இயந்திர முத்திரைகளின் விசை சமநிலைப்படுத்தலுக்கான ஒரு புதிய வழிமுறை

இயந்திரவியல் சீல்களை அதிகம் பயன்படுத்துபவைகளில் பம்புகளும் ஒன்றாகும். பெயர் குறிப்பிடுவது போல, இயந்திரவியல் சீல்கள் என்பவை தொடு வகை சீல்கள் ஆகும்; இவை காற்றியக்கவியல் அல்லது லேபிரிந்த் வகை தொடுதலற்ற சீல்களிலிருந்து வேறுபடுத்தப்படுகின்றன.இயந்திர முத்திரைகள்சமச்சீர் இயந்திர முத்திரை அல்லது என்றும் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.சமநிலையற்ற இயந்திர முத்திரைநிலையான சீல் முகப்பின் பின்னால், செயல்முறை அழுத்தத்தின் எவ்வளவு சதவீதம் அல்லது ஏதேனும் அழுத்தம் வர முடியுமா என்பதை இது குறிக்கிறது. சீல் முகப்பானது சுழலும் முகப்பிற்கு எதிராகத் தள்ளப்படாவிட்டால் (தள்ளும் வகை சீலில் உள்ளது போல), அல்லது சீல் செய்யப்பட வேண்டிய அழுத்தத்தில் உள்ள செயல்முறை திரவம் சீல் முகப்பின் பின்னால் செல்ல அனுமதிக்கப்படாவிட்டால், செயல்முறை அழுத்தம் சீல் முகப்பைப் பின்னோக்கித் தள்ளித் திறந்துவிடும். சீல் வடிவமைப்பாளர், தேவையான மூடும் விசையுடன் கூடிய ஒரு சீலை வடிவமைக்க அனைத்து இயக்க நிலைமைகளையும் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்; ஆனால், அந்த விசை, இயங்கும் சீல் முகப்பில் உள்ள யூனிட் சுமையால் அதிகப்படியான வெப்பத்தையும் தேய்மானத்தையும் உருவாக்கும் அளவிற்கு அதிகமாக இருக்கக்கூடாது. இது பம்பின் நம்பகத்தன்மையை நிர்ணயிக்கும் ஒரு நுட்பமான சமநிலை ஆகும்.

வழக்கமான முறையை விட, திறக்கும் விசையைச் செயல்படுத்துவதன் மூலம் டைனமிக் சீல் முகங்கள் செயல்படுகின்றன.
மேலே விவரிக்கப்பட்டபடி, மூடும் விசையைச் சமநிலைப்படுத்துகிறது. இது தேவையான மூடும் விசையை நீக்குவதில்லை, ஆனால் தேவையான மூடும் விசையைப் பராமரிக்கும் அதே வேளையில், சீல் முகங்களின் எடையைக் குறைக்க அல்லது சுமையைக் குறைக்க அனுமதிப்பதன் மூலம், பம்ப் வடிவமைப்பாளர் மற்றும் பயனருக்குத் திருப்புவதற்கு மற்றொரு கட்டுப்பாட்டை வழங்குகிறது. இதனால், வெப்பம் மற்றும் தேய்மானம் குறைக்கப்பட்டு, சாத்தியமான இயக்க நிலைமைகள் விரிவுபடுத்தப்படுகின்றன.

உலர் வாயு முத்திரைகள் (DGS)பெரும்பாலும் அமுக்கிகளில் பயன்படுத்தப்படும் இவை, சீல் முகங்களில் ஒரு திறப்பு விசையை வழங்குகின்றன. இந்த விசையானது காற்றியக்கத் தாங்கல் கொள்கையின் மூலம் உருவாக்கப்படுகிறது. இதில், நுண்ணிய உந்திப் பள்ளங்கள், சீலின் உயர் அழுத்தச் செயல்முறைப் பக்கத்திலிருந்து வாயுவை, இடைவெளிக்குள் செலுத்தி, ஒரு தொடுதலற்ற திரவப் படலத் தாங்கியாக சீலின் முகத்தின் குறுக்கே செல்ல ஊக்குவிக்க உதவுகின்றன.

