انتخاب مواد مکانیکی مهر و موم
طیف گسترده ای از مواد مختلف موجود برای فیس های مهر و موم مکانیکی، انتخاب ترکیب صورت مناسب را دشوار می کند. دانستن اینکه ترکیب نادرست مواد ممکن است منجر به خرابی زودرس آب بندی شود که به نوبه خود منجر به هزینه های قابل توجهی به دلیل تعویض آب بند، خرابی پمپ و آسیب احتمالی به تجهیزات می شود، ترسناک تر است.
این مقاله شامل گزیده‌هایی از مقاله، “تکامل و کاربرد مواد مکانیکی سیل فیس” است که توسط ویلیام دیتزل و جک واسکو از Flowserve در سمپوزیوم پمپ توربوماشین در سال 2015 ارائه شده است.
هر مهر و موم مکانیکی به حداقل دو وجه آب بند مخالف نیاز دارد. آنها معمولاً به عنوان یک ترکیب نرم در مقابل سخت یا یک ترکیب سخت در مقابل سخت طبقه بندی می شوند. اولین سوالی که در هنگام انتخاب ترکیب باید بپرسید این است: آیا چهره ها باید خاصیت خود روان کنندگی داشته باشند؟
ترکیبات نرم در مقابل سخت مهر و موم به طور سنتی در حالت های روغن کاری مرزی و روغنکاری مخلوط که به ویژگی های خود روانکاری نیاز دارند استفاده می شود.
مواد صورت با یکدیگر تماس خواهند داشت و جفت های تریبولوژیکی خوب مانع از ایجاد آسیب قابل توجهی به یکدیگر می شوند.
سطوح سخت در مقابل سخت معمولاً در برنامه‌های فیلم سیال کامل استفاده می‌شوند که لزوماً به خواص تریبولوژیکی خوب نیاز ندارند زیرا مواد وجهی نباید در تماس باشند.
اولین منطقه ای که در هنگام انتخاب مواد آب بند مورد توجه قرار می گیرد، فاز محصول (مایع یا گاز) هنگام ورود و خروج از شکاف آب بندی مکانیکی است.
سه طبقه بندی اصلی عبارتند از:
محصول مهر و موم شده به صورت مایع وارد شکاف آب بندی می شود و از آن خارج می شود محصول مهر و موم شده به صورت گاز وارد شکاف آب بندی می شود و از آن خارج می شود محصول مهر و موم شده به صورت مایع وارد شکاف آب بندی می شود و قبل از آن به گاز تبخیر می شود. خارج می شود.
در دو طبقه بندی که محصول به صورت گاز خارج می شود، حالت روانکاری به صورت روانکاری مرزی یا روغنکاری مخلوط می باشد. این به این معنی است که مواد صورت انتخاب شده باید جفت های تریبولوژیکی خوبی داشته باشند و معمولاً ترکیبی از صورت نرم در مقابل سخت هستند.
اکثر آب‌بندهای مکانیکی در کاربردهایی استفاده می‌شوند که محصول به صورت مایع وارد و خارج می‌شود. خواص مایع مهم است زیرا تأثیر زیادی در تعیین حالت روغن کاری دارد. به طور خاص، این نوع کاربردها برای انتخاب مواد مناسب به ویسکوزیته سیال بستگی دارد.
ویسکوزیته سیال
رایج ترین ملاحظات برای انتخاب چهره، ویسکوزیته سیال در دمای کار است. به طور کلی، سرویس‌های با ویسکوزیته پایین بیشتر در محیط‌های روغنکاری مرزی یا مختلط کار می‌کنند و بنابراین به بهترین شکل با ترکیب صورت نرم و سخت مهر و موم می‌شوند. در سیالات با ویسکوزیته بالاتر، سیال حالت روانکاری فیلم سیال کامل را ایجاد می کند و امکان ترکیب مواد نرم در مقابل سخت یا مواد سخت در مقابل سخت را فراهم می کند.
با این حال، برخی از مواد نرم، مانند کربن، در سیالات ویسکوزیته بالاتر توصیه نمی‌شوند، زیرا به دلیل نیروهای برشی ویسکوز بالا بین سطوح آب‌بند که می‌تواند باعث شکست موضعی بایندر به نام تاول زدن شود، توصیه نمی‌شود. برای جلوگیری از این امر، استفاده از ترکیب صورت سخت در مقابل سخت در سیالات با ویسکوزیته بالاتر، به طور کلی عملی است.
