Đệm Kín Cơ Khí Cân Bằng và Không Cân Bằng: Ranh Giới 1,5 MPa và Cách Làm Việc Với Hệ Số Tải B

Việc chọn cân bằng hay không cân bằng là bài toán cân bằng lực: áp suất môi chất đẩy các mặt đệm lại gần nhau trong khi màng phim và lò xo cố gắng giữ chúng tách ra, và áp suất mặt là kết quả của sự kéo co đó. Ở áp suất thấp, để áp suất môi chất tác động toàn phần lên mặt đệm là ổn; ở áp suất cao thì phải giảm bớt — đó là "cân bằng". Bài viết này đưa ra ngưỡng phân chia và cách tính toán.

1. Tại sao khoảng 1,5 MPa

Trong thiết kế không cân bằng, áp suất môi chất gần như tác động hoàn toàn theo hướng đóng, nên áp suất mặt tăng tuyến tính theo áp suất môi chất. Với các cặp graphite đối silicon carbide phổ biến, khi áp suất mặt vượt khoảng 1,5 MPa, nhiệt ma sát và tốc độ mài mòn tăng mạnh và tuổi thọ vòng graphite giảm đáng kể.

Thiết kế cân bằng giảm diện tích đóng chịu áp suất (trục hoặc ống bước), làm giảm hệ số tải B từ gần 1 xuống 0,6-0,8; áp suất mặt tăng chậm hơn và tuổi thọ được duy trì ở áp suất cao.

Lưu ý: 1,5 MPa là con số kinh nghiệm cho môi chất giống nước, khả năng bôi trơn kém ở tốc độ bình thường. Với khả năng bôi trơn kém hơn (hydrocarbon, nước nóng) hoặc tốc độ cao, ngưỡng này giảm — một số ứng dụng cần cân bằng dưới 1,0 MPa; ngược lại môi chất bôi trơn tốt và tốc độ thấp thì ngưỡng được nới lỏng.

2. Hệ số tải B và áp suất mặt

2.1 Hệ số tải B

B là tỷ lệ diện tích tác dụng hiệu quả của áp suất môi chất trên diện tích danh nghĩa của mặt đệm:

• Không cân bằng: B gần 1 — toàn bộ áp suất môi chất tham gia đóng
• Cân bằng: B = 0,6-0,8 là phổ biến, xác định bởi kích thước bước
• B quá nhỏ (dưới khoảng 0,6): lực đóng không đủ; màng phim có thể đẩy mặt đệm mở ra và nguy cơ rò rỉ tăng

2.2 Tính áp suất mặt

Áp suất mặt ≈ áp suất lò xo + B × (áp suất môi chất - áp suất buồng đệm). Các bước kiểm tra:

1.Lấy áp suất lò xo (thường khoảng 0,1-0,3 MPa, tùy loại đệm)

2.Thay áp suất môi chất và B để tính áp suất mặt

3.So sánh với phạm vi chịu tải và áp suất cho phép của cặp vật liệu; điều chỉnh B nếu cần

4.Nhân với vận tốc trung bình mặt đệm để tính PV, kiểm tra với PV cho phép

2.3 Kiểm tra giá trị PV

PV = áp suất mặt × vận tốc trung bình mặt đệm. Với hệ số ma sát khô 0,04-0,15 và độ dẫn nhiệt 70-150 W/(m·K), than chì carbon chịu được PV lớn với làm mát tốt, nhưng mỗi cặp vật liệu có giới hạn cho phép: vượt quá giới hạn này nhiệt ma sát không thoát kịp, mặt đệm vượt điểm bay hơi của môi chất, đệm kín chạy khô và hỏng.

3. Những sai lầm phổ biến

1.Chỉ xem áp suất đầu ra bơm: với các phương án làm mát (ví dụ API 682) áp suất buồng đệm khác áp suất đầu ra; dùng sai áp suất sẽ chọn sai loại đệm

2.Giả định B thấp luôn giảm mài mòn: B quá thấp làm mặt đệm mở ra, rò rỉ khó khắc phục hơn mài mòn

3.Đơn giản cộng thêm lực lò xo ở áp suất cao: áp suất lò xo là thành phần nhỏ — không thể cứu mặt đệm áp suất cao; cách đúng là giảm B

4.Bỏ qua chế độ khởi động-dừng: áp suất và tốc độ biến động mạnh nhất khi khởi động và dừng, nên ứng dụng áp suất cao gián đoạn cần thiết kế thận trọng

4. Tóm tắt

Thứ tự lựa chọn: xác định áp suất buồng đệm thực tế trước, sau đó chọn cân bằng hay không cân bằng (khoảng 1,5 MPa cho môi chất giống nước), rồi kiểm tra B, áp suất mặt và PV. Huahao Sealing được thành lập năm 2006 tại Lu'an, Anhui, cung cấp vòng than chì carbon cho cả đệm kín cân bằng và không cân bằng với tùy chỉnh theo bản vẽ và kiểm soát chất lượng toàn quy trình. Khi chưa chắc chắn, cung cấp cho nhà sản xuất thông tin môi chất, áp suất, tốc độ và đường kính trục để được đánh giá áp suất mặt và PV trước khi đặt hàng.