உலர் வாயு அடைப்பு முகப்பின் காற்றியக்கத் தாங்கு திறப்பு விசை. கோட்டின் சாய்வானது, ஓர் இடைவெளியில் உள்ள விறைப்புத்தன்மையைக் குறிக்கிறது. இந்த இடைவெளி மைக்ரான்களில் உள்ளது என்பதைக் கவனிக்கவும்.
பெரும்பாலான பெரிய மையவிலக்கு அமுக்கிகள் மற்றும் பம்ப் சுழலிகளைத் தாங்கும் ஹைட்ரோடைனமிக் எண்ணெய் தாங்கிகளிலும் இதே நிகழ்வு ஏற்படுகிறது, மேலும் இது பென்ட்லியால் காட்டப்பட்ட சுழலியின் இயக்கவியல் மையவிலகல் வரைபடங்களில் காணப்படுகிறது. இந்த விளைவு ஒரு நிலையான பின் தடுப்பை வழங்குகிறது மற்றும் ஹைட்ரோடைனமிக் எண்ணெய் தாங்கிகள் மற்றும் DGS-இன் வெற்றியில் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். இயந்திர முத்திரைகளில், ஒரு ஏரோடைனமிக் DGS முகப்பில் காணப்படக்கூடிய நுண் பம்ப் பள்ளங்கள் இருப்பதில்லை. வெளிப்புறமாக அழுத்தப்பட்ட வாயு தாங்கி கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தி, மூடும் விசையின் எடையைக் குறைக்க ஒரு வழி இருக்கலாம்.இயந்திர முத்திரை முகம்s.

திரவப் படலத் தாங்கி அளவுருக்களுக்கும் ஜர்னல் மையவிலகல் விகிதத்திற்கும் இடையிலான பண்புசார் வரைபடங்கள். ஜர்னல் தாங்கியின் மையத்தில் இருக்கும்போது, ​​விறைப்புத்தன்மை (K) மற்றும் தணிப்பு (D) ஆகியவை குறைந்தபட்சமாக உள்ளன. ஜர்னல் தாங்கியின் மேற்பரப்பை நெருங்கும்போது, ​​விறைப்புத்தன்மையும் தணிப்பும் வியத்தகு அளவில் அதிகரிக்கின்றன.

வெளிப்புறமாக அழுத்தப்பட்ட ஏரோஸ்டேடிக் வாயு தாங்கிகள், அழுத்தப்பட்ட வாயுவின் ஒரு மூலத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன. அதேசமயம், டைனமிக் தாங்கிகள் இடைவெளி அழுத்தத்தை உருவாக்க, மேற்பரப்புகளுக்கு இடையேயான சார்பு இயக்கத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன. வெளிப்புறமாக அழுத்தப்படும் தொழில்நுட்பத்திற்கு குறைந்தது இரண்டு அடிப்படை நன்மைகள் உள்ளன. முதலாவதாக, இயக்கத்தை தேவைப்படுத்தும் ஆழமற்ற பம்பிங் பள்ளங்கள் மூலம் வாயுவை சீல் இடைவெளிக்குள் செலுத்துவதற்குப் பதிலாக, அழுத்தப்பட்ட வாயுவை சீல் முகங்களுக்கு இடையில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் நேரடியாகச் செலுத்தலாம். இது சுழற்சி தொடங்குவதற்கு முன்பு சீல் முகங்களைப் பிரிக்க உதவுகிறது. முகங்கள் ஒன்றாக இறுக்கப்பட்டிருந்தாலும், அவற்றுக்கு இடையில் நேரடியாக அழுத்தம் செலுத்தப்படும்போது, ​​உராய்வு இல்லாத தொடக்கங்கள் மற்றும் நிறுத்தங்களுக்காக அவை திடீரெனத் திறந்துவிடும். மேலும், சீல் சூடாக இயங்கினால், வெளிப்புற அழுத்தம் மூலம் சீலின் முகத்திற்கான அழுத்தத்தை அதிகரிக்க முடியும். அப்போது இடைவெளி அழுத்தத்திற்கு விகிதாசாரமாக அதிகரிக்கும், ஆனால் வெட்டு விசையினால் ஏற்படும் வெப்பம் இடைவெளியின் கனச் சார்பின் மீது விழும். இது வெப்ப உருவாக்கத்திற்கு எதிராகப் பயன்படுத்திக்கொள்ள இயக்குபவருக்கு ஒரு புதிய திறனை வழங்குகிறது.

