mechanical seals course

مدرس : ابوالفضل شیرازیSPGCمرکز آموزش شرکت گاز

آب بند چیست؟

آب بند ، قطعه یا وسیله ای است که برای پر کردن فضای خالی میان دو سطح ، دو محیط و یا دو جسم به منظور

ایجاد جدایش میان آنها بکار می رود. در حالت کلی آب بندها را به دو دسته تقسیم می کنند:

: برای دو سطح ساکن نسبت به هم آب بندهای استاتیکی جهت آب بندی دو سطح نسبت به : آب بندهای دینامیکی

هم متحرک مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع آب بندهاآب بندها

استاتیکی

دینامیکی

واشرها چسب ها

دورانی رفت و برگشتی

تماسی غیر تماسی

ذیرف پ

طاانع

ی ه ا

لب

یپرکر

اس یپروا

گهارین

اُ-گها

کینپ

هاگم

فردیا

نهاستو

پیگ

رین

گکین

پ

ل کا

انیمک

یلس

گهارین

ت پلی

اس

دهانم

ه اس

ک

دهانم

تبین

ال

سیکو

سوی

ل شبو

سیطی

غنام

مکانیکال سیلهایکی از پرکاربرد ترین آب بند کنندها در پمپها و کمپرسورها

برای آب بندی سیاالت خطرناک ، گرانقیمت و یا .استسیاالت با دما و فشار باال استفاده از پکینگها امکان پذیر نمی

باشد )زیرا پکینگ نیازمند نشتی است(.مکانیکال سیل آب بندی مدرن است که ضمن داشتن نشتی بسیار ناچیز )چند

قطره در ساعت( عملکرد بسیار بهتری نسبت به پکینگ دارد

مزایای مکانیکال سیلهاصرفه جویی بسیار زیاد در نشت مواد گرانقیمت 1.جلوگیری از آلودگی محیط زیست در نشت مواد سمی2.)گازهای احتراقی(تناسب بسیار خوب در آب بندی مواد دارای خصوصیت انفجار 3.جلوگیری از سایش و خوردگی شافت و اسلیو آن4.آب بندکاهش حرارت ماده گذرنده در اثر کاهش اصطکاک سایشی 5.کاهش توان مصرفی ماشین سیاالتی در اثر کاهش اصطکاک6.از آسیب وارده به اجزاء الکتذوموتوره جلوگیری می شود.امکان فرار بخارهای ناشی از سیاالت خورنده محدود شده و 7.داشتن عمر بسیار باالتر از پکینگها در بهره برداری8.قابلیت اطمینان باال در آب بند مکانیکی9.

سیستمها نا توان هستند(امکان استفاده در سیستمهای با فشار منفی )پکینگها در این 10.

MATERIALSMATERIALS

اجزاءمکانیکال سیلهاهر مکانیکال سیل از چهار قسمت تشکیل یافته است

.A( آب بند اولیهPrimeryseal or seal face & seal)

.B(آب بند ثانویهSecondary Seal)

.C فنر اعمال نیرو(Loaded Unit (Spring Elrement))

.D انتقال دهنده گشتاور(Turque Transmision)

& Primeryseal or seal faceآب بند اولیه )seal)

این آب بند از دو صفحه بسیار صاف و سطح پرداخت شده تشکیل گردیده(Lapped Suface ) است. این عمل امکان نشت مواد درون ماشین را به

حداقل می رساند.این صفحه ها بر شافت عمود می باشند.

Staitionary)یکی از این صفحات ثابت بوده و بر روی پوسته نصب می شودface or Seat).

دومین صفحه متحرک بوده و بر روی شافت یا اسلیو نصب می (rotating face)شود

در اثر حرکت نسبی دو سطح و نیز وجود فشار هیدرواستاتیکی و هیدرودینامیکی ناشی از فشار سیال و نیروی فنر این دو از یکدیگر فاصله

گرفته و فیلم سیال میان آنها برقرار می شود. نوع سیستم روانکاری ایجاد شده از نوع سیستم روانکاری جزئی بوده و

میکرون می باشد.5ضخامت فیلم روغن در حدود در حالت استاتیکی نیروی فنر باعث چسبیدن دو سطح بر یکدگر شده و آب

بندی کامل برقرار می شود.مکانیسمهای هدایت حرارت ایجاد شده در فیلم روغن را می توان توسط

به بیرون از آب بند انتقال داد.

