تجهیزات دوار در بسیاری از کاربردهای صنعتی، نیمه صنعتی، کشاورزی و خانگی استفاده می‌شوند. یکی از این تجهیزات، پمپ است. پمپ برای پمپاژ سیالات استفاده می‌شود و از اجزای دوار و ثابت تشکیل شده است. مشکل نشتی سیال در پمپ بین اجزا و قطعات ثابت و متحرک اتفاق می‌افتد و برای رفع چنین مشکلی از انواع سیستم آب بندی پمپ استفاده می‌شود. یکی از این انواع، قطعه‌ای به نام مکانیکال سیل یا سیل مکانیکی است و دیگری آب بند پمپ از نوع پکینگ است که در مقاله‌ای دیگر به آن پرداخته شده است. نوع مکانیکال سیل کارآمدتر و موثرتر است و می‌تواند نشتی احتمالی از پمپ را به کمترین میزان ممکن برساند. سیل مکانیکی به دلیل دقت بالایی که در جلوگیری از نشتی در تجهیزات دوار دارد، در مواردی که سیال فرآیند از نوع خورنده خطرناک، سمی و اسیدی است، کاربرد بیشتری دارد. در ادامه قصد داریم به اجزا تشکیل‌دهنده سیل مکانیکی، اصول و مبانی کارکرد آن، انواع، مزایا و معایب و در انتها به پارامترهای انتخاب آن بپردازیم تا افرادی که قصد خرید مکانیکال سیل را دارند، بهترین انتخاب را داشته باشند.در پادکست زیر نیز می‌توانید با مکانیکال سیل آشنا شوید.
مکانیکال سیل یا سیل مکانیکی چیست؟
مکانیکال سیل یا سیل مکانیکی، از جمله آب‌بندهای پمپ است که جهت جلوگیری از نشتی سیال در انواع پمپ مورد استفاده قرار می‌گیرد. مکانیکال سیل وظیفه مهمی را در پمپ ایفا می‌کند مخصوصا در زمان‌هایی که سیال فرآیند از نوع سمی، اسیدی و خورنده است و نشتی آن به بیرون می‌تواند صدمات و زیان‌های بدی برای محیط ایجاد کند. این قطعه مهم از اجزایی تشکیل شده است که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.
طول عمر مکانیکال سیل
مکانیکال سیل، آب بندی می‌باشد که معمولا دوام و طول عمر بالایی دارد؛ طول عمر سیل مکانیکی به عوامل زیادی بستگی دارد. انتخاب درست مکانیکال سیل متناسب با شرایط عملکردی، نصب صحیح و همچنین بازرسی‌های دوره‌ای از عواملی می‌باشند که در عمر سیل مکانیکی و مدت زمان تعویض آن موثر می‌باشد.
از آنجایی که سیل مکانیکی دارای قطعات و سطوح ظریفی می‌باشد یکی از علل اصلی خرابی پمپ‌ها به همین نوع آب‌بند مربوط می‌شود، به همین دلیل و همچنین کاربرد فراوان مکانیکال سیل در تجهیزات دوار و به طور خاص در پمپ‌ها، این امر مستلزم درک بهتر از این نوع آب بند می‌باشد.
اجزا تشکیل دهنده مکانیکال سیل
- قسمت ثابت: سطحی صاف و صیقلی می‌باشد که در داخل پوسته پمپ نصب می‌شود.
- قسمت متحرک: سطحی صاف و صیقلی می‌باشد که روی محور یا شفت پمپ قرار می‌گیرد.
- فنر: معمولا از جنس فولاد ضد زنگ می‌باشد و توسط آن سطوح ثابت و متحرک به یکدیگر متصل می‌شوند تا فرآیند آب بندی به خوبی صورت گیرد.
