تحتاج الأختام الميكانيكية إلى قدر ضئيل من التسرب للعمل بشكل صحيح. هذا التسرب الصغير يساعد في الواقع على تشحيم وتبريد وجوه الفقمة، مما يجعلها تدوم لفترة أطول.

صيغة معدل التسرب الأساسية

الصيغة الأكثر شيوعًا لحساب معدل تسرب الختم الميكانيكي هي:

Q = (π × h³ × ΔP) / (6 × η × ln(r₂/r₁))

أين:

• Q = معدل التسرب (م³/ثانية أو بوصة³/ثانية)
• ر₁ = نصف قطر الوجه الداخلي (مم أو بوصة)
• ر2 = نصف قطر الوجه الخارجي (مم أو بوصة)
• h = ارتفاع الفجوة بين الوجوه (ميكرومتر أو ميكرون)
• Δ ص = فرق الضغط عبر الختم (باسكال أو رطل لكل بوصة مربعة)
• η = اللزوجة الديناميكية للسائل (باسكال ثانية أو رطل قوة ثانية/بوصة مربعة)
• ln = اللوغاريتم الطبيعي

تعمل هذه التركيبة بشكل أفضل عندما تكون أسطح الختم تعمل على طبقة رقيقة من السائل مع الحد الأدنى من التلامس.

مثال على الحساب

دعونا نعمل من خلال مثال حقيقي:

القيم المعطاة:

• نصف القطر الداخلي (r₁) = 26.98 مم
• نصف القطر الخارجي (r₂) = 31.75 مم
• ارتفاع الفجوة (h) = 0.254 ميكرومتر
• فرق الضغط (ΔP) = 1.8 ميجا باسكال (1,800,000 باسكال)
• اللزوجة (η) = 0.001 باسكال ثانية (ماء عند 20 درجة مئوية)

الخطوة 1: احسب ln(r₂/r₁)

ln(31.75/26.98) = ln(1.177) = 0.163

الخطوة 2: احسب h³

(0.254 × 10⁻⁶)³ = 1.638 × 10⁻²⁰ m³

الخطوة 3: ضع كل شيء معًا

Q = (3.14159 × 1.638 × 10⁻²⁰ × 1,800,000) / (6 × 0.001 × 0.163)

Q = 9.26 × 10⁻¹⁵ / 9.78 × 10⁻⁴

Q = 9.47 × 10⁻¹² m³/sec

التحويل إلى وحدات أكثر عملية:

9.47 × 10⁻¹² m³/sec = 0.34 mL/hour

صيغة بديلة للحالات الخاصة

بالنسبة للأختام المضغوطة خارجيًا، قد ترى هذه الصيغة الأكثر تعقيدًا:

Q = 7.5 × 10⁻¹⁵ × (1 + 0.0013 × D)³ × n¹·⁹ × h⁻⁰·¹ × (k + pf)⁻⁰·⁹ × Dp⁰·¹

تتضمن هذه الصيغة عوامل إضافية مثل قطر العمود (D)، والسرعة (n)، وضغط الوجه (pf).

التسرب الطبيعي مقابل التسرب المفرط

ما هو المعدل الطبيعي؟ تُسرّب معظم الأختام الميكانيكية ما بين ٥ و١٠ سنتيمترات مكعبة في الساعة أثناء التشغيل العادي. أي ما يعادل حوالي ملعقة صغيرة إلى ملعقتين صغيرتين في الساعة.

إذا كان معدل التسرب المحسوب أو المقاس أعلى بكثير، فقد يعني ذلك:

• وجوه الختم التالفة
• التثبيت غير السليم
• مواد خاطئة للسوائل الخاصة بك
• اهتزاز مفرط أو عدم محاذاة

عندما لا تنجح الصيغ

في بعض الأحيان لا يمكنك حساب معدل التسرب بدقة بسبب:

• واجهات الختم تالفة أو مهترئة بشكل غير متساوٍ
• لا يوجد طبقة سائلة مستقرة بين الوجوه
• الختم جاف أو شبه جاف
• توجد مسارات تسرب متعددة

في هذه الحالات، ستحتاج إلى قياس التسرب الفعلي أو استبدال الختم.

قياس معدل التسرب الفعلي

إذا كنت بحاجة إلى التحقق من حساباتك:

1. جمع التسربات على مدى فترة زمنية محددة
2. قياس الحجم الذي تم جمعه
3. احسب المعدل = الحجم / الزمن

تذكر أن تأخذ في الاعتبار التبخر إذا كنت تتعامل مع السوائل المتطايرة.