(secondary sealآب بند ثانویه )این آب بند از نشت سیال بین شافت و قطعات گردنده آب بند

جلوگیری می کند. می باشد.V Ring و یا O Ringاین آب بند عموما از نوع

امکان تعویض این آب بند وجود دارد.

ساختمان آب بندهای اصلی مکانیکی

آب بند نرمال نوع . 1اول

مکانیکال سیل ساده همراه با یک فنرباالنس نشده و مقاصد کاربردی عمومی

قیمت پایین اینچ ÷1طول آب بند

ساختمان آب بندهای اصلی مکانیکیآب بند نرمال نوع دوم2.

استفاده از چند فنر باالنس نشده

. آب بند نرمال نوع سوم3

stationary seatبصورت اُرینگ برای کار در شرائط سخت و مواد شیمیایی خورنده مناسب

استاز یک فنر با وضعیت باالنس شده

. آب بند نرمال نوع چهارم4

stationary seatبصورت اُرینگ برای کار در شرائط سخت و مواد شیمیایی خورنده مناسب استاز چند فنر با وضعیت باالنس شده

3 از 1امکان نشتی در مکانیکال سیلها

نشتی در مکانیکال سیل از سه منطقه امکان پذیر استالف: نشتی از فضای میان سطوح صیقلی

3 از 2امکان نشتی در مکانیکال سیلها

ب:فضای بین شافت و قسمت متحرک

3 از 3امکان نشتی در مکانیکال سیلها

ج:فضای بین پوسته و قسمت ثابت

Aبرای آب بندهای نوع تختی صفحه ای

SEAL FACES ARE TO BE FLAT TO ONE LIGHT BAND OF A HEILIUM ARC LAMP

REFLECTED THROUGH A QUARTZ REFERENCE OPTICAL FLAT

ONE LIGHT BAND = 0.0000116 INCHES OR 11.6 ONE MILLIONTHS OF AN INCH

صفحات 100تخت

psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

FOR A SEAL TO WORK…FACE LUBRICATION

BOUNDARY LAYER FILM OF LIQUID FILLS PORES AND IMPERFECTIONS. IT IS PROVIDED BY THE LIQUID IN THE STUFFING BOX.

DRY RUNNING OF A PUMP SEAL FOR ONLY A FEW SECONDS MAY DESTROY IT.

UNLESS IT IS DESIGNED THAT WAY!

روانکاری میکروسکوپی دیواره سطوح100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

100 psi

0 psi

افت فشار

100 psi

0 psi

25 psi

50 psi

Liquid

Liquid + Vapor

Vapor + Liquid

Vapor

سطوح آب بندی همگرا100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

سطوح آب بندی همگرا100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

سطوح آب بندی همگرا100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

سطوح آب بندی واگرا100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

سطوح آب بندی واگرا100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

سطوح آب بندی واگرا100 psi

0 psi

RotaryFace

Stationary

Face

Bal

ance

Lin

eUnbalanced Seal

Face

OD

Lin

eFa

ce O

D L

ine

Face

ID

Lin

e

آب بندی باالنس شده و باالنس نشده

از نظر مکانیکی منظور از باالنس شدن: باالنس بودن آببند نیست بلکه بالنس بودن هیدرولیکی مد نظر است.

اگر آب بند در داخل استافینگ باکس قرار گیرد و فشارهیدرولیکی تنها در یک طرف آب بند وارد شود در اینصورت

آب بند باالنس نشده است(بیشتر از.اگر فشار در استافینگ باکس زیاد باشد

100psi در اینصورت سیستم در شرائط روانکاری مرزی)قرار می گیرد و فرسایش تشدید می گردد.

در یک سیستم باالنس شده فشار هیدرولیکی به هر دوسمت آب بند در داخل استافینگ باکس وارد می شود.

مکانیکال سیل باالنس نشده

مکانیکال سیل باالنس شده

شده باالنس بند آب

Bal

ance

Lin

e

Face

OD

Lin

eFa

ce O

D L

ine

Face

ID

Lin

e

A non-balanced seal has faces locatedoutside the “Balance Diameter” of theseal. Stuffing box pressure is appliedto the faces virtually evenly.