- حلقه الاستومری (اورینگ)
اصول و مبانی کارکرد سیل مکانیکی
قسمت ثابت (سطح ثابت) مکانیکال سیل در داخل پوسته و به آن متصل می‌شود و قسمت متحرک (سطح متحرک) روی محور یا شفت پمپ سوار می‌شود. عملکرد این اجزا به نحوی است که یک فضای آب بندی را در پمپ ایجاد می‌کنند که از نشت و خروج سیال داخل محفظه پمپ جلوگیری می‌کند.
مطابق با شکل در سمت چپ سیال تحت فشار قرار دارد و در سمت راست و فضای بیرون پمپ فشار آتمسفر است. در بین قسمت ثابت و قسمت متحرک مکانیکال سیل، یک فیلم سیال محبوس شده و با چرخش قسمت متحرک مکانیکال سیل این فیلم سیال بخار شده و این بخار خود فضای آب بندی ایجاد می‌کند. ذکر این نکته خالی از لطف نیست که زمانی‌که پمپ خاموش است نیز چون پمپ فشاری ایجاد نمی‌کند بنابراین نشتی نیز وجود نخواهد داشت. اورینگ‌ها نیز آب بندی در پمپ ایجاد می‌کنند. بواسطه اورینگ‌هایی که قسمت متحرک را روی شفت و قسمت ثابت را روی پوسته سوار می‌کند، فضای بین قسمت متحرک و شفت و همچنین قسمت ثابت و پوسته آب بند می‌گردند.
انواع سیل مکانیکی
سیل‌های مکانیکی دسته‌بندی‌های مختلفی دارند که بطور کلی می‌توان آنها را به انواع زیر تقسیم کرد:
- مکانیکال سیل فشاری
- مکانیکال سیل غیر فشاری
- مکانیکال سیل متعادل
- مکانیکال سیل نامتعادل
- مکانیکال سیل کارتریج
مکانیکال سیل فشاری
سیل مکانیکی فشاری از یک یا چند فنر و همچنین یک سیل ثانویه تشکیل شده است، سیل ثانویه بصورت محوری در امتداد شفت یا بوش شفت حرکت می‌کند تا فشار روی سطوح را حفظ کند. این آب بندی اجازه می‌دهد تا سایش و هرگونه ناترازی شفت را جبران کند. مزیت سیل مکانیکی فشاری ارزان بودن آن است اما عیب اصلی آن وجود سیل ثانویه می‌باشد که روی شفت قرار می‌گیرد و زمانی که سیال ساینده در پمپ وجود دارد، امکان ساییدگی و خرابی آن وجود دارد.
مکانیکال سیل غیرفشاری
سیل مکانیکی غیر فشاری از یک واشر الاستومری یا دم فلزی برای حفظ نیروی بسته شدن روی شفت استفاده می‌کند. در این نوع سیل مکانیکی به دلیل نبود سیل ثانویه، مشکل ساییدگی و خرابی آن وجود ندارد و بنابراین برای سیالات ساینده مناسب می‌باشد. همچنین در کاربردهای با آلایندگی زیاد و دماهای بالا از این نوع مکانیکال سیل استفاده می‌شود. البته عیب این نوع آب بند در این است که در مواردی که سیال خورنده است باید از سیل‌های بزرگتر استفاده کرد.
مکانیکال سیل متعادل و نامتعادل
در سیل مکانیکی متعادل نیروهای اعمالی بر سطوح آن بصورت یکنواخت و متعادل وارد می‌شود. مزیت این نوع سیل مکانیکی اعمال فشار همسان بر سطوح ثابت و متحرک، روغن کاری یکنواخت سطوح آن و در نتیجه طول عمر بیشتر آن می‌باشد. مکانیکال سیل متعادل برای کاربردهای با فشار بالای Psig 250 مناسب هستند. سیل مکانیکی نامتعادل برای فشارهای پایین‌تر مناسب است و همچنین قیمت مناسب‌تری نسبت به نوع متعادل دارد.
