Гидростатическое уплотнение

Гидростатическое уплотнение это бесконтактное механическое уплотнение , работающее в условиях равновесия сил — . В отличие от традиционных гидродинамических уплотнений , гидростатические уплотнения имеют две разные зоны давления , которые используются для создания зоны сбалансированного давления между двумя поверхностями уплотнения. ^{[ 1 ]} Система двух давлений делает уплотнение уникальным, поскольку типичные механические уплотнения имеют одну зону давления, создаваемая которой вызывает повышение давления, которое в конечном итоге приводит к неисправности уплотнения. После того как давление на поверхности уплотнения достигает равновесия, несжимаемая жидкость между двумя поверхностями уплотнения высвобождается . Жидкость создает пленку вокруг поверхности уплотнения, которая действует как смазка и среда для вещества, протекающего через уплотнение. Гидростатические уплотнения используются в авиационной промышленности; однако они практически не использовались в коммерческих целях, поскольку исследования тюленей минимальны.

Давление и работа

Когда прикладывается давление и уплотнение смыкается, между двумя поверхностями уплотнения выделяется вязкая жидкость, и образуется тонкая пленка, помогающая создать воздухонепроницаемое уплотнение. Если давление внутри уплотнения увеличивается и между лицевыми пластинами возникает избыточное давление, две поверхности раздвигаются, и уплотнение начинает открываться. Напротив, если давление падает и внутри уплотнения недостаточно давления, две поверхности уплотнения соединяются, и начинает формироваться гидростатическое уплотнение. ^{[ 2 ]} Скорость потока в системе также можно контролировать с большой точностью, ограничивая величину давления внутри уплотнения. Зоны давления можно изменить, чтобы создать равновесие внутри системы, которое позволит уменьшить утечки во всей системе.

Уплотнительная поверхность

Двойная зона давления уплотнений помогает поддерживать зону постоянного давления внутри системы. Постоянное давление стабилизирует уплотнение и не позволяет двум поверхностям уплотнения соприкасаться. На обеих поверхностях уплотнения имеются канавки для контроля торцевых поверхностей, которые стабилизируют каждую поверхность в осевом направлении. Малейшее осевое перемещение приведет к соприкосновению двух поверхностей уплотнения, и эрозия уплотнения. начнется ^{[ 3 ]}

Задняя лицевая панель состоит из небольшого отверстия, в котором находится система впрыска, подающая несжимаемые жидкости через систему. Попав внутрь уплотнения, жидкость образует тонкую пленку вокруг всей внутренней системы. После создания пленки жидкости вытекают из уплотнения на заднюю лицевую панель, что охлаждает систему и предотвращает накопление избыточного тепла. ^{[ 4 ]} Этот гидравлический цикл постоянно повторяется во время работы уплотнения.

Приложения

Гидростатические уплотнения были впервые разработаны в начале 1960-х годов для контроля герметизации воздуха в компрессорах в авиационной промышленности. В последнее время гидростатические уплотнения стали использовать только в компрессорной промышленности, поскольку гидродинамические уплотнения имеют гораздо более широкое применение. Гидростатическое уплотнение также имеет большой потенциал в химической промышленности, поскольку его можно использовать для транспортировки и герметизации химикатов . Однако химическая промышленность установила очень строгие правила, и уплотнение нельзя использовать для некоторых химикатов из-за постоянной утечки через уплотнение. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}

Поколения гидростатических уплотнений

Первое поколение

Первое гидростатическое уплотнение было разработано для замены существующих гидродинамических уплотнений ; предыдущие гидродинамические уплотнения были дорогими в производстве и трудоемкими в сборке. В гидростатических уплотнениях первого поколения использовалась система двух давлений для установления равновесия на поверхности уплотнения. Поверхность уплотнения была разработана для работы в условиях высокого давления поверхность уплотнения начала деформироваться и разрушаться , однако во время стресс-тестов . Как только был добавлен аммиак (жидкость, используемая в первом гидростатическом уплотнении), две поверхности уплотнения соприкоснулись друг с другом и начался процесс эрозии. Затем холодную воду протестировали как несжимаемую жидкость: ее вязкость вдвое выше, чем у аммиака, что показало положительные результаты. Поскольку холодная вода имела вдвое большую вязкость, чем аммиак, вода не позволяла уплотнителям соприкасаться друг с другом, что обеспечивало правильную работу системы. ^{[ 2 ]}

Первое поколение: проблемы

- Условия высокого давления

- перерабатывает жидкость в непрерывном цикле, может иметь застой жидкости, вызывающий закупорку

- Лица уплотнений начали разрушаться при определенных обстоятельствах.