DGS-ல் இருப்பது போல, கம்ப்ரஸர்களில் அதன் முகப்பின் குறுக்கே வாயு ஓட்டம் இருப்பதில்லை என்பது மற்றொரு நன்மையாகும். அதற்குப் பதிலாக, அதிகபட்ச அழுத்தம் சீல் முகப்புகளுக்கு இடையில் இருக்கும், மேலும் வெளிப்புற அழுத்தம் வளிமண்டலத்திற்குள் பாயும் அல்லது ஒரு பக்கமாக வெளியேறி, மறுபக்கத்திலிருந்து கம்ப்ரஸருக்குள் செல்லும். இது செயல்முறையை இடைவெளிக்கு வெளியே வைத்திருப்பதன் மூலம் நம்பகத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது. பம்புகளில் இது ஒரு நன்மையாக இருக்காது, ஏனெனில் அமுக்கக்கூடிய வாயுவை ஒரு பம்பிற்குள் வலுக்கட்டாயமாகச் செலுத்துவது விரும்பத்தகாததாக இருக்கலாம். பம்புகளுக்குள் இருக்கும் அமுக்கக்கூடிய வாயுக்கள் குழிவுறுதல் அல்லது காற்று சுத்தி சிக்கல்களை ஏற்படுத்தக்கூடும். இருப்பினும், பம்ப் செயல்முறைக்குள் வாயு ஓட்டம் என்ற குறைபாடு இல்லாமல், பம்புகளுக்கு தொடர்பு இல்லாத அல்லது உராய்வு இல்லாத சீல் இருப்பது சுவாரஸ்யமாக இருக்கும். பூஜ்ஜிய ஓட்டத்துடன் வெளிப்புறமாக அழுத்தப்பட்ட வாயு தாங்கியைப் பெறுவது சாத்தியமா?

இழப்பீடு
வெளிப்புறமாக அழுத்தப்படும் அனைத்து தாங்கிகளிலும் ஏதேனும் ஒரு வகையான ஈடுசெய்தல் உள்ளது. ஈடுசெய்தல் என்பது அழுத்தத்தை இருப்பு நிலையில் தடுத்து நிறுத்தும் ஒரு வகையான கட்டுப்பாடு ஆகும். ஈடுசெய்தலின் மிகவும் பொதுவான வடிவம் துளைகளைப் பயன்படுத்துவதாகும், ஆனால் பள்ளம், படி மற்றும் நுண்துளை ஈடுசெய்தல் நுட்பங்களும் உள்ளன. ஈடுசெய்தல், தாங்கிகள் அல்லது சீல் முகங்கள் ஒன்றையொன்று தொடாமல் நெருக்கமாக இயங்க உதவுகிறது, ஏனெனில் அவை நெருங்க நெருங்க, அவற்றுக்கிடையேயான வாயு அழுத்தம் அதிகரித்து, அந்த முகங்களை விலக்கித் தள்ளுகிறது.

உதாரணமாக, ஒரு தட்டையான துளை ஈடுசெய்யப்பட்ட வாயு தாங்கியின் கீழ் (படம் 3), சராசரி
இடைவெளியில் உள்ள அழுத்தம், தாங்கியின் மீதான மொத்த சுமையை அதன் முகப்புப் பரப்பால் வகுக்கக் கிடைக்கும் மதிப்பிற்குச் சமமாக இருக்கும்; இது அலகு சுமை ஏற்றம் எனப்படும். இந்த மூல வாயுவின் அழுத்தம் ஒரு சதுர அங்குலத்திற்கு 60 பவுண்டுகள் (psi) ஆகவும், முகப்புப் பரப்பு 10 சதுர அங்குலப் பரப்பளவைக் கொண்டதாகவும், 300 பவுண்டுகள் சுமை இருப்பதாகவும் கொண்டால், தாங்கி இடைவெளியில் சராசரியாக 30 psi அழுத்தம் இருக்கும். பொதுவாக, இந்த இடைவெளி சுமார் 0.0003 அங்குலமாக இருக்கும், மேலும் இடைவெளி மிகவும் சிறியதாக இருப்பதால், பாய்வு நிமிடத்திற்கு சுமார் 0.2 நிலையான கன அடி (scfm) மட்டுமே இருக்கும். இடைவெளிக்குச் சற்று முன்பாக, அழுத்தத்தை இருப்பு வைப்பதற்காக ஒரு துளைக் கட்டுப்படுத்தி (orifice restrictor) இருப்பதால், சுமை 400 பவுண்டுகளாக அதிகரிக்கும்போது, ​​தாங்கி இடைவெளி சுமார் 0.0002 அங்குலமாகக் குறைக்கப்பட்டு, இடைவெளி வழியாகப் பாயும் பாய்வு 0.1 scfm ஆகக் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த இரண்டாவது கட்டுப்பாட்டின் அதிகரிப்பு, இடைவெளியில் உள்ள சராசரி அழுத்தத்தை 40 psi ஆக உயர்த்தி, அதிகரித்த சுமையை ஆதரிக்கத் தேவையான பாய்வு அளவைத் துளைக் கட்டுப்படுத்திக்கு வழங்குகிறது.

