كيف تعمل الأختام الميكانيكية؟

موانع التسرب الميكانيكية هي أجهزة تستخدم لمنع تسرب السوائل من المكونات الدوارة أو الترددية في الآلات، مثل المضخات والضواغط والخلاطات. وتتكون عادةً من مكونين رئيسيين: جزء ثابت (يشار إليه غالباً بالوجه الثابت) وجزء دوار (يشار إليه بالوجه الدوار). يقوم هذان الوجهان المانعا للتسرب إلى جانب عدد من أجهزة منع التسرب مثل الحشيات والحلقات بإغلاق وسائط العملية داخل حجرة منع التسرب لعنصر من المعدات الدوارة، كما هو موضح أدناه.

إليك كيفية عمل الأختام الميكانيكية عادةً:

تصميم وجه الختم الميكانيكي

الأسطح الملامسة: يوجد في قلب مانع التسرب الميكانيكي سطحان مسطحان مسطحان أو منحنيان قليلاً يسميان وجهي مانع التسرب. يتم تثبيت أحد هذين الوجهين على المكون الثابت في الماكينة (عادةً مبيت المضخة)، بينما يتم توصيل الآخر بالمكون الدوار في الماكينة (عادةً العمود الدوار). يتلامس هذان الوجهان مع بعضهما البعض أثناء التشغيل.

مانع التسرب الأساسي: عندما تعمل الماكينة، يتسبب عمود الدوران في دوران أحد وجهي مانع التسرب بينما يظل الوجه الآخر ثابتًا. ويخلق التلامس الوثيق بين الوجهين حاجزاً يمنع تسرب السائل من عنصر المعدات أو الماكينة الدوارة. تعرف أوجه مانع التسرب هذه باسم مانع التسرب الأساسي للبحر الميكانيكي، كما هو موضح أدناه.

فيلم سائل

إن جودة غشاء السائل بين أوجه مانع التسرب المضاد للدوران هي العامل الأكثر أهمية في تصميم مانع التسرب الميكانيكي.

في تصميم مانع تسرب ميكانيكي واحد، يتكون غشاء السائل من وسائط المعالجة.

في تصميم مانع التسرب الميكانيكي المزدوج، يتألف غشاء المائع من وسائط المعالجة (في تطبيق سائل الحاجز غير المضغوط في خطة API 52)، أو سائل الحاجز الثانوي (في تطبيق سائل الحاجز المضغوط في خطة API 53).

إذا كانت طبقة السائل كبيرة جدًا، فسوف تتسرب واجهات مانع التسرب، كما هو موضح أدناه.

إذا كان غشاء السائل صغيرًا جدًا، فسوف تسخن واجهات مانع التسرب وتتآكل وتتلف. وينتج عن ذلك أيضاً تسرب وجه مانع التسرب، كما هو موضح أدناه.

وبالتالي فإن حجم غشاء المائع المثالي والمحسّن هو أمر بالغ الأهمية لنجاح تصميم مانع التسرب الميكانيكي وطول عمر مانع التسرب.

ما هو الحجم الأمثل لغشاء المائع في مانع التسرب الميكانيكي؟

يمكن أن يختلف حجم غشاء المائع في مانع التسرب الميكانيكي اعتمادًا على عدة عوامل، بما في ذلك تصميم مانع التسرب وظروف التشغيل والتطبيق المحدد. وخلاصة القول، يشير غشاء المائع عادةً إلى الطبقة الرقيقة من المائع بين أوجه مانع التسرب التي تساعد على تقليل الاحتكاك وتبديد الحرارة وتوفير حاجز ضد التسرب.

يمكن أن يتراوح سمك طبقة المائع من بضعة ميكرومتر (ميكرون) إلى عدة مئات من الميكرومتر (ميكرون)، اعتماداً على عدة عوامل. والميكرومتر هو وحدة طول تقيس واحد على مليون من المتر أو واحد على ألف من المليمتر (0.001 مم). إذن 3 ميكرون يساوي 0.003 مم (0.00012 بوصة). هذا صغير جدًا عندما تفكر في أن قطر شعرة الإنسان عادةً ما يتراوح بين 50 و100 ميكرون.

تتضمن العوامل التي تؤثر على سماكة غشاء السائل في مانع التسرب الميكانيكي ما يلي;

سرعة التشغيل: قد تؤدي السرعات العالية إلى ترقق أغشية المائع بسبب زيادة قوى القص على المائع.

تشطيب السطح: يمكن أن تؤثر نعومة السطح والتشطيب السطحي لوجوه مانع التسرب على سماكة طبقة السائل. وغالباً ما تؤدي التشطيبات الدقيقة إلى غشاء سائل أرق.

خصائص المائع: يمكن أن تؤثر اللزوجة وخصائص التشحيم للسائل المستخدم في مانع التسرب على سمك طبقة المائع. قد تؤدي السوائل ذات اللزوجة العالية إلى غشاء مائع أكثر سمكاً.

ظروف التشغيل: يمكن أن تؤثر درجة الحرارة والضغط والعوامل البيئية الأخرى أيضًا على سمك طبقة المائع.

عادةً ما يتم تصميم سمك غشاء السائل والتحكم فيه بعناية لضمان الأداء الأمثل لمانع التسرب الميكانيكي، وموازنة الحاجة إلى التشحيم وتبديد الحرارة مع متطلبات الختم الفعال والحد الأدنى من التسرب.

عناصر أخرى من الختم الميكانيكي

مانع تسرب ثانوي: إلى جانب أسطح الختم الأولية، تتضمن موانع التسرب الميكانيكية عناصر ختم ثانوية لتعزيز فعالية الختم. قد تشمل هذه العناصر حلقات على شكل O أو حشيات من المطاط الصناعي أو أنواع أخرى من عناصر الختم الديناميكية أو الثابتة. تساعد موانع التسرب الثانوية هذه في الحفاظ على سلامة مانع التسرب عن طريق منع التسرب من خلال أي فجوات بين أسطح الختم الأولية.

التشحيم والتبريد: لتقليل الاحتكاك والتآكل بين أوجه مانع التسرب، وكذلك لتبديد الحرارة المتولدة أثناء التشغيل، غالبًا ما تتطلب الموانع الميكانيكية التشحيم والتبريد. ويمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام سائل حاجز أو نظام دعم مانع التسرب الذي يوفر سائلًا متوافقًا لوجوه مانع التسرب.

زنبرك أو منفاخ: في العديد من موانع التسرب الميكانيكية، يتم دمج آلية زنبرك أو منفاخ للحفاظ على قوة التلامس اللازمة بين أوجه الختم. وهذا يضمن بقاء مانع التسرب فعالاً في ظل ظروف التشغيل المختلفة، بما في ذلك التغيرات في درجة الحرارة والضغط.

أنظمة التدفق والحاجز: في بعض التطبيقات، وخاصة تلك التي تنطوي على سوائل خطرة أو كاشطة، قد تكون موانع التسرب الميكانيكية مزودة بأنظمة تدفق أو حاجز. توفر هذه الأنظمة حماية إضافية من خلال توفير سائل نظيف أو غاز نظيف لواجهات مانع التسرب، مما يساعد على منع تلوث المنتج وإطالة عمر مانع التسرب.

بشكل عام، تعمل موانع التسرب الميكانيكية من خلال الحفاظ على واجهة محكمة ومحكومة بين المكونات الدوارة والمكونات الثابتة، مما يمنع تسرب السوائل بشكل فعال ويضمن سلامة وكفاءة الآلات الدوارة في مختلف التطبيقات الصناعية.

للمزيد من المعلومات، يُرجى الاتصال بهندسة الموثوقية و/أو التقدم بطلب لحضور إحدى دوراتنا التدريبية حول أفضل الممارسات في مجال منع التسرب.