آشنایی با مکانیکال سیل ( آب بندهای مکانیکی)
در این جستار، نگاهی اجمالی به تجهیزات آب‌بندی، به‌ویژه آب‌بندهای مکانیکی، کاربرد و اجزای اصلی آن‌ها خواهیم انداخت.
بررسی را با یک پرسش مهم آغاز میکنیم:
چگونه دریچه یا نازلی از یک محفظه ی حاوی سیال را آب بندی کنیم؟
- در صنعت برای جلوگیری از نشت سیال (مایع یا گاز) در تجهیزات ایستا از آب بندهای استاتیک (سیلهای استاتیک) مانند گسگت ها، O-Ring، واشر تخت و … در فضای بین End Cap (درپوش) و محفظه استفاده می‌شود.
در تصاویر زیر انواع این قطعات را مشاهده میکنید.
حال به شکل روبه رو دقت کنید. در این تصویر یک گیربکس با دو شفت ورودی و خروجی را مشاهده میکنید. این گیربکس نه تنها در خودرو بلکه در بخش های متنوع صنعت نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای روان کاری بین چرخ دندهها، محفظه گیربکس از روغن یا گیریس پر می‌شود. آب‌بندی این گونه تجهیزات که شامل بخشهای دَوار است، متفاوت است.
چگونه می توان از نشت سیال در محل شفت های دَوار ورودی و خروجی جلوگیری کرد؟
برای پاسخ به این سوال، تجهیزات دوار را به لحاظ فشار داخلی به دو دسته تقسیم بندی کرده و برای هرحالت سیل مکانیکی مورد نظر را معرفی میکنیم:
- حالت اول : آب بندی تجهیزات دَوار دارای فشار داخلی اتمسفریک (بدون فشار)
برای آب بندی این قبیل تجهیزات نظیر گیربکس خودروها و موتورسیکلتها، از قطعهای رایج به نام Radial Shaft Seal یا همان کاسه نمد استفاده می‌شود.
مطابق شکل بالا ، در این قطعه وقتی شفت می‌چرخد، لبِ آب‌بند (Main lip & Minor lip) به‌طور پیوسته در تماس با سطح شفت باقی می‌ماند. این تماس همراه با فشار فنر، مانعی ایجاد می‌کند که از نشت روغن (یا هر سیال دیگر) به بیرون جلوگیری می‌کند.
- حالت دوم : آب بندی تجهیزات دَوار دارای فشار داخلی بالا
راه حل را نخستین بار جورج جی. کوک در سال 1923 با اختراع مکانیکال سیل (Mechanical Seal) ارائه داد. سیل های مکانیکی راهکاری بهینه برای آب‌بندی تجهیزات تحت فشار از قبیل پمپ ها، کمپرسورها، میکسرها و … است.
مطابق شکل زیر در این تجهیز، دو سطح بسیار صاف تحت فشار فنر به یکدیگر می‌چسبند. یکی از سطوح ثابت است، در حالی که دیگری با چرخش شافت دَوَران می‌کند. صافی این سطوح به حدی بالاست که مانع از نشت سیال تحت فشار می‌شود. این سطوح ضد سایش هستند، اما به دلیل اصطکاک، در هنگام دوران حرارت ایجاد می‌شود. مقداری از سیال (چند قطره در ساعت) به واسطه خاصیت مویینگی بین دو سطح نفوذ کرده و با کاهش دما، از تخریب سطوح جلوگیری می‌کند.
⚠️در صورت قطع سیال خنک کننده، این سطوح در زمان کوتاهی آسیب می بینند. به همین دلیل است که نباید پمپ ها بدون سیال کار کنند.
این سیل ها در دو طرح اصلی عرضه می‌شوند:
1- سیل مکانیکی تکی(Single Mechanical Seal)
این سیل ها در دو طرح اصلی عرضه می‌شوند:
- سیال خنک کننده در داخل محفظه وجود داشته باشد.
- سیال خنک کننده ساینده و آلوده نباشد.
- فشار کاری حداکثر 10 بار باشد.
2- سیل مکانیکی دوبل(Double Mechanical Seal)
این نوع از مکانیکال سیل از دو آب بند مکانیکی تک در دو طرف یک محفظه تشکیل شده است. این محفظه باید با محلول خنک کننده (بافر) پر شود. وجود این محلول خنک کننده، این نوع از مکانیکال سیل را از سیال داخل محفظه مستقل می کند و ایمنی کار را بسیار بالا می برد.
کاربردهای این نوع از سیل عبارتند از:
- تجهیزاتی که سیال اصلی گاز است و سیال خنک کننده وجود ندارد مانند کمپرسور گازی، میکسر Top Entry ، توربین و …
- تجهیزاتی که سیال داخل آن خورنده یا ساینده است و منجر به خرابی سیل می شود. مانند پمپهای دوغ آب (Slurry)
- تجهیزاتی که سیال داخل آن بسیار خطرناک است و نباید به هیچ وجه نشت کند.
در نهایت باید بدانید :
- امروزه شرکت های پیشرویی مانند جان کرین، ایسیال (AESSEAL) و بورگمان از بزرگترین تولیدکنندگان سیل مکانیکی به شمار میروند.
شرکت جان کرین در انگلستان با بیش از ۱۰۰ سال سابقه، ۳۵ درصد بازار جهانی سیلهای مکانیکی را در اختیار دارد.
استاندارد API 682 به عنوان مرجع اصلی طراحی و نصب این سیلها در صنایع نفت و گاز شناخته می‌شود.
جمع بندی
مقایسه روشهای آب بندی:
