تلعب الأختام الميكانيكية دورًا مهمًا في حماية المعدات والبيئة، ولكن الأختام الفردية غالبًا ما تفشل في توفير الحماية الكافية. فشل الختم قد يؤدي إلى تسربات وتلوث وتوقفات مكلفة. توفر الأختام الميكانيكية المزدوجة حلاً قويًا، حيث تعمل أختامان معًا حاجز أو سائل عازل لضمان الأداء الموثوق به ومنع التسرب.
ما هو الختم الميكانيكي المزدوج
مزدوج ختم آلي يتميز بوجود ختمين أساسيين مرتبتين في سلسلة، مفصولين بمساحة وسيطة مملوءة إما بسائل حاجز أو سائل عازل.
يتكون كل مانع تسرب أساسي من سطح ثابت وسطح دوار يعملان معًا لتشكيل مانع تسرب. المانع الداخلي، المعروف أيضًا بالمانع الأساسي، مهمته احتواء سائل العملية داخل المعدة، ومنع تسربه إلى منطقة السائل الحاجز/العازل. أما المانع الخارجي، أو المانع الثانوي، فيمنع تسرب السائل الحاجز/العازل إلى البيئة الخارجية.
سائل الحاجز وسائل العازل
- سائل حاجز:عندما يتم الحفاظ على ضغط السائل الوسيط عند مستوى أعلى من ضغط سائل العملية، يشار إليه باسم سائل حاجز.
- سائل عازل:عندما يتم إبقاء ضغط السائل بين الأختام أقل عمدًا من ضغط سائل العملية، يُعرف هذا باسم سائل العازل.
مكونات الأختام الميكانيكية المزدوجة
- الختم الأساسي (الداخلي):يُشكّل هذا الختم، المُكوّن من وجهين دوار وثابت، خط الدفاع الأول لمنع تسرب سوائل العمليات. عادةً ما يُركّب الوجه الدوار على العمود أو غلاف العمود، بينما يُثبّت الوجه الثابت في مكانه بواسطة غدة الفقمة.
- الختم الثانوي (الخارجي):يُعدّ الختم الخارجي دعامة للختم الأساسي، حيث يحتوي على سائل عازل بين الختمين. وكما هو الحال مع الختم الأساسي، يتميز بسطح دوار وآخر ثابت.
- غدة الختم:غدة الختم هي مكون أساسي يضم وجوه الفقمة ويوفر التوصيلات اللازمة لإدخال وتوزيع السائل الحاجز/العازل.
- الأكمام رمح: تُستخدم أكمام الأعمدة عادةً مع الأختام الميكانيكية لحماية عمود المضخة من التآكل والصدأ والحرارة الناتجة عن عملية الختم. كما أنها تساعد على ضمان المحاذاة الصحيحة لـ مكونات الختم.
- الينابيع:توفر النوابض قوة الإغلاق الأولية على أسطح الختم، مما يضمن بقاءها على اتصال حتى في ظل ظروف التشغيل المختلفة.
- الأختام الثابتة: حلقات O، والحشيات، و منفاخ يتم استخدامها لإنشاء أختام ثابتة بين المكونات الفردية لتجميع الأختام.
- مكونات الأجهزة:حلقات القيادة وحلقات الاحتجاز ومكونات الأجهزة الأخرى تعمل على تأمين مكونات الختم في مكانها وتسهيل نقل عزم الدوران من العمود إلى وجه الختم الدوار.
- نظام السائل الحاجز/العازليتكون نظام السائل الحاجز/العازل من خزان لتخزين السائل، ونظام تداول (قد يشمل مضخة ومبادل حراري) للحفاظ على السائل عند درجة الحرارة والضغط المطلوبين، وصمامات التحكم في الضغط لتنظيم الضغط بين الأختام.
كيف تعمل الأختام الميكانيكية المزدوجة
وضع الحاجز
في وضع الحاجز، يُحافظ على ضغط سائل الحاجز عند ضغط أعلى بكثير (عادةً ما يكون 15-30 رطل/بوصة مربعة أو 1-2 بار) من ضغط سائل العملية المُحكم. يضمن هذا الفرق الإيجابي في الضغط أنه في حال حدوث أي تسرب في الختم الداخلي، سيدخل سائل الحاجز النظيف إلى العملية، مما يمنع بفعالية تسرب سوائل العملية الخطرة أو الثمينة إلى الغلاف الجوي. يوفر هذا الوضع أعلى مستوى من الحماية ضد تسرب سوائل العملية، ويُستخدم عادةً في التطبيقات التي تتضمن سوائل خطرة أو باهظة الثمن.
وضع المخزن المؤقت
في وضع العازل، يُحافظ على ضغط سائل العازل أقل من ضغط سائل العملية المُغلق. في هذا الوضع، يُحصر أي تسرب طفيف من الختم الداخلي داخل حجرة سائل العازل. يعمل الختم الخارجي على منع تسرب سائل العازل المُحتمل تلوثه إلى الغلاف الجوي. يُستخدم هذا الوضع عادةً عند توقع حدوث تسرب طفيف من الختم الداخلي أو قبوله، مع التركيز على منع أي سائل عملية من دخول البيئة.
فيلم سائل
بغض النظر عن الوضع، يُحافظ السائل الحاجز أو المُنظِّم على طبقة السائل الرقيقة الموجودة بين أسطح الختم. يوفر هذا السائل تزييتًا هيدروديناميكيًا أو هيدروستاتيكيًا، مما يمنع التلامس المباشر بين الأسطح الصلبة لأسطح الختم.
أنواع الأختام الميكانيكية المزدوجة
التكوين من الخلف إلى الخلف
في ترتيب متتالي، الاثنان تم تركيب الأختام الميكانيكية مع وجوه الفقمة الدوارة التي تبتعد عن بعضها البعض. هذا التكوين يخلق غرفة مغلقة بين الختمين، والذي عادة ما يكون مملوءًا بسائل حاجز يتم الحفاظ عليه عند ضغط أعلى من ضغط سائل العملية.
يُعدّ تكوين الوصلات الخلفية مناسبًا تمامًا للتطبيقات التي يكون فيها الاهتمام الرئيسي هو منع تسرب سائل العملية إلى الغلاف الجوي. يضمن سائل الحاجز ذو الضغط العالي أن أي تسرب سيكون من سائل الحاجز إلى العملية، وليس العكس.
تكوين الترادف
يتضمن التكوين الترادفيّ، المعروف أيضًا بالتكوين المتقابل، تركيب مانعَي تسرب متتاليين بحيث يكون وجهاهما الدواران في نفس الاتجاه. في هذا التكوين، تُملأ المساحة بين المانعين عادةً بسائل عازل يُحافظ على ضغطه عند ضغط أقل من ضغط سائل العملية.
تُستخدم التكوينات الترادفية غالبًا في التطبيقات التي يُتوقع فيها أو يُقبل حدوث تسرب طفيف من الختم الداخلي. يلتقط السائل العازل أي تسرب من الختم الداخلي، بينما يمنع الختم الخارجي تسرب هذا السائل إلى الغلاف الجوي. أختام الترادف يمكن أيضًا استخدامه مع سائل حاجز عند ضغط أعلى للحصول على حماية إضافية ضد تسرب سائل العملية.
التكوين وجهاً لوجه
في وضعية وجه لوجه، يُوضع الختمان الميكانيكيان بحيث تكون أسطحهما الدوارة متقابلة. يُنشئ هذا التكوين حجرة محكمة الغلق بين الختمين، يمكن ملؤها إما بسائل حاجز أو سائل عازل، حسب متطلبات التطبيق.
توفر التكوينات المباشرة مزايا عديدة، منها سهولة التركيب والصيانة، إذ يُمكن الوصول إلى كلا الختمين من نفس جانب الجهاز. كما يتيح هذا الترتيب تصميمات ختم أكثر إحكامًا، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات المساحات المحدودة.