هنگامی که ویژگی‌های سیال عمل‌کننده بین وجه‌ها درک شد، می‌توان مشخصات روانکاری را با استفاده از ابزارهایی مانند FEA یا با مشاهده شواهد فیزیکی از مجموعه‌ای از وجوه آب‌بند که قبلا اجرا شده در کاربرد دقیق یا در خدمات مشابه ارزیابی کرد. هنگامی که ترکیب آب بندی اولیه با استفاده از ویسکوزیته انتخاب شد، چند ملاحظات دیگر باید ارزیابی شوند تا اطمینان حاصل شود که مواد صورت مطابق انتظار عمل می کنند.
در کاربردهای کثیف یا آلوده، خواص و غلظت مواد جامد معلق یا ذرات تبلور حیاتی می شود. ذراتی که سخت تر از مواد صورت هستند، پتانسیل بالایی برای آسیب رساندن به صورت دارند. در صورت وجود ذرات سخت، باید برای هر دو سطح آب بندی، مواد با سختی بالاتر انتخاب شوند. مایعاتی که در هنگام مهاجرت به صورت متبلور یا نمک می شوند یا نمک در سمت جو نیز ممکن است آسیب قابل توجهی به صورت نرم وارد کنند.
اگر در این کاربردها به صورت های نرم در مقابل سخت نیاز است، باید ملاحظات خاصی مانند انتخاب طرح های مهر و موم با سیال فرآیند در قطر خارجی (OD) وجه آب بندی و اعمال خاموش کننده خارجی API Plan 62 در ID برای شستشو به کار گرفته شود. ذرات سمت جوی مهر و موم را از بین ببرید. اگر کوئنچ خارجی در دسترس نباشد، برنامه باید با ترکیبی از چهره سخت در مقابل صورت سخت ارزیابی شود، که احتمالاً از ویژگی‌های ویژه روی چهره‌ها استفاده می‌کند.
سازگاری شیمیایی مواد
چهره های مهر و موم در معرض طیف گسترده ای از سیالات فرآیندی قرار دارند. برخی از این سیالات فرآیندی تهاجمی هستند و با اجزای منفرد ماده مانند ماده پایه، بایندر یا مواد پرکننده واکنش شیمیایی می دهند.
ملاحظات حرارتی
مواد مکانیکی درزگیر واکنش متفاوتی به دماهای مختلف خارجی و داخلی که بر روی وجوه آب بند اعمال می‌کنند، دارند. دماهای خارجی از منابعی مانند سیال پمپ شده، ژاکت گرمایش/خنک کننده، یا طرح های لوله کشی خنک کننده آب بندی، همگی بر میانگین کلی دمای صورت تأثیر می گذارند. منابع حرارتی داخلی مانند اصطکاک و تلاطم می توانند باعث ایجاد دماهای محلی بالاتری شوند که بر روی بخشی از وجوه آب بندی اثر می گذارد. این منابع می توانند منجر به رشد حرارتی ناخواسته یا جمع شدن و تخریب بالقوه مواد اشباع یا اتصال شوند. گرادیان های حرارتی محوری در سرتاسر وجوه آب بند می تواند انبساط حرارتی ناهمواری را در سطح ایجاد کند که منجر به مخروط حرارتی مضر می شود.
اثرات مختلف دما
رسانایی حرارتی مواد صورت نشان می دهد که چگونه صورت به طور موثر گرمای تولید شده از شکاف آب بندی را به بقیه قسمت های صورت دفع می کند. یک ماده رسانایی کمتر، گرادیان دمایی بالاتری خواهد داشت و سطح مهر و موم را به روش‌های نامطلوبی منحرف می‌کند.
مهر و موم در این شکل ها تحت شرایط عملیاتی یکسان اجرا می شد، اما فقط مواد صورت دست چپ تغییر کرد. اینها نشان می‌دهند که کربن رزین، با کمترین رسانایی حرارتی، گرما را در سطوح محبوس نگه می‌دارد و باعث ایجاد دمای بالاتری نسبت به دو سطح دیگر می‌شود. کاربید سیلیکون، با بالاترین رسانایی، گرما را از رابط آب بندی منتقل می کند و دمای دماغه سایشی را در پایین ترین حد نگه می دارد.
حتی افزایش‌های کوچک دما می‌توانند با تغییر تهاجمی سیالات خورنده، تأثیرگذاری بر تغییر فاز سیال، یا کاهش ویسکوزیته سیال، تأثیر زیادی و غیرمستقیم بر روی مواد سطح داشته باشند. مواد صورت اگر سرعت سطح بالا باشد، مواد سطح آب بندی در حالت روغن کاری مرزی یا روغنکاری مخلوط ممکن است نرخ سایش بالایی را تجربه کنند.
