Гидростатическое уплотнение - Hydrostatic seal

Гидростатическое уплотнение - это бесконтактное механическая печать который действует при равновесии сил. В отличие от традиционных гидродинамические уплотнения, Гидростатические уплотнения имеют две разные зоны давления, которые используются для создания зоны сбалансированного давления между двумя поверхностями уплотнения.[1] Система с двумя давлениями делает уплотнение уникальным, потому что типичные механические уплотнения имеют одну зону давления, которая создает нарастание давления, которое в конечном итоге приводит к неисправности уплотнения. После того, как давление уравновесится на поверхности уплотнения, между двумя поверхностями уплотнения выделяется несжимаемая жидкость. Жидкость создает пленку вокруг поверхности уплотнения, которая действует как смазка и как среда для вещества, протекающего через уплотнение. Гидростатические уплотнения используются в авиастроении; однако они получили очень мало коммерческого использования из-за минимальных исследований уплотнений.

Давление и работа

После приложения давления и соединения уплотнения вязкий между двумя поверхностями уплотнения выделяется жидкость, и образуется тонкая пленка, помогающая создать герметичное 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 давление внутри уплотнения оказывается недостаточным, две поверхности уплотнения сходятся вместе и начинает формироваться гидростатическое уплотнение.[2] Скорость потока в системе также можно регулировать с большой точностью, ограничивая величину давления внутри уплотнения. Зоны давления можно изменить, чтобы создать равновесие внутри системы, что позволит уменьшить утечку во всей системе.

Уплотнение лицо

Зона двойного давления уплотнения помогает поддерживать зону постоянного давления в системе. Постоянное давление стабилизирует уплотнение и не позволяет двум поверхностям уплотнения соприкасаться. На обеих поверхностях уплотнения имеются канавки для контроля поверхности, которые стабилизируют каждую поверхность в осевой направление. Малейшее осевое перемещение приведет к соприкосновению двух поверхностей уплотнения и эрозия печати начнет происходить.[3]

Задняя лицевая панель состоит из небольшого отверстия, в котором находится система впрыска, через которую подается несжимаемый жидкости через систему. Как только жидкость попадает внутрь уплотнения, она образует тонкую пленку вокруг всей внутренней системы. После образования пленки жидкости вытекают из уплотнения на заднюю лицевую панель, которая охлаждает систему и предотвращает накопление избыточного тепла.[4] Этот цикл жидкости непрерывно повторяется, пока уплотнение работает.

Приложения

Гидростатические уплотнения были впервые разработаны в начале 1960-х годов для контроля герметичности компрессор воздух в авиастроении. В последнее время гидростатические уплотнения использовались только в компрессорной промышленности, поскольку гидродинамические уплотнения имеют гораздо большее применение. Гидростатическое уплотнение также имеет большой потенциал в химической промышленности, поскольку его можно использовать для транспортировки и герметизации. химикаты. Однако в химической промышленности установлены очень строгие правила, и уплотнение не может использоваться для определенных химикатов из-за постоянной утечки через уплотнение.[1][5]

Поколения гидростатических уплотнений

Первое поколение

Первое гидростатическое уплотнение было разработано для замены нынешних гидродинамические уплотнения; предыдущие гидродинамические уплотнения были дорогостоящими в производстве и утомительны для сборки. В гидростатических уплотнениях первого поколения для установления равновесия на поверхности уплотнения использовалась система двух давлений. Поверхность уплотнения была разработана для работы под высокое давление условий, однако поверхность уплотнения начала деформация и ухудшаться во время стресс-тесты. Один раз аммиак (жидкость, использованная в первом гидростатическом уплотнении), две поверхности уплотнения войдут в контакт друг с другом и начнут процесс эрозии. Затем холодная вода была протестирована как несжимаемая жидкость, она имеет вдвое большую вязкость, чем аммиак, что дало положительные результаты. Поскольку холодная вода имела в два раза большую вязкость, чем аммиак, вода препятствовала контакту уплотнений друг с другом, тем самым заставляя систему работать должным образом.[2]

