Come calcolare la generazione di calore in una tenuta a secco

L'equazione fondamentale Q = μ × P × V × A fornisce la generazione di calore in watt.

• Il coefficiente di attrito (μ) varia tipicamente da 0.05 a 0.3 per guarnizioni di tenuta a seccoValori più bassi indicano materiali come PTFE o grafite di carbonio, mentre valori più alti indicano materiali più duri in condizioni difficili.
• Pressione di contatto (P) Si misura in Pascal o PSI. Puoi trovare questo valore nelle specifiche del produttore della guarnizione oppure calcolarlo dividendo la forza della molla per l'area di contatto.
• Velocità di scorrimento (V) è uguale a π × D × N / 60, dove D è il diametro dell'albero in metri e N è la velocità di rotazione in giri al minuto. Velocità più elevate comportano sempre più calore.

Processo di calcolo passo dopo passo

Per prima cosa, raccogli i parametri operativi della tua guarnizione: diametro dell'albero, velocità di rotazione, pressione di contatto e combinazione di materiali.

Calcola prima la velocità di scorrimento. Per un albero da 50 mm a 3,000 giri/min, la velocità è 3.14 × 0.05 × 3000 / 60 = 7.85 m/s.

Determina il tuo coefficiente di attrito dalle tabelle dei dati dei materiali. Il rapporto tra carbonio e acciaio inossidabile in genere dà un valore compreso tra 0.1 e 0.15.

Misurare o calcolare l'area di contatto della guarnizione. Per un guarnizione facciale, questo è π × (R²esterno – R²interno) dove R è il raggio delle superfici di tenuta.

Moltiplicare tutti i valori tra loro: Q = 0.12 × 100,000 Pa × 7.85 m/s × 0.0003 m² = 28.3 watt.

Conversione della generazione di calore in aumento della temperatura

La sola generazione di calore non è sufficiente a stabilire se la guarnizione resisterà. È necessario convertire i watt in aumento di temperatura effettivo.

La formula per l'aumento della temperatura è ΔT = Q / (m × c × fattore di raffreddamento), dove m è la massa della guarnizione, c è la capacità termica specifica e il fattore di raffreddamento tiene conto della dissipazione del calore.

Senza raffreddamento, un tipico guarnizione in carbonio Generando 30 watt, la temperatura potrebbe aumentare di 50 °C. Con un raffreddamento adeguato, la temperatura scende a 10-15 °C.

Errori comuni da evitare

• Non utilizzare mai i valori di attrito della guarnizione bagnata per i calcoli di funzionamento a secco. I coefficienti di attrito a secco sono in genere 5-10 volte superiori.
• Non dimenticare di tenere conto delle molteplici superfici di tenuta. foche in tandem generare calore a ciascuna interfaccia.
• Includere sempre un fattore di sicurezza da 1.5 a 2. Le condizioni reali raramente corrispondono ai calcoli ideali.
• Le misurazioni della temperatura devono essere effettuate all'interfaccia di tenuta, non all'alloggiamento. La temperatura effettiva faccia di sigillo si scalda molto di più rispetto ai componenti circostanti.

Domande frequenti

Qual è l'intervallo tipico di generazione di calore per le guarnizioni a secco?

La maggior parte delle guarnizioni a secco generano tra 10 e 100 watt di calore. Le applicazioni a bassa velocità rimangono al di sotto dei 20 watt, mentre quelle ad alta velocità o guarnizioni ad alta pressione può superare i 75 watt senza raffreddamento.

Come posso misurare il coefficiente di attrito se non è fornito?

Eseguire il test della guarnizione in condizioni note e misurare la coppia. Calcolare a ritroso utilizzando τ = μ × F × r, dove τ è la coppia, F è la forza normale e r è il raggio.

Posso usare la stessa formula per le guarnizioni a gas?

Sì, la formula di base si applica alle guarnizioni a gas, ma sono necessari coefficienti di attrito diversi. Le guarnizioni a gas hanno in genere valori μ compresi tra 0.02 e 0.08.

Dovrei calcolare il calore per le condizioni di avviamento?

Sì, l'avviamento genera la maggior parte del calore a causa del maggiore attrito prima del rodaggio. Utilizza coefficienti di attrito superiori del 50% per i tuoi calcoli di avviamento.