Face

OD

Lin

eFa

ce I

D L

ine

Bal

ance

Lin

eUnbalanced

SealFace Areas

Green+Red=Pressure AreaGreen+Purple=Face Contact Area

Face

OD

Lin

eFa

ce O

D L

ine

Face

ID

Lin

e

Bal

ance

Lin

eThe faces of a balanced seal are located so thata portion of the face contact occurs inside the balance diameter resulting in reduced closingforce due to stuffing box pressure.

Face

OD

Lin

eFa

ce I

D L

ineBalance Line

Green+Red=Pressure AreaRed+Purple=Balanced Area

Most metal bellows seals are balanced.

Face

OD

Lin

eFa

ce O

D L

ine

Face

ID

Lin

e

Bal

ance

Lin

e

CARTRIDGE SEAL INSTALLATIONCHECK PUMP SHAFT FOR BURRSCHECK GLAND BOSS FOR NICKSLUBRICATE SECONDARY SEALSSLIDE SEAL ONTO PUMP SHAFTASSEMBLE PUMP COMPONENTSSET IMPELLER CLEARANCEBOLT UP SEAL GLANDTIGHTEN SET SCREWS AND PULL

TABS

CARTRIDGE SEAL INSTALLATIONBURRS ON THE PUMP SHAFT COULD CUT

SHAFT/SLEEVE O-RINGS WHEN INSTALLING THE SEAL RESULTING IN LEAKAGE

NICKS OR ANY OTHER IRREGULARITY ON THE GLAND BOSS COULD RESULT IN IMPROPER SEALING OF THE GLAND GASKET/O-RING

CHECKING SHAFT AND GLAND BOSS FOR BURRS, NICKS OR OTHER

IRREGULARITY

CARTRIDGE SEAL INSTALLATIONLUBRICATE O-RINGS/GASKETS SO THAT

THEY DON’T HANG UP, TEAR OR “ROLL OUT” WHEN SLIDING THE SEAL ONTO THE PUMP SHAFT

LUBRICATING THE GLAND O-RING WILL PREVENT IT FROM FALLING OUT OF THE O-RING GROOVE BEFORE BOLTING UP THE GLAND

CARTRIDGE SEAL INSTALLATIONGENTLY SLIDE THE SEAL ASSEMBLY

ONTO THE PUMP SHAFT UNTIL THE SHAFT/SLEEVE O-RING IS RESISTING

APPLY EVEN PRESSURE TO THE END OF THE SEAL SLEEVE UNTIL THE SHAFT/SLEEVE O-RING SLIDES ONTO THE PUMP SHAFT

ASSEMBLE THE REMAINING PUMP COMPONENTS TAKING CARE NOT TO IMPACT THE SEAL ASSEMBLY

CARTRIDGE SEAL INSTALLATION

ONCE ALL PUMP COMPONENTS ARE ASSEMBLED, SET IMPELLER CLEARANCE. DO NOT SET IMPELLER CLEARANCE AFTER THE SEAL HAS BEEN BOLTED UP AND SET

CHECK GLAND ORIENTATION REQUIREMENTS AND BOLT UP THE GLAND ACCORDINGLY

CARTRIDGE SEAL INSTALLATIONTIGHTEN ONE SET SCREW UNTIL IT

TOUCHES THE PUMP SHAFT LIGHTLYMOVE TO THE OPPOSITE SET SCREW AND

TIGHTEN IT FULLYFULLY TIGHTEN ALL SET SCREWSREMOVE SET TABSIF THE PUMP IS TO BE STORED WITH A

SEAL INSTALLED, DO NOT TIGHTEN SET SCREWS OR REMOVE SET TABS

STORING ASSEMBLED PUMPIF THE PUMP IS TO BE PLACED IN

STORES WITH A CARTRIDGE SEAL PRE-INSTALLED, DO NOT TIGHTEN GLAND BOLTS OR SET SCREWS

LEAVE GLAND BOLTS HAND TIGHT AND DO NOT REMOVE SET TABSIf gland orientation does not match up with

piping configuration in the “Unit”, the seal can be rotated without disturbing seal faces