کاهش نرخ سایش ممکن است نیاز به تغییر هندسه آب بندی و استفاده از موادی با خاصیت خود روانکاری داشته باشد. سرعت‌های چرخشی بالاتر همچنین گرمای ایجاد شده توسط اصطکاک را بین سطوح آب‌بند افزایش می‌دهد و گرادیان حرارتی بزرگ‌تری ایجاد می‌کند که باعث سایش ناهموار یا نشتی بیشتر می‌شود.
سرعت‌های پایین (کمتر از 350 دور در دقیقه)، هنگامی که با فشارهای کمتر ترکیب می‌شوند، ممکن است به مواد سطح آب‌بند خود روان‌شونده اجازه دهند تا برای مدت زمان قابل‌توجهی در حالت روغن کاری مرزی عمل کنند.
محدودیت های فشار
فشارهای عملیاتی بالا می تواند محدودیت های خواص مکانیکی مواد رویه را افزایش دهد. به همین دلیل، مواد باید در مقابل برهمکنش آنها با محل و میزان فشار وارده بر روی سطوح ارزیابی شوند. این ارزیابی باید بررسی کند که آیا استحکام ماده به اندازه کافی برای جلوگیری از شکستگی صورت کافی است، به خصوص اگر فشار بالاتری در داخل صورت باشد. فشار بالا ممکن است نیاز به تغییرات هندسه صورت در بینی سایش صورت داشته باشد تا پتانسیل بارهای تماسی بالا کاهش یابد. خواص روانکاری ذاتی برخی از مواد اغلب با مدول الاستیسیته کمتر و پتانسیل تغییر شکل فشار قابل توجه همراه است. این تغییر شکل‌های زیاد باید به حداقل برسد تا از سایش شدید یا سنگین و نشتی بالاتر از حد معمول جلوگیری شود.
روند استفاده از مواد صورت
در تاریخ اخیر، هر زمان که کربن با سیال محصول سازگار باشد، معمولاً یک ماده سخت مانند کاربید سیلیکون یا کاربید تنگستن در مقابل یک ماده نرم سازگار معمولاً یک درجه از کربن مقاوم در برابر تاول انتخاب شده است. هزینه کم، قابلیت انطباق با وجه مخالف، ویژگی های خود روانکاری و ضریب اصطکاک پایین تنها چند مورد از دلایل محبوبیت کربن به عنوان یک ماده درزگیر هستند. با این حال، حتی با این ویژگی های مطلوب، محدودیت هایی مانند مدول الاستیسیته نسبتا کم، هدایت حرارتی ضعیف و سختی کم مواد برای این ماده وجود دارد. جدول 2 مزایای کاربرد درجات کربن را در مقابل گزینه های صورت سخت مقایسه می کند. جستجو برای پیشبرد این محدودیت‌ها بدون به خطر انداختن خواص تریبولوژیکی عالی، یک نیروی محرکه اصلی در ارزیابی و پیشرفت در مواد کربنی بوده است.
ویژگی های چهره
حتی بهترین ترکیبات مواد همچنان می توانند عملکرد ناخواسته ای مانند سایش سریع یا نشتی زیاد را تجربه کنند. در این موارد فروشندگان مهر و موم به استفاده از این ترکیبات ادامه داده اند، اما ملاحظات خاصی را برای برآورده کردن انتظارات عملکرد مهر و موم اعمال می کنند. ملاحظات ویژه ویژگی هایی هستند که به وجوه آب بند اضافه می شوند تا حالت روانکاری را به سمت چیزی تغییر دهند که عملکرد مطلوب مهر و موم ها را به دست آورد. ویژگی‌های معمولی که برای وجه‌های آب‌بند مکانیکی اعمال می‌شود عبارتند از: هیدروپدها، شیارهای روان‌کننده، شیارهای هیدرودینامیکی، امواج، یا در برخی موارد ایجاد هندسه‌ی تخصصی وجهی درزگیر با صورت صاف. استفاده از این ویژگی‌ها همچنین می‌تواند اجازه استفاده از موادی را بدهد که ممکن است به طور سنتی در برخی از خدمات مورد استفاده قرار نگیرند. مانند ترکیب سخت در مقابل سخت در کاربرد هیدروکربنی چشمک زن.