Первое поколение: проблемы

- Условия высокого давления

- перерабатывает жидкость в непрерывном цикле, может иметь застойные жидкости, которые вызывают засорение

- При определенных обстоятельствах лица тюленей начали разрушаться

Второе поколение

Второе гидростатическое уплотнение было попыткой решить проблемы гидростатического уплотнения первого поколения: эрозия уплотнений, повышение высокого давления и застойный жидкости. Гидростатические уплотнения второго поколения имели измененную поверхность уплотнения; были добавлены новые канавки для контроля лица, чтобы помочь стабилизировать уплотнения в экстремальных условиях. До канавок для контроля поверхности уплотняющие поверхности не были сбалансированный и начал бы двигаться под высокое давление условия. Из-за движения поверхности уплотнения будут смещены при перемещении уплотнений, что приведет к ухудшению качества поверхностей уплотнения, что приведет к непригодному для использования уплотнению.[2]

Второе поколение: апгрейды

- попытка исправить коробление, вызванное системной ошибкой

- добавлены канавки для контроля поверхности для предотвращения эрозии поверхностей уплотнения

- устранены все области, где остается жидкость застойный и вызвать засорение

Возникающие проблемы

Гидростатические уплотнения должны служить несколько лет без какого-либо ухудшения компонентов из-за своей общей конструкции. Между двумя поверхностями уплотнения не должно быть контакта, иначе состояние уплотнения начнет ухудшаться. Текущий Гидродинамические уплотнения со временем начинают ухудшаться, потому что два лица всегда находятся в контакте друг с другом.

Кроме того, любое смещение поверхностей уплотнения приведет к их трению, что приведет к их истиранию. превращаться поверхности уплотнения и в конечном итоге приводят к структурной нестабильности всего уплотнения. Изчак Эцион, научный сотрудник Исследовательский центр Льюиса, провели эксперимент, чтобы проверить, что происходит с гидростатическим уплотнением, если его грани смещены. Etsion обнаружил, что высокое давление, направленное на внешнюю поверхность уплотнения, вызовет статическую нестабильность, в то время как высокое давление на внутреннюю поверхность уплотнения сделает уплотнение более стабильным.[6] Кроме того, осевой несоосность также может вызвать смещение горизонтального вала в вертикальном направлении; это смещение может привести к неисправности уплотнения, если восстанавливающая сила недостаточно велик, чтобы исправить сдвиг компонентов.

Утечка

Конструкция пломбы поднимает проблему утечка внутри системы. Поскольку между двумя частями всегда есть небольшой зазор, всегда существует проблема утечки, однако структура системы позволяет контролировать утечку с очень высокой точностью.

Другая проблема, которая возникает в связи с гидростатическими уплотнениями, заключается в том, что избыточная утечка может в конечном итоге привести к эрозии конструкции уплотнения. Из-за аксиально вращающегося торцевого уплотнения любая избыточная утечка будет иметь высокую скорость жидкости которые могут разъедать лицевые панели, что в конечном итоге приводит к неисправному уплотнению.[2]

Рекомендации

  1. ^ а б «Гидростатическое уплотнение». www.mcnallyinstitute.com. Получено 2016-10-25.
  2. ^ а б c d «Устойчивое к кавитации гидростатическое уплотнение для разрушения под высоким давлением» (PDF).
  3. ^ Праути, Уоррен Конрад; Бонд, Джон Кларк (26 мая 1998 г.), Гидростатическое уплотнение, получено 2016-11-03
  4. ^ Хайнен, Манфред (23 сентября 1986 г.), Гидростатическое и гидродинамическое уплотнение для вращения вращающегося вала, получено 2016-10-26
  5. ^ «Гидростатическое уплотнение». www.mcnallyinstitute.com. Получено 2016-11-04.
  6. ^ Ецион, Ижак (ноябрь 1976 г.). «Неосесимметричные эффекты несжимаемого гидростатического давления в радиальных торцевых уплотнениях» (PDF). ntrs.nasa.gov. Получено 2016-10-29.