இது ஒரு ஒருங்கிணைப்பு அளவீட்டு இயந்திரத்தில் (CMM) காணப்படும் ஒரு வழக்கமான துளை காற்றுத் தாங்கியின் பக்கவாட்டு வெட்டுத் தோற்றம் ஆகும். ஒரு காற்றழுத்த அமைப்பை “ஈடுசெய்யப்பட்ட தாங்கி” எனக் கருத வேண்டுமானால், தாங்கி இடைவெளிக் கட்டுப்பாட்டிற்கு முன்பாக அதற்கு ஒரு கட்டுப்பாடு இருக்க வேண்டும்.
துளை மற்றும் நுண்துளை இழப்பீடு
துளை ஈடுசெய்தல் என்பது மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஈடுசெய்தல் வடிவமாகும். ஒரு வழக்கமான துளையின் விட்டம் .010 அங்குலமாக இருக்கலாம், ஆனால் அது சில சதுர அங்குலப் பரப்பளவிற்கு வாயுவை அளிப்பதால், அது தன்னை விடப் பல மடங்கு அதிகமான பரப்பளவிற்கு வாயுவை அளிக்கிறது, எனவே வாயுவின் வேகம் அதிகமாக இருக்கலாம். பெரும்பாலும், துளையின் அளவு அரிக்கப்படுவதையும், அதன் மூலம் தாங்கியின் செயல்திறனில் ஏற்படும் மாற்றங்களையும் தவிர்ப்பதற்காக, துளைகள் மாணிக்கம் அல்லது நீலக்கற்களிலிருந்து துல்லியமாக வெட்டப்படுகின்றன. மற்றொரு சிக்கல் என்னவென்றால், 0.0002 அங்குலத்திற்கும் குறைவான இடைவெளிகளில், துளையைச் சுற்றியுள்ள பகுதி, தாங்கியின் மற்றப் பகுதிக்குச் செல்லும் வாயு ஓட்டத்தைத் தடுக்கத் தொடங்குகிறது, அந்த நிலையில் வாயுப் படலத்தின் சரிவு ஏற்படுகிறது. வாயு மேலேற்றப்படும்போதும் இதே நிலைதான் ஏற்படுகிறது, ஏனெனில் வாயு மேலேற்றத்தைத் தொடங்குவதற்குத் துளையின் பரப்பளவும், ஏதேனும் பள்ளங்களும் மட்டுமே கிடைக்கின்றன. வெளிப்புறமாக அழுத்தப்பட்ட தாங்கிகள் சீல் திட்டங்களில் காணப்படாததற்கு இதுவே முக்கிய காரணங்களில் ஒன்றாகும்.

நுண்துளைகள் கொண்ட ஈடுசெய்யப்பட்ட தாங்கியைப் பொறுத்தவரை இது அவ்வாறு இல்லை, மாறாக அதன் விறைப்புத்தன்மை தொடர்கிறது.
DGS (படம் 1) இல் உள்ளதைப் போலவே, சுமை அதிகரிக்கும்போது இடைவெளியும் குறைகிறது.
ஹைட்ரோடைனமிக் எண்ணெய் தாங்கிகள். வெளிப்புறமாக அழுத்தப்படும் நுண்துளைத் தாங்கிகளைப் பொறுத்தவரை, உள்ளீட்டு அழுத்தம் மற்றும் பரப்பளவின் பெருக்கற்பலன், தாங்கியின் மீதான மொத்த சுமைக்குச் சமமாக இருக்கும்போது, ​​தாங்கியானது ஒரு சமநிலை விசை நிலையில் இருக்கும். இங்கு தூக்குவிசை அல்லது காற்று இடைவெளி பூஜ்ஜியமாக இருப்பதால், இது ஒரு சுவாரஸ்யமான உராய்வியல் நிகழ்வாகும். இங்கு பாய்வு பூஜ்ஜியமாக இருக்கும், ஆனால் தாங்கியின் முகப்பிற்குக் கீழே உள்ள எதிர் மேற்பரப்பிற்கு எதிராக செயல்படும் காற்று அழுத்தத்தின் ஹைட்ரோஸ்டேடிக் விசையானது, மொத்த சுமையின் எடையைக் குறைத்து, உராய்வுக் குணகத்தை ஏறக்குறைய பூஜ்ஜியமாக்குகிறது—முகப்புகள் இன்னும் தொடர்பில் இருந்தாலும் கூட.

