ما هو الفرق بين ختم الفرشاة وختم المتاهة

في مجال تقنيات الختم، تعد أختام الفرشاة وأختام المتاهة حلين مختلفين يستخدمان للتحكم في تسرب السوائل والحفاظ على اختلافات الضغط في الآلات الدوارة. وفي حين يخدم كلاهما غرض الختم، فإن تصميماتهما وموادهما وخصائص أدائهما تختلف بشكل كبير.

ستتناول هذه المقالة التعقيدات المتعلقة بأختام الفرشاة وأختام المتاهة، ومقارنة هياكلها وتطبيقاتها وفعاليتها في مختلف البيئات الصناعية.

ما هو ختم الفرشاة

ختم الفرشاة هو نوع من ختم آلي تستخدم هذه الفرشاة مجموعة كثيفة من الشعيرات، المصنوعة عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ، لإنشاء آلية إحكام مرنة بين المكونات الثابتة والدوارة في الآلات التوربينية. الشعيرات مائلة في اتجاه الدوران، مما يسمح بواجهة إحكام مرنة يمكنها استيعاب الحركة الشعاعية ورحلات العمود مع الحفاظ على الحد الأدنى من الخلوص. يتيح هذا التصميم الفريد لأختام الفرشاة توفير إحكام فعال حتى في ظل الفروقات عالية الضغط وسرعات الدوران.

توفر أختام الفرشاة العديد من المزايا مقارنة بأختام المتاهة التقليدية. تتوافق مجموعة الشعيرات مع سطح الدوار، مما يقلل من فجوات التسرب ويقلل من تدفق التسرب. يسمح امتثال الشعيرات بتكيف أفضل مع ديناميكيات الدوار والنمو الحراري وعوامل التشغيل الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام أختام الفرشاة مع أختام المتاهة أو تقنيات الأختام الأخرى لتحسين أداء الختم بشكل أكبر.

لقد توسع استخدام أختام الفرشاة في مختلف الصناعات، بما في ذلك التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ومحركات الطائرات. في تطبيقات التوربينات البخارية، يمكن لأختام الفرشاة أن تقلل بشكل كبير من تسرب البخار، مما يحسن كفاءة الماكينة بشكل عام ويقلل من خسائر البخار المكلفة. تُستخدم أختام الفرشاة أيضًا في التوربينات الغازية الصناعية والمحركات النفاثة لتقليل تدفق الهواء المتسرب، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة التشغيلية.

ما هو ختم المتاهة

أ ختم متاهة هو نوع من أنواع السدادات غير المتصلة التي تستخدم سلسلة من الممرات المعقدة الشبيهة بالمتاهة لإنشاء مسار معذب لتدفق السوائل. يتكون السداد من سلسلة من أسنان المتاهة أو الزعانف مرتبة في نمط معين، حيث يخلق كل سن انخفاضًا صغيرًا في الضغط. أثناء تنقل السائل عبر المتاهة، فإنه يتعرض لسلسلة من التمددات والانكماشات، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الضغط عبر السدادة.

تعتمد أختام المتاهة على مبدأ إنشاء انخفاضات ضغط متعددة لتقليل تدفق التسرب. تعتمد فعالية ختم المتاهة على عوامل مثل عدد أسنان المتاهة وهندستها والخلوص بين المكونات الدوارة والثابتة. تم تصميم الخلوص ليكون صغيرًا قدر الإمكان مع السماح بالتشغيل الآمن واستيعاب عوامل مثل التمدد الحراري وديناميكيات الدوار.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لأختام المتاهة في طبيعتها غير الملامسة، مما يقلل من التآكل على سطح الدوار ويطيل عمر الختم. كما أن أختام المتاهة بسيطة نسبيًا في التصميم ويمكن تصنيعها وصيانتها بسهولة. ومع ذلك، فهي حساسة للتغيرات في الخلوص وقد تتعرض لتسرب متزايد إذا أصبح الخلوص كبيرًا جدًا بسبب التآكل أو ظروف التشغيل.