Второе поколение

Второе гидростатическое уплотнение было попыткой решить проблемы гидростатического уплотнения первого поколения: эрозию уплотнений, повышение высокого давления и застой жидкости. Гидростатические уплотнения второго поколения имели измененную конструкцию поверхности уплотнения; были добавлены новые канавки для контроля поверхности, которые помогают стабилизировать уплотнения в экстремальных условиях. До появления канавок торцового контроля поверхности уплотнения не были сбалансированы и начинали двигаться в условиях высокого давления . Из-за движения поверхности уплотнения смещались при перемещении уплотнений, что приводило к разрушению поверхностей уплотнения, что приводило к непригодности уплотнения. ^{[ 2 ]}

Второе поколение: обновления

- попытаться исправить искажение, вызванное системной ошибкой

- добавлены канавки для контроля поверхности для предотвращения эрозии поверхностей уплотнения.

- устранены любые области, где жидкость остается застойной и вызывает закупорку

Возникающие проблемы

Гидростатические уплотнения должны прослужить несколько лет без какого-либо ухудшения состояния компонентов из-за их общей структуры. Между двумя поверхностями уплотнения не должно быть никакого контакта, иначе состояние уплотнения начнет ухудшаться. Современные гидродинамические уплотнения со временем начинают разрушаться, поскольку две поверхности всегда соприкасаются друг с другом.

Кроме того, любое несоосность поверхностей уплотнения приведет к их трению, что приведет к деформации поверхностей уплотнения и, в конечном итоге, к тому, что все уплотнение станет структурно нестабильным. Изчак Эцион, исследователь из Исследовательского центра Льюиса , провел эксперимент, чтобы проверить, что происходит с гидростатическим уплотнением, когда его поверхности смещены. Эцион обнаружил, что высокое давление, направленное на внешнюю поверхность уплотнения, вызовет статическую нестабильность, в то время как высокое давление на внутреннюю поверхность уплотнения приведет к тому, что уплотнение станет более стабильным. ^{[ 6 ]} Кроме того, осевое смещение также может привести к смещению горизонтального вала в вертикальном направлении; это смещение может привести к нарушению уплотнения, если восстанавливающая сила недостаточно велика, чтобы исправить смещение компонентов.

Утечка

Структура уплотнения создает проблему утечек внутри системы. Поскольку между двумя частями всегда существует незначительный зазор, всегда существует проблема утечки, однако структура системы позволяет контролировать утечку с очень высокой точностью.

Другая проблема, возникающая при использовании гидростатических уплотнений, заключается в том, что чрезмерная утечка может в конечном итоге привести к эрозии структуры уплотнения. Из-за осевого вращения торцевого уплотнения любая избыточная утечка будет иметь высокую скорость жидкости , которая может размыться на лицевых пластинах, что в конечном итоге приведет к повреждению уплотнения. ^{[ 2 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «Гидростатическое уплотнение» . www.mcnallyinstitute.com . Проверено 25 октября 2016 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Кавитационно-стойкое гидростатическое уплотнение для разрушения под высоким давлением» (PDF) .
^ Праути, Уоррен Конрад; Бонд, Джон Кларк (26 мая 1998 г.), Гидростатическое уплотнение , получено 3 ноября 2016 г.
^ Хайнен, Манфред (23 сентября 1986 г.), Гидростатическое и гидродинамическое уплотнение для вращения вращающегося вала , получено 26 октября 2016 г.
^ «Гидростатическое уплотнение» . www.mcnallyinstitute.com . Проверено 4 ноября 2016 г.
^ Эцион, Ижак (ноябрь 1976 г.). «Влияние неосесимметричного несжимаемого гидростатического давления в радиальных торцевых уплотнениях» (PDF) . ntrs.nasa.gov . Проверено 29 октября 2016 г.

[:02-1] Перейти обратно: ^а ^б «Гидростатическое уплотнение» . www.mcnallyinstitute.com . Проверено 25 октября 2016 г.

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Кавитационно-стойкое гидростатическое уплотнение для разрушения под высоким давлением» (PDF) .

[3] Праути, Уоррен Конрад; Бонд, Джон Кларк (26 мая 1998 г.), Гидростатическое уплотнение , получено 3 ноября 2016 г.

[4] Хайнен, Манфред (23 сентября 1986 г.), Гидростатическое и гидродинамическое уплотнение для вращения вращающегося вала , получено 26 октября 2016 г.

[5] «Гидростатическое уплотнение» . www.mcnallyinstitute.com . Проверено 4 ноября 2016 г.

[6] Эцион, Ижак (ноябрь 1976 г.). «Влияние неосесимметричного несжимаемого гидростатического давления в радиальных торцевых уплотнениях» (PDF) . ntrs.nasa.gov . Проверено 29 октября 2016 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]