உதாரணமாக, ஒரு கிராஃபைட் சீல் முகப்பானது 10 சதுர அங்குல பரப்பளவையும், 1,000 பவுண்டுகள் மூடும் விசையையும் கொண்டிருந்தால், மேலும் அந்த கிராஃபைட்டின் உராய்வுக் குணகம் 0.1 ஆக இருந்தால், இயக்கத்தைத் தொடங்க 100 பவுண்டுகள் விசை தேவைப்படும். ஆனால், நுண்துளைகள் கொண்ட கிராஃபைட்டின் முகப்பிற்குள் 100 psi வெளிப்புற அழுத்தம் செலுத்தப்படும்போது, ​​இயக்கத்தைத் தொடங்கத் தேவைப்படும் விசை அடிப்படையில் பூஜ்ஜியமாக இருக்கும். இரண்டு முகப்புகளையும் ஒன்றாக அழுத்தும் 1,000 பவுண்டுகள் மூடும் விசை இன்னும் இருந்தபோதிலும், மேலும் அந்த முகப்புகள் இயற்பியல் தொடர்பில் இருந்தபோதிலும் இது நிகழ்கிறது.

கிராஃபைட், கார்பன்கள் மற்றும் அலுமினா, சிலிக்கான்-கார்பைடுகள் போன்ற செராமிக்ஸ் வகை எளிய தாங்கு உருளைப் பொருட்கள் டர்போ தொழில்களுக்கு நன்கு அறியப்பட்டவை. இவை இயற்கையாகவே நுண்துளைகள் கொண்டிருப்பதால், வெளிப்புற அழுத்தத்துடன் கூடிய, திரவப் படலங்களைத் தொடாத தாங்கு உருளைகளாகப் பயன்படுத்தப்படலாம். இதில் ஒரு கலப்பினச் செயல்பாடு உள்ளது; அதாவது, சீல்களின் தொடும் பரப்புகளில் நிகழும் உராய்வியல் விசைகளிலிருந்து, சீலின் தொடு அழுத்தத்தை அல்லது மூடும் விசையைக் குறைப்பதற்கு வெளிப்புற அழுத்தம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது, இயந்திர சீல்களைப் பயன்படுத்தும் போது, ​​சிக்கலான பயன்பாடுகள் மற்றும் அதிக வேகச் செயல்பாடுகளைச் சமாளிக்க, பம்பிற்கு வெளியே சரிசெய்வதற்கு ஏதுவாக அமைகிறது.

சுழலும் பொருட்களுக்கு தரவை அல்லது மின்சாரத்தை எடுத்துச் செல்லப் பயன்படும் பிரஷ்கள், கம்யூடேட்டர்கள், எக்சைட்டர்கள் அல்லது வேறு எந்தத் தொடர்பு கடத்திகளுக்கும் இந்தக் கொள்கை பொருந்தும். ரோட்டர்கள் வேகமாகச் சுழன்று, ரன் அவுட் அதிகரிக்கும்போது, ​​இந்தச் சாதனங்களை ஷாஃப்ட்டுடன் தொடர்பில் வைத்திருப்பது கடினமாகிறது. எனவே, அவற்றை ஷாஃப்ட்டுடன் அழுத்திப் பிடிக்கும் ஸ்பிரிங் அழுத்தத்தை அதிகரிப்பது பெரும்பாலும் அவசியமாகிறது. துரதிர்ஷ்டவசமாக, குறிப்பாக அதிவேக செயல்பாட்டின் போது, ​​இந்தத் தொடர்பு விசையின் அதிகரிப்பு அதிக வெப்பத்தையும் தேய்மானத்தையும் ஏற்படுத்துகிறது. மேலே விவரிக்கப்பட்ட இயந்திரவியல் சீல் முகங்களுக்குப் பயன்படுத்தப்பட்ட அதே கலப்பினக் கொள்கையை, நிலையான மற்றும் சுழலும் பாகங்களுக்கு இடையில் மின் கடத்துத்திறனுக்காக பௌதீகத் தொடர்பு தேவைப்படும் இங்கும் பயன்படுத்தலாம். பிரஷ் அல்லது சீல் முகத்தை சுழலும் ஷாஃப்ட்டுடன் தொடர்பில் வைத்திருக்கத் தேவையான ஸ்பிரிங் விசை அல்லது மூடும் விசையை அதிகரிக்கும் அதே வேளையில், டைனமிக் இடைமுகத்தில் உள்ள உராய்வைக் குறைக்க, ஒரு ஹைட்ராலிக் சிலிண்டரின் அழுத்தத்தைப் போன்ற வெளிப்புற அழுத்தத்தைப் பயன்படுத்தலாம்.