تُعدّ أختام الضاغط مكونات أساسية في المعدات الدوارة، إذ تضمن تشغيلًا آمنًا وفعالًا من خلال منع التسربات والحفاظ على الضغط. في بيئة الآلات الصناعية الصعبة، يجب أن تتحمل أنظمة الإغلاق هذه الظروف القاسية مع توفير أداء موثوق.
تستكشف هذه المقالة أساسيات أختام الضاغط، وتتعمق في مبادئ عملها، وأنواعها المختلفة، ومكوناتها الرئيسية، وأنظمة الدعم.
ما هو ختم الضاغط
يُعدّ ختم الضاغط مكونًا أساسيًا في نظام الضاغط، إذ يمنع تسرب غاز العملية أو الهواء من غلاف الضاغط أثناء دوران العمود. الضاغط الأختام تحافظ على حاجز بين الغاز عالي الضغط داخل الضاغط والغلاف الجوي، مما يضمن التشغيل الفعال ويمنع التلوث البيئي.
كيف تعمل أختام الضاغط
تعمل أختام الضاغط عن طريق إنشاء حاجز بين العمود الدوار وغلاف الضاغط الثابت. يتحقق هذا الحاجز عادةً من خلال مجموعة من المكونات الميكانيكية، مثل العمود الدوار والثابت. وجوه الفقمة، وسائل مانع للتسرب، مثل الزيت أو الغاز.
يُثبَّت سطح الختم الدوار على عمود الضاغط، بينما يُثبَّت سطح الختم الثابت على غلاف الضاغط. أثناء دوران العمود، تحافظ أسطح الختم على اتصالها ببعضها، مما يُشكِّل ختمًا يمنع التسرب. يُستخدم سائل الختم لتزييت وتبريد أسطح الختم، مما يُقلل الاحتكاك والتآكل.
أنواع أنظمة الختم
أنظمة الختم الرطب
تستخدم أنظمة الختم الرطب سائلاً، عادةً زيتاً، لتزييت وتبريد أسطح الختم. يدور الزيت عبر نظام الختم، موفراً حاجزاً بين غاز العملية والهواء الجوي. تُستخدم الختم الرطب عادةً في التطبيقات التي يكون فيها غاز العملية متوافقاً مع زيت الختم، ويكون وجود الزيت فيه مقبولاً.
تتضمن مزايا أنظمة الختم الرطب ما يلي:
- التشحيم الفعال و تبريد الختم وجوه
- القدرة على التعامل مع الضغوط ودرجات الحرارة العالية
- تصميم وصيانة بسيطة نسبيًا
تشمل عيوب أنظمة الختم الرطب ما يلي:
- احتمالية تلوث غاز العملية بالنفط
- ارتفاع استهلاك النفط وتكاليف التخلص منه
- زيادة خطر تسرب النفط إلى البيئة
أنظمة الختم الجاف
أنظمة الختم الجاف، والمعروفة أيضًا باسم أختام الغاز الجافيُستخدم غاز مضغوط، عادةً ما يكون نيتروجينًا أو غاز معالجة، لإنشاء حاجز بين سطحي الختم الدوار والثابت. يُحقن الغاز بين سطحي الختم، مما يُكوّن طبقة رقيقة تمنع التلامس وتُقلل الاحتكاك.
تتضمن مزايا أنظمة الختم الجاف ما يلي:
- لا يوجد تلوث نفطي لغاز العملية
- انخفاض استهلاك الطاقة بسبب انخفاض الاحتكاك
- طويل حياة الفقمة وتخفيض متطلبات الصيانة
- صديق للبيئة، ولا يوجد به مخاطر تسرب الزيت
تشمل عيوب أنظمة الختم الجاف ما يلي:
- تكلفة أولية أعلى مقارنة بالأختام الرطبة
- زيادة تعقيد نظام الختم
- متطلبات توفير مصدر غاز نظيف وجاف للإغلاق
ترتيبات الأختام
أختام واحدة
تحتوي الأختام الفردية على مجموعة واحدة من أسطحها - سطح دوار وثابت - تُشكل نقطة اتصال واحدة لمنع التسرب. وهي أبسط أنواع الأختام، لكن قدرتها على العمل محدودة في تطبيقات الضغط العالي أو سوائل التشحيم الرديئة.
تُستخدم الأختام المفردة عادةً في السوائل النظيفة والمُزلِّقة عند ضغوط ودرجات حرارة معتدلة. وهي تتطلب معدات دعم أقل، كما أنها أقل تكلفة من ترتيبات الأختام المتعددة. ومع ذلك، في حال تعطل واجهة الأختام المفردة، قد يتسرب سائل العملية فورًا إلى الغلاف الجوي.
