ما هو ضغط الختم الميكانيكي

تشكل الأختام الميكانيكية مكونات متكاملة في المعدات الدوارة، حيث تعمل على منع تسرب السوائل والحفاظ على ضغط النظام. حجرة الختم الضغط، وهو عامل حاسم يؤثر على أداء الختم وعمر الخدمة، يتم تحديده من خلال معايير التصميم والتشغيل المختلفة.

يستكشف هذا المقال مفهوم ضغط حجرة الختم، ويدرس العوامل المؤثرة عليه وخصائص التصميم المستخدمة لإدارته بفعالية. سنناقش أيضًا مدى ملاءمة مختلف ختم آلي أنواع لظروف الضغط المختلفة.

ما هو ضغط حجرة الختم في الأختام الميكانيكية

يشير ضغط حجرة الختم إلى ضغط السائل داخل التجويف الذي يحتضن الختم الميكانيكي. يلعب هذا الضغط دورًا هامًا في أداء الختم وطول عمره، إذ يؤثر على عوامل مثل التزييت والتبريد ومنع دخول الملوثات.

بشكل نموذجي ترتيب الختم الميكانيكيتقع حجرة الختم بين غلاف المضخة والهواء الجوي. يتحدد الضغط داخل هذه الحجرة بعوامل مختلفة، منها ظروف تشغيل المضخة، وتصميم الختم، ونوع السائل المُضخّ.

يعد الحفاظ على ضغط حجرة الختم المناسب أمرًا بالغ الأهمية لعدة أسباب:

1. التزييت المناسب: الضغط الكافي يضمن أن وجوه الفقمة يتم تزويدها بطبقة رقيقة من السوائل، مما يقلل الاحتكاك والتآكل.
2. التبريد: يساعد السائل الموجود في حجرة الختم على تبديد الحرارة الناتجة عن واجهات الختم، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة والفشل المبكر.
3. استبعاد الملوثات: يساعد الضغط الإيجابي داخل حجرة الختم على منع الملوثات الخارجية من الدخول وإتلاف واجهات الختم.

العوامل المؤثرة على الضغط داخل حجرة الختم

ظروف تشغيل المضخة

تؤثر ظروف تشغيل المضخة بشكل مباشر على ضغط حجرة الختم. تؤثر عوامل مثل ضغط تفريغ المضخة، وضغط الشفط، وسرعة دورانها على الضغط داخل تجويف الختم.

تؤدي ضغوط التفريغ الأعلى عمومًا إلى زيادة ضغط حجرة الختم، في حين أن ضغوط الشفط المنخفضة يمكن أن تؤدي إلى انخفاض الضغط أو حتى ظروف الفراغ داخل الحجرة.

تصميم وترتيب الختم

يؤثر تصميم الختم الميكانيكي وترتيبه داخل المضخة أيضًا على ضغط حجرة الختم. وتلعب عدة عناصر تصميم دورًا هامًا:

1. نسبة التوازن: تُحدد نسبة التوازن الحمل الهيدروليكي على أسطح الختم. عادةً ما تعمل الختمات ذات نسب التوازن الأعلى عند ضغوط أقل، بينما تؤدي نسب التوازن المنخفضة إلى ضغوط أعلى.
2. هندسة وجه الختم: تؤثر هندسة وجوه الختم، مثل عرض الوجه واللمسة النهائية للسطح، على توزيع الضغط داخل حجرة الختم.
3. خطة الأنابيب: تؤثر خطة الأنابيب المستخدمة جنبًا إلى جنب مع الختم الميكانيكي على الضغط في الختم على سبيل المثال، تزيد الخطة 11 (إعادة التدوير من تفريغ المضخة إلى الختم) الضغط، بينما تخفض الخطة 13 (إعادة التدوير من حجرة الختم إلى الشفط) الضغط.

خصائص السوائل

تؤثر خصائص السائل المُضخّ أيضًا على الضغط داخل حجرة الختم. وتلعب عوامل مثل اللزوجة والثقل النوعي وضغط البخار دورًا هامًا.

