流体膜轴承。
有一种混合功能，其中外部压力用于减轻接触压力或密封的关闭力，来自接触密封面上发生的摩擦学。
在使用机械密封时，泵操作人员可以在泵外部进行调整，以处理问题应用和高速操作。
图片5。用多孔石墨压扁的机械密封面。这一原理也适用于电刷、换向器、励磁器或任何可用于在旋转物体上或关闭上获取数据或电流的接触导体。由于转子旋转更快，耗尽增加，可能很难保持这些设备与轴接触，通常需要增加弹簧压力保持它们对轴。
不幸的是，特别是在高速运行的情况下，这种接触力的增加也会导致更多的热量和磨损。
应用于上述机械密封面的相同混合原理也可以应用于这里，静止和旋转部件之间的导电性需要物理接触。
外部压力可以像液压缸的压力一样使用，以减少动态界面上的摩擦，同时仍然增加弹簧力或关闭力，以保持刷或密封面与旋转轴接触。