أختام الترادف
أختام الترادف استخدام مانعَي تسرب مفردين مُركَّبين على التوالي، مع سائل عازل بينهما يُحافظ على ضغط أقل من ضغط سائل العملية. يوفر هذا الترتيب التكرار - في حال تعطل المانع الأساسي، يحتوي المانع الثانوي على سائل العملية.
يعمل الختمان بشكل مستقل - يمتص الختم الأساسي كامل انخفاض الضغط من سائل المعالجة إلى سائل العازل، بينما يتولى الختم الثانوي التعامل مع فرق الضغط الأصغر بين سائل العازل والغلاف الجوي. هذا يسمح بتحسين كل ختم ليناسب ظروف الضغط الخاصة به.
تُستخدم الأختام الترادفية غالبًا في التطبيقات الأكثر خطورةً وضغطًا، حيث تتطلب مزيدًا من الأمان والموثوقية. يمكن مراقبة السائل العازل بين الأختام للكشف عن تسرب الختم الرئيسي قبل حدوث تسرب خارجي. ومع ذلك، تُعد الأختام الترادفية أكثر تعقيدًا وتكلفةً من الأختام المفردة.
الأختام المزدوجة
تستخدم الأختام المزدوجة أيضًا مجموعتين من أسطح الأختام، ولكن مع الحفاظ على سائل حاجز بينهما عند ضغط أعلى من ضغط سائل العملية. هذا يضمن أنه في حال تعطل أيٍّ من الختمين، سيتسرب سائل الحاجز ذو الضغط الأعلى إلى العملية بدلًا من السماح لسائل العملية بالتسرب.
تعمل مرحلتا الختم معًا لاحتواء سائل الحاجز. يتولى الختم الداخلي التعامل مع فرق الضغط بين سائل الحاجز والعملية، بينما يتولى الختم الخارجي التعامل مع انخفاض الضغط بين سائل الحاجز والغلاف الجوي.
توفر الأختام المزدوجة أقصى درجات السلامة والتحكم في الانبعاثات، وتُستخدم مع سوائل العمليات الخطرة أو السامة أو المتفجرة. عادةً ما يكون سائل الحاجز سائلًا نظيفًا وخاملًا ومتوافقًا مع العملية. ويتطلب توفير سائل الحاجز المضغوط خزانًا خارجيًا ومضخة دوران ومبادلًا حراريًا.
نظم الدعم
أنظمة ختم الزيت
تتطلب أختام التلامس الرطبة طبقةً من سائل التشحيم بين أسطحها لتقليل التآكل والاحتكاك. في أنظمة أختام الزيت، يتم توفير ذلك عن طريق زيت مُتداول من خزان خارجي.
يحتوي الخزان على إمداد من الزيت النظيف، ويتضمن عناصر تكييف مثل السخانات أو المبردات للحفاظ على اللزوجة المثلى للزيت. ترسل مضخة الدوران الزيت إلى تجويف الختم، حيث يُزيّت الأسطح ويزيل الحرارة الناتجة عن الاحتكاك. تحافظ أدوات التحكم في التدفق وصمامات الفحص على ثبات تدفق الزيت وضغطه.
أنظمة ختم الغاز
تستخدم أختام ضاغط الغاز الجاف غازًا مضغوطًا، عادةً النيتروجين، كوسط عزل بين الأسطح بدلًا من الزيت. هذا يُخفف من تعقيدات أنظمة الزيت، ويسمح بسرعات تشغيل ودرجات حرارة أعلى.
عادةً ما يُحافظ على ضغط الغاز أعلى قليلًا من ضغط غاز العملية لضمان تدفق إيجابي عبر أسطح الختم. تقيس لوحة التحكم غاز الختم من مصدر ضغط عالٍ، وتنظم ضغطه وتدفقه إلى... حجرة الختم.
تعمل المرشحات وأجهزة إزالة الضباب على إزالة أي جزيئات أو سوائل من مصدر الغاز لتجنب تلويث أسطح الختم. قد تُسخّن أنظمة معالجة الغاز غاز الإمداد لمنع تكثف الأبخرة من غاز العملية.
تُستخدم أختام الغاز المزدوجة والمترادفة لتحقيق أقصى قدر من الموثوقية في الضواغط الحرجة. في التركيب الترادفي، يعمل الختم الثانوي كحل احتياطي في حال تعطل الختم الأساسي. يحافظ ختم الغاز المزدوج على وجود غاز حاجز خامل بين العملية والغلاف الجوي للتحكم الأمثل في الانبعاثات.
