كيفية حساب توليد الحرارة في ختم التشغيل الجاف

المعادلة الأساسية Q = μ × P × V × A تعطيك توليد الحرارة بالواط.

• معامل الاحتكاك (μ) يتراوح عادة من 0.05 إلى 0.3 لـ أختام التشغيل الجافتشير القيم المنخفضة إلى مواد مثل PTFE أو الجرافيت الكربوني، في حين تشير القيم الأعلى إلى مواد أكثر صلابة في ظروف سيئة.
• ضغط التلامس (P) يُقاس بالباسكال أو PSI. يمكنك معرفة هذه القيمة من مواصفات مُصنِّع مانع التسرب، أو حسابها من خلال قسمة قوة الزنبرك على مساحة التلامس.
• سرعة الانزلاق (V) يساوي π × D × N / 60، حيث D هو قطر العمود بالأمتار وN هي سرعة الدوران (RPM). السرعات العالية تعني دائمًا حرارة أعلى.

عملية الحساب خطوة بخطوة

ابدأ بجمع معلمات تشغيل الختم الخاص بك: قطر العمود، وسرعة الدوران، وضغط التلامس، وتركيبة المواد.

احسب سرعة الانزلاق أولًا. لعمود قطره ٥٠ مم بسرعة ٣٠٠٠ دورة في الدقيقة، تكون سرعتك ٣٫١٤ × ٠٫٠٥ × ٣٠٠٠ / ٦٠ = ٧٫٨٥ متر/ثانية.

حدد معامل الاحتكاك من جداول بيانات المواد. عادةً ما يتراوح معامل الاحتكاك بين الكربون والفولاذ المقاوم للصدأ بين ٠٫١ و٠٫١٥.

قياس أو حساب مساحة اتصال الختم. ختم الوجه، هذا هو π × (R²الخارجي – R²الداخلي) حيث R هو نصف قطر الأسطح المانعة للتسرب.

اضرب جميع القيم معًا: Q = 0.12 × 100,000 باسكال × 7.85 م/ث × 0.0003 م² = 28.3 وات.

تحويل توليد الحرارة إلى ارتفاع في درجة الحرارة

توليد الحرارة وحده لا يُحدد مدى صمود ختمك. عليك تحويل الواط إلى ارتفاع فعلي في درجة الحرارة.

صيغة ارتفاع درجة الحرارة هي ΔT = Q / (m × c × عامل التبريد)، حيث m هي كتلة الختم، وc هي السعة الحرارية النوعية، وعامل التبريد يمثل تبديد الحرارة.

بدون تبريد، نموذجي ختم الكربون قد ترتفع درجة حرارة المعالج الذي يُولّد ٣٠ واط بمقدار ٥٠ درجة مئوية. مع التبريد المناسب، تنخفض هذه الدرجة إلى ١٠-١٥ درجة مئوية.

الأخطاء الشائعة لتجنب

• لا تستخدم أبدًا قيم احتكاك الختم الرطب لحسابات التشغيل الجاف. عادةً ما تكون معاملات الاحتكاك الجاف أعلى بـ 5-10 مرات.
• لا تنسى أن تأخذ بعين الاعتبار أسطح الختم المتعددة. أختام الترادف توليد الحرارة عند كل واجهة.
• يجب أن يتضمن دائمًا عامل أمان يتراوح بين 1.5 إلى 2. نادرًا ما تتطابق الظروف الواقعية مع الحسابات المثالية.
• يجب إجراء قياسات درجة الحرارة عند واجهة الختم، وليس عند الغلاف. وجه الفقمة يصبح أكثر سخونة بكثير من المكونات المحيطة.

الأسئلة الشائعة

ما هو نطاق توليد الحرارة النموذجي لأختام التشغيل الجاف؟

تُولّد معظم أختام التشغيل الجاف ما بين ١٠ و١٠٠ واط من الحرارة. تبقى التطبيقات منخفضة السرعة أقل من ٢٠ واط، بينما التطبيقات عالية السرعة أو أختام الضغط العالي يمكن أن تتجاوز 75 واط بدون تبريد.

كيف يمكنني قياس معامل الاحتكاك إذا لم يتم توفيره؟

شغّل الختم عند ظروف معروفة، وقس عزم الدوران. احسب عكسيًا باستخدام المعادلة τ = μ × F × r، حيث τ هو عزم الدوران، وF هي القوة العمودية، وr هو نصف القطر.

هل يمكنني استخدام نفس الصيغة لأختام الغاز؟

نعم، تنطبق الصيغة الأساسية على أختام الغاز، ولكن ستحتاج إلى معاملات احتكاك مختلفة. عادةً ما تتراوح قيم μ لأختام الغاز بين 0.02 و0.08.

هل يجب علي حساب الحرارة لظروف بدء التشغيل؟

نعم، يُولّد بدء التشغيل أعلى حرارة بسبب الاحتكاك العالي قبل التشغيل. استخدم مُعاملات احتكاك أعلى بنسبة ٥٠٪ لحسابات بدء التشغيل.