علل نشتي مكانيكال سيل ها:مسائل و مشكالت مكانيكي

((BENT SHAT. خميدگي محور1-خرابي بيرينگها يا زياد بودن كليرنس آنها2-ناهم محوري 3

-تنشهاي سيستم لوله كشي 4-نا باالنسي روتور5-تغيير شكل محور6-خرابي آب بندهاي ثانويه يا اورينگها7-لرزش و ارتعاش زياد8-حركت محوري زيادشافت9

-تغير شكل سطوح آبندي10

حرارت زياد ناشي از:)زياد بودن نيروي فنر)اشتباه بودن جهت فنر يا نامناسب بودن جنس فنرزياد بودن ضريب اصطكاك به دليل نامناسب بودن آرايش سطوح آبنديكاويتاسيونDRY RUNNINGناشي از عدم هواگيري پمپ يا استافين باكس نامناسب بودن پهناي سطوح آب بنديباال بودن درجه حرارت مايع پمپ شوندهگرفتگي مسيرهاي سيل فلش يا عملكرد نامناسب كولر سيل فلشقطع شدن سيل فلش يا نامناسب بودن ويسكوزيته تبخير مايع بين سطوح آبندي قطع بودن سيستمSTEAM QUENCH باال بودن بيش از حد يا كم بودن بيش از حد فشار محفظه آبندي مسدود بودن يا عمل كرد نامناسب سيستمJACKET COOLING زياد بودن نيروي فشاري روي سطوح آبنديعكس بودن جهت فنر در سيل هاي تك فنريورود مايع گرم داخل پمپ به محفظه آبندي به دليل زياد بودن كلرنس بوش استافين باكس استفاده از سيل باالنس نشدهتغيير سطوح پهناي آبندي يا تغيير قطر آنها

مشكالت مكانيكي خود آب بنديا سيل:ناصاف بودن سطوح آبندي و وجود خش و خط روي آنهابريدگي اورينگ ها و آسيب ديدن آنها ناصاف بودن محل قرار گيري اورينگ ها باال خص اورينگ ديناميكي روي

سيليو نامناسب بودن نوع اورينگ كه باعث افزايش يا كاهش ميزان فشردگي

ميشودمناسب نبودن طول موثر مكانيكال سيل و نصب غلط آننامناسب بودن فنر از لحاظ نيروي فنري يا جهت چرخش فنرخستگي فنر يا بلوز)نامناسب بودن جنس اورينگ ها براي مايع پمپ شونده)تاثيرات شيميايياشتباه در جمع كردن قطعات مكانيكال سيلچرخيدن قطعات ثابت ناشي از نداشتن پينمناسب نبودن مكانيكال سيل براي شرايط عملياتي)ناصاف بودن سطح سيل پليت)محل قرار گيري مترينگنامناسب بودن تولرانسهاي نصبجام شدن در اثر رسوبات مواد جامدجام شدن بلوز روي شافتخورده شدن شيميايي به دليل مناسب نبودن قطعات آن با شرايط عملياتي

فالشینگ در مکانیکال سیلهافالشینگ عبارتست از انتقال سیال به محفظه مکانیکال سیل جهت خنک کاری آن است.

فالشینگ به شش روش صورت می پذ�یرد.)خط� ب�ازگشت تخلیه(:Discharge Recirculation Lineالف:

در این روش یک الین بمنظور شستشو و خنک کاری مکانیکال سیل گرفته شده و سیال پس از خنک کاری یا به دهانه ساکشن منتقل شد�ه و یا به سوراخهای متعادل کننده فرستاده

می شود.

Discharge Recirculation مزیت روشLine

امتیاز این روش در آن است که فشار دیس شارژ و فشار سیال فالشینگ با بکدیگر برابر می شوند�.در نتیجه فشار مکانیکال سیل

زیاد شده و از تبخیر سیال میان سطوح جلوگیری می شود.از این روش تنها در صورتی استفاده می شود که در سیال مواد جامد� وجود نداشته باشد� در اینصورت استفاده از یک سیکلون جهت جدا

سازی مواد جامد توصیه می شود

)خط بازگشت مکش(:Suction Recirculation Lineب: این روش برای پمپهای عمودی مورد استفاده قرار می گیرد در اینصورت

فشار محفظه آب بندی فشار دیس شارژ می باشد.