قد تتطلب السوائل ذات اللزوجة العالية ضغطًا متزايدًا في حجرة الختم للحفاظ على تزييت كافٍ بين أسطحها. قد تؤدي السوائل ذات ضغوط البخار العالية إلى حدوث تجويف وانخفاض الضغط داخل حجرة الختم.

أنواع الأختام الميكانيكية وملاءمة الضغط

نوع الختم	نطاق الضغط	الخصائص
ربيع واحد ختم الدافع	منخفض إلى معتدل	مناسب لضغوط تصل إلى ٢٠ بار. تصميم بسيط، اقتصادي، وموثوق به للتطبيقات متعددة الأغراض.
ختم متوازن	معتدلة إلى عالية	مُصمم لضغوط تتراوح بين ٢٠ و٧٠ بار. يستخدم هندسة متوازنة لتقليل تأثير الضغط على أسطح الختم، مما يُقلل التآكل ويُطيل العمر الافتراضي. حياة الفقمة.
ختم مزدوج	من أسفل إلى أعلى	يتكون من مانعي تسرب مترادفين، بينهما سائل حاجز. مناسب لضغوط تصل إلى ١٠٠ بار. يوفر أمانًا وموثوقية أكبر في التطبيقات الصعبة.
ختم خرطوشة	من أسفل إلى أعلى	وحدة مانعة للتسرب مُجمّعة ومُعدّلة مسبقًا. تستوعب نطاق ضغط واسعًا حسب التصميم المُحدد. تُبسّط التركيب والصيانة.
ختم الغاز	من أسفل إلى أعلى	مُصمم خصيصًا لعزل الغازات. يتحمل ضغوطًا تصل إلى ٢٠٠ بار. يستخدم أسطح عزل غير تلامسية لتقليل التآكل والاحتكاك.

ميزات التصميم لإدارة الضغط

لإدارة الضغط داخل حجرة الختم بفعالية، تتضمن الأختام الميكانيكية ميزات تصميمية متنوعة. تضمن هذه الميزات أداءً مثاليًا للختم وعمرًا افتراضيًا طويلًا في مختلف نطاقات الضغط.

وجوه الفقمة المتوازنة

صُممت أسطح الختم المتوازنة لتقليل تأثير الضغط على أسطح الختم. بتقليل مساحة الختم الفعالة المعرضة للضغط، الأختام تحافظ على قوة إحكام ثابتة بغض النظر عن تقلبات ضغط حجرة الإحكام. تُطيل هذه الميزة التصميمية عمر الإحكام وتُحسّن كفاءته في التطبيقات ذات الضغط المتوسط ​​إلى العالي.

ينابيع متعددة

غالبًا ما تستخدم الأختام الميكانيكية نوابض متعددة لضمان توزيع متساوٍ لقوة الختم. باستخدام سلسلة من النوابض الصغيرة بدلًا من نابض كبير واحد، تُوزّع قوة الختم بالتساوي على محيط أسطحها. يضمن هذا الترتيب المتعدد النوابض أداءً ثابتًا للختم، ويُقلّل من خطر التشوه أو التسرب الناتج عن الضغط.

الهندسة المستجيبة للضغط

تتميز بعض الأختام الميكانيكية بتصميم هندسي مستجيب للضغط، مما يسمح لأسطح الأختام بالتكيف مع تغيرات ضغط حجرة الختم. مع زيادة الضغط، تتكيف هندسة أسطح الأختام تلقائيًا للحفاظ على الضغط الأمثل. فجوة الختمتساعد آلية التعديل الذاتي هذه على منع التآكل المفرط وتحافظ على فعالية الختم عبر نطاق واسع من الضغط.

أنظمة السوائل الحاجزة

الأختام المزدوجة و أختام مترادفة دمج أنظمة سوائل الحاجز للتحكم في الضغط وتحسين أداء الختم. يُحافظ على ضغط سائل الحاجز، وهو عادةً سائل أو غاز متوافق، عند ضغط أعلى من ضغط سائل العملية. يمنع هذا الفرق في الضغط سائل العملية من دخول واجهة الختم، ويوفر التزييت والتبريد لأسطح الختم. تعزل أنظمة سوائل الحاجز الختم الميكانيكي بفعالية عن الآثار الضارة المحتملة لسوائل العملية عالية الضغط.