تُستخدم أختام المتاهة في العديد من الآلات الدوارة، مثل التوربينات البخارية، والتوربينات الغازية، والضواغط. وغالبًا ما تُستخدم مع تقنيات أخرى للأختام، مثل أختام الفرشاة أو الأختام القابلة للتآكل، لتوفير حل شامل للأختام.

الاختلافات الرئيسية بين ختم الفرشاة وختم المتاهة

آلية الختم

تتكون أختام الفرشاة من شعيرات كثيفة، مصنوعة عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي تشكل واجهة إحكام مرنة. تنثني الشعيرات وتتكيف مع حركات الدوار، مما يحافظ على مسافة قريبة.

على النقيض من ذلك، تعتمد أختام المتاهة على سلسلة من الأسنان الصلبة أو حواف السكين التي تخلق مسارًا متعرجًا لتدفق السوائل. لا تحتوي أختام المتاهة على عنصر إحكام مرن مثل أختام الفرشاة.

اتصال

تُعد أختام الفرشاة من النوع الذي يتلامس مع سطح الدوار، مما يعني أن الشعيرات تتلامس بشكل خفيف مع سطح الدوار. يسمح هذا التلامس لأختام الفرشاة باستيعاب حركات الدوار واهتزازاته مع الحفاظ على الختم الفعال.

من ناحية أخرى، تعد أختام المتاهة أختامًا غير تلامسية. فهي تحافظ على مسافة صغيرة بين أسنان الختم والدوار، وتعتمد على انخفاض الضغط عبر مسار المتاهة لتقليل التسرب.

تقليل التسرب

توفر أختام الفرشاة تقليلًا فائقًا للتسرب مقارنة بأختام المتاهة. تتوافق مجموعة الشعيرات المتوافقة مع الدوار، مما يقلل من فجوات التسرب. يمكن لختم فرشاة واحد تقليل التسرب بما يصل إلى 90% مقارنة بأختام المتاهة التقليدية.

على الرغم من فعالية أختام المتاهة، إلا أنها تعاني من تسربات متأصلة بسبب الخلوص بين أسنان الختم والدوار. ويزداد التسرب في أختام المتاهة بمرور الوقت مع زيادة الخلوص بسبب التآكل والنمو الحراري.

متانة

تتمتع أختام المتاهة عمومًا بمتانة أعلى مقارنة بأختام الفرشاة. كما أن الهندسة الصلبة لأختام المتاهة تجعلها مقاومة للتآكل والتدهور.

تتعرض أختام الفرشاة، بسبب طبيعتها الملامسة، للتآكل بمرور الوقت عندما تحتك الشعيرات بسطح الدوار.

نطاق درجة حرارة

يمكن أن تعمل كل من أختام الفرشاة وأختام المتاهة في نطاق واسع من درجات الحرارة. ومع ذلك، تتمتع أختام الفرشاة بميزة طفيفة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. يمكن لشعيرات أختام الفرشاة، المصنوعة عادةً من سبائك فائقة تعتمد على الكوبالت أو النيكل، أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية (1472 درجة فهرنهايت). يمكن لأختام المتاهة، اعتمادًا على المادة المستخدمة، أن تعمل في درجات حرارة تصل إلى حوالي 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت). تسمح الطبيعة المرنة لأختام الفرشاة لها باستيعاب النمو الحراري بشكل أكثر فعالية من أختام المتاهة الصلبة.

التطبيقات

تُستخدم أختام الفرشاة وأختام المتاهة في العديد من الآلات التوربينية، بما في ذلك التوربينات البخارية والتوربينات الغازية والضواغط والمضخات. تعتبر أختام الفرشاة فعالة بشكل خاص في التطبيقات ذات الفروقات العالية في الضغط، مثل إحكام غلق غدة التوربينات البخارية وإحكام غلق حوض محمل التوربينات الغازية. كما تُستخدم أيضًا مع أختام المتاهة لتحسين أداء الإحكام بشكل عام.

تُستخدم أختام المتاهة على نطاق واسع في التطبيقات ذات فروق الضغط المنخفضة حيث يُفضَّل استخدام الختم غير التلامسي. وهي تُستخدم عادةً في سد الشواحن التوربينية، وسد عيون الضاغط، وكأختام بين المراحل في التوربينات والضواغط.