)منبع خارجی مورد نیاز برای تمیز Clean Required Outside Sourceج: کاری(:

این روش برای سیاالتی که حاوی مواد جامد زیادی هستند مناسب است.سیال فالشینگ می تواند آب تمیز ، یکی از مشتقات محصول پمپ شونده ،

سیالی سازگار با سیال پمپ شوند و یا یک حالل باشد.

)سیال مانع یا بافر(:Barrier or Buffer Fluidد: در پمپهای مورد استفاده برای پمپاژ سیاالت سمی جهت جلوگ�یری از نشتی در مکانیکال سیل از یک خط ثانویه و مکانیکال سیل دوگانه استفاد ه می شود.

از فشار سیال پمپ شونده بیشتر از فشار مکانیکال سیل باشد به آن Barrier و اگر کمتر باشد به آن Bufferگ�ویند

)ژاکتینگ(:Jacketingح: در پمپهای مورد استفاده برای پمپاژ سیاالت با دمای باال از این روش استفاده

می شود. در این روش از یک جالت و سیال فاقد توانایی رسوبگذاری استفاده می شود و حرارت مکانیکال سیل به روش هم رفتی گرفته می

شود.

)کوئنچینگ(:Quenchingو:برخی از مواد در دمای محیط بسرعت کریستالیزه شده و مانع حرکت شافت و آسیب به مکانیکال سیل می شوند.سیاالتی که در دمای محیط منجمد می

شوند از این روش استفاده می کنند.

از 1عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

فرسایش یکنواخت کربن در آب بند مکا�نیکی کربنیاین فرسایش سبب از بین رفتن خاص�یت روانکاری و افزایش

دمای آب بند می شود.

از 2عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

فرسایش رینگ کربنی از جلوی دهانه ورودی شستشودلیل: وچود ذرات معلق در واده شستشو و یا سرعت جریان باال

از 3عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

شکس�ت رینگ استاتیکی در محل پین تثبیت کنندهدالیل: باند بودن پین نسبت به عمق سوراخ ، وارد شدن

فشار بیش از حد توانا�یی دیواره ، راه اندازی بدون کوئنچ

از 4عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

بروز خرابی در نشیمنگاه با پختن رسوب و دمای باالدلیل: نا رسایی در جریان کوئنچ

از 5عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

فرسایش غیر یکنواخت کربن در آب بند مکانیکی کربنیدلیل: نا هم محوری شافت و آب بند و باالنس نبود�ن دینامیک

آنها

از 6عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

دمای باال و شکست� نا�گهانی رینگ ثابت� دلیل: دوران پمپ� بدون مایع و یا از بین رفتن فیلم روغن در

اثر تبخیر و فرسایش صفحات

از 7عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

مشاهده رنگ آبی و براده کربنی در اثر خشک شدندلیل: خرابی آب بند در اثر بار باال و دمای باالی مایع و دوران

پمپ� در دور با�ال

از 8عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

فرسایش پینها�ی تثبیت کننده در محل اتصا�ل در اثر حرکت� محوری پینها

دلیل: وجود نا هم محوری و بروز وایبرشن

13از 9عیوب عمومی مکانیکال

ترکهای حرارتی شعا�عی در دیواره سطح سختدلیل: از بین رفتن فیلم روانکاری در اثر فش�ار با�الی واردخ

در اثر تنظیم ناد�رست نیروی فنر و فشار سیال

از 10عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

فرسایش شدید در زبانه های درایودلیل: ضعف� هم راستایی

از 11عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

تاول زد�گی : کنده شدن ما�ده از سطح در اثر جوشش گا�زدلیل: تغییر ناگها�نی در دمای سیال و تبخیر مایع درون رینگ

کربنی

از 12عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

بروز ترکهای شعاعی در سطوح سخت�دلیل:راه اندازی خش�ک و یا تبخیر فیلم روانکاری و یا فشرد�ه

شدن بیش از اندازه فنر و آسیبها�ی مکانیکی

از 13عیوب عمومی مکانیکال سیلها13

خط افتاد�گی بر روی اسلیودلیل: ضعیف� بودن پمپ ، آسیب شدید بیرینگها ، ارتعا�ش

شدید پمپ یا� ض�عق الحاقی ها