مکانیکال سیل کارتریج
سیل مکانیکی کارتریجی بصورت پیش‌نصب طراحی و ساخته می‌شوند و تمام قطعات و متعلقات آن بر روی یک بوش قرار می‌گیرد و جهت نصب، کل مجموعه روی شفت قرار می‌گیرد به همین دلیل نصب مکانیکال سیل کارتریجی آسان و راحت تر می‌باشد. سیل مکانیکی کارتریجی مشکل عدم کارکرد درست و در پی آن طول عمر پایین به دلیل نصب ناصحیح بر روی شفت را ندارد. همچنین نوع کارتریجی در مقایسه با انواع دیگر گران قیمت‌تر بوده و هزینه تعمیر و نگهداری کمتری دارد.
مزایا مکانیکال سیل
- دوام و طول عمر بالا
- نشتی بسیار کم و قابل صرف نظر
- امکان نشتی‌گیری در کاربردهای سیالات خورنده، سمی و گران قیمت
- آب بندی جهت کاربردهای با فشارهای بالا
- عدم حساسیت نسبت به ارتعاش و حرکت غیربالانس شفت چرخان
معایب مکانیکال سیل
- نصب و راه‌اندازی سخت
- هزینه بالا
- تعمیر و تعویض دشوار
- داشتن قطعات داخلی زیاد و ظریف
پارامترهای انتخاب مکانیکال سیل
- سایز شفت: اندازه قطر شفت پمپ
- دور پمپ: مقدار rpm محور پمپ
- دما و فشار کاری پمپ: حداکثر دما و فشار عملکردی سیال قابل پمپاژ
- نوع فنر: تک فنر، چند فنر، فنر موجی، فنر مارپیچی
- نوع المان آب بندی: اورینگ، گسکت، کاپ الاستومری
- جنس سطوح آب بندی: فولاد ضد زنگ، کربن، تنگستن کارباید، سیلیکون کارباید، برنز، تفلون، پلاستیک، سرامیک، چدن خاکستری آستنیتی (Ni-resist)
جمع بندی
یکی از تجهیزات کاربردی و موثر که در انواع پمپ مورد استفاده قرار می‌گیرد، مکانیکال سیل است. این قطعه جزیی از ساختار پمپ‌ها مخصوصا پمپ سانتریفیوژ می‌باشد که برای جلوگیری از نشتی سیال از پمپ به بیرون و همچنین نشتی سیال از قسمت مکانیکی پمپ به قسمت موتور استفاده می‌شود. این سیل پمپ قابلیت به حداقل رساندن نشتی در پمپ را دارد و از این جهت بسیار کارآمد است. سیل مکانیکی دارای انواع مختلفی است که در این مقاله به آنها پرداخته شد. با توجه به پارامترهایی نظیر سایز شفت، دور موتور، دمای کاری سیال و... و تنوع مکانیکال سیل، انتخاب نوع آن انجام می‌شود که در این مقاله بطور خلاصه به آن پرداخته شد. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره سیستم‌های آب بندی پمپ و خرید پمپ می‌توانید با کارشناسان ما تماس گیرید.
مکانیکال سیل، آب بندی می باشد که معمولا دوام و طول عمر بالایی دارند؛ طول عمر سیل مکانیکی به عوامل زیادی بستگی دارد. انتخاب درست مکانیکال سیل متناسب با شرایط عملکردی، نصب صحیح مکانیکال سیل و همچنین بازرسی های دوره ای از عواملی می باشد که در عمر سیل مکانیکی و مدت زمان تعویض آن موثر می باشد.
اجزا تشکیل دهنده مکانیکال سیل
- قسمت ثابت: سطحی صاف و صیقلی می باشد که در داخل پوسته پمپ نصب می شود.
- قسمت متحرک: سطحی صاف و صیقلی می باشد که روی محور یا شفت پمپ قرار می گیرد.
- فنر: معمولا از جنس فولاد ضد زنگ می باشد و توسط آن سطوح ثابت و متحرک به