Phớt cơ khí áp suất cao là gì

Phớt cơ khí áp suất cao là gì

Phớt cơ khí áp suất cao là một thành phần quan trọng trong máy móc hoạt động trong điều kiện áp suất cực cao, thường là trên 50 bar (725 psi). Các phớt này được thiết kế để ngăn rò rỉ chất lỏng hoặc khí từ thiết bị trong khi chịu được lực rất lớn do môi trường áp suất cao tạo ra.

Chức năng chính của phớt cơ khí áp suất cao là duy trì một rào cản an toàn giữa chất lỏng trong quy trình và khí quyển, ngay cả trong những điều kiện khắt khe nhất. Các phớt này bao gồm hai thành phần chính: một bộ phận cố định (stator) và một bộ phận quay (rotor), được ép lại với nhau bằng sự kết hợp của lực thủy lực và lực lò xo. Các mặt phớt thường được làm bằng vật liệu cứng, chống mài mòn như silicon carbide, tungsten carbide hoặc gốm, có thể chịu được áp suất và nhiệt độ cao gặp phải trong các ứng dụng này.

Phớt cơ khí áp suất cao hoạt động như thế nào

Nguyên lý hoạt động của phớt cơ khí áp suất cao dựa trên việc tạo ra một lớp màng chất lỏng mỏng giữa các mặt phớt tĩnh và quay. Khi trục quay, các vòng đệm được ép lại với nhau bằng sự kết hợp của lực lò xo và áp suất thủy lực từ chất lỏng quy trình. Áp suất này khiến một lượng nhỏ chất lỏng quy trình rò rỉ giữa các mặt phớt, tạo ra một lớp màng chất lỏng mỏng, ổn định giúp bôi trơn và làm mát các mặt phớt đồng thời ngăn ngừa rò rỉ thêm.

Lớp màng chất lỏng giữa các mặt phớt được duy trì bằng sự cân bằng tinh tế giữa áp suất thủy lực, lực lò xo và hình dạng chính xác của các mặt phớt. Các mặt phớt được mài nhẵn đến độ phẳng rất cao, thường trong phạm vi 2-3 dải ánh sáng heli (0,22-0,33 µm), để đảm bảo tiếp xúc đồng đều và giảm thiểu rò rỉ. Vòng đệm quay thường được lắp trên trục bằng ống thổi mềm hoặc thành phần đệm thứ cấp khác, có thể điều chỉnh độ lệch trục nhỏ và chuyển động dọc trục trong khi vẫn duy trì phớt.

Loại phớt cơ khí nào được sử dụng cho các ứng dụng áp suất cao

Mặt đối mặt

Trong một sắp xếp đối diện, hai phớt cơ khí được lắp đặt với mặt phớt của chúng hướng về nhau. Sắp xếp này thường được sử dụng trong các ứng dụng áp suất cao vì nó cân bằng các lực thủy lực tác động lên mặt phớt, giảm lực đóng ròng và tỏa nhiệt. Các phớt đối diện cũng cung cấp một mức độ dự phòng, vì phớt thứ hai có thể hoạt động như một bản sao lưu nếu phớt chính bị hỏng.

Liên tiếp

Phớt lưng-lưng được sắp xếp với các mặt phớt hướng ra xa nhau, với khoảng cách giữa các phớt thường được lấp đầy bằng chất lỏng đệm ở áp suất cao hơn chất lỏng quy trình. Sự sắp xếp này được sử dụng khi chất lỏng quy trình là chất nguy hiểm, độc hại hoặc nhạy cảm với môi trường, vì bất kỳ rò rỉ nào từ phớt chính đều được chứa trong chất lỏng đệm và phớt thứ cấp. Phớt lưng-lưng yêu cầu một hệ thống chất lỏng đệm riêng biệt và đường ống và thiết bị đo lường bổ sung.

Tandem (Hoặc Đối Mặt Với Lưng)

Phớt nối tiếp, hay phớt đối mặt với lưng, kết hợp các yếu tố của kiểu sắp xếp đối mặt với nhau và đối lưng với nhau. Trong cấu hình này, hai phớt được lắp đặt với mặt của chúng hướng theo các hướng ngược nhau, với phớt chính hướng về chất lỏng quy trình và phớt phụ hướng ra ngoài. Khoảng cách giữa các phớt thường được thông hơi đến một vị trí an toàn hoặc được kết nối với hệ thống chất lỏng đệm ở áp suất thấp hơn chất lỏng quy trình. Phớt nối tiếp cung cấp cả lợi ích cân bằng áp suất của phớt đối mặt và các tính năng an toàn và ngăn chặn của phớt lưng với lưng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của phớt cơ khí áp suất cao

Áp suất của chất lỏng quy trình trên mặt phớt

Khi áp suất chất lỏng tăng, lực đóng trên các mặt phớt cũng tăng, dẫn đến tải trọng mặt cao hơn, sinh nhiệt nhiều hơn và có khả năng mài mòn nhanh hơn. Để chống lại những tác động này, phớt áp suất cao thường kết hợp các đặc điểm như lỗ cân bằng, rãnh hoặc lỗ trên mặt phớt để giảm lực đóng hiệu quả và duy trì lớp màng chất lỏng ổn định.

Kiểm soát nhiệt độ trong buồng kín

Nhiệt độ cao có thể gây ra sự giãn nở nhiệt của các thành phần phớt, dẫn đến tăng tải trọng mặt và mài mòn. Nhiệt độ quá cao cũng có thể làm giảm tính chất bôi trơn của màng chất lỏng, tăng ma sát và nguy cơ hỏng phớt. Để giảm thiểu những vấn đề này, phớt áp suất cao thường kết hợp áo làm mát, bộ trao đổi nhiệt hoặc hệ thống ống dẫn nhiệt để loại bỏ nhiệt khỏi khoang phớt và duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định.

Bôi trơn và làm mát đúng cách cho mặt phớt

Lớp màng chất lỏng giữa các mặt phớt hoạt động như chất bôi trơn và chất làm mát, mang đi nhiệt ma sát và ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp giữa các mặt. Để đảm bảo bôi trơn và làm mát đầy đủ, phớt áp suất cao có thể kết hợp các đặc điểm như rãnh xoắn ốc, khe hướng tâm hoặc cấu trúc vi mô trên các mặt phớt để thúc đẩy lưu thông chất lỏng và tản nhiệt. Việc lựa chọn vật liệu mặt phớt có tính dẫn nhiệt tốt và đặc tính tự bôi trơn, chẳng hạn như vật liệu silicon carbide hoặc vật liệu chứa than chì, cũng có thể nâng cao hiệu suất bôi trơn và làm mát.

Hệ thống hỗ trợ cho ứng dụng phớt cơ khí áp suất cao

Phớt cơ khí áp suất cao đòi hỏi hệ thống hỗ trợ chuyên dụng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ tối ưu. Các hệ thống này giúp duy trì điều kiện vận hành ổn định, ngăn ngừa hỏng phớt và kéo dài tuổi thọ của phớt. Một thành phần quan trọng là API Plan 52, sử dụng bình chứa chất lỏng đệm để cung cấp môi trường sạch, mát và có áp suất cho phớt.

Hệ thống API Plan 52 tuần hoàn chất lỏng đệm tương thích, chẳng hạn như glycol hoặc dầu, qua khoang phớt ở áp suất cao hơn chất lỏng quy trình. Chênh lệch áp suất dương này ngăn chất lỏng quy trình đi vào khoang phớt, giảm thiểu ô nhiễm và kéo dài tuổi thọ phớt. Hệ thống cũng giúp tản nhiệt do phớt tạo ra, duy trì nhiệt độ vận hành ổn định.

Các hệ thống hỗ trợ thiết yếu khác cho phớt cơ khí áp suất cao bao gồm:

1. Bôi trơn mặt phớt đúng cách: Bôi trơn đầy đủ là rất quan trọng để giảm ma sát và mài mòn trên bề mặt phớt. Điều này có thể đạt được thông qua việc sử dụng chất lỏng ngăn chặn, chẳng hạn như dầu hoặc mỡ, hoặc bằng cách kết hợp các tính năng bôi trơn vào thiết kế phớt.
2. Kiểm soát nhiệt độ: Duy trì nhiệt độ ổn định trong khoang đệm là rất quan trọng để ngăn ngừa biến dạng nhiệt và đảm bảo căn chỉnh mặt đệm đúng cách. Điều này có thể thực hiện được thông qua việc sử dụng áo làm mát, bộ trao đổi nhiệt hoặc bộ điều khiển nhiệt độ.
3. Theo dõi áp suất: Việc liên tục theo dõi áp suất trong khoang kín giúp phát hiện mọi bất thường hoặc rò rỉ, cho phép bảo trì kịp thời và ngăn ngừa các hỏng hóc nghiêm trọng.

Ứng dụng của phớt cơ khí áp suất cao

• Máy bơm ly tâm:Phớt cơ khí áp suất cao được sử dụng trong máy bơm ly tâm xử lý chất lỏng áp suất cao, chẳng hạn như máy bơm nước cấp lò hơi, máy bơm đường ống và máy bơm phun trong giếng dầu và khí.
• Máy nén:Phớt cơ khí được sử dụng trong máy nén áp suất cao cho các loại khí như hydro, khí tự nhiên và carbon dioxide, cũng như trong máy nén lạnh sử dụng chất làm lạnh áp suất cao.
• Tuabin: Phớt áp suất cao được sử dụng trong tua bin hơi và tua bin khí để ngăn chặn rò rỉ hơi nước áp suất cao hoặc khí cháy từ vỏ tua bin.
• Lò phản ứng và bình chịu áp suất:Phớt cơ khí được sử dụng trong máy khuấy, máy trộn và các thiết bị quay khác trong lò phản ứng áp suất cao và bình chịu áp suất trong ngành công nghiệp chế biến hóa chất và hóa dầu.
• Thiết bị dưới biển:Phớt áp suất cao là thành phần quan trọng trong thiết bị sản xuất dầu khí dưới biển, chẳng hạn như máy bơm, máy nén và van dưới biển, nơi chúng phải chịu được áp suất cực lớn và điều kiện môi trường khắc nghiệt.
• Hệ thống nước áp suất cao:Phớt cơ khí được sử dụng trong máy bơm nước áp suất cao và van trong các ứng dụng như khử muối thẩm thấu ngược, làm sạch áp suất cao và cắt tia nước.

Câu hỏi thường gặp

Giới hạn áp suất cho phớt cơ khí là gì?

Nhìn chung, phớt cơ khí tiêu chuẩn có thể chịu được áp suất lên tới khoảng 20 bar (290 psi), trong khi phớt áp suất cao được thiết kế cho áp suất từ 20 đến 200 bar (290 đến 2.900 psi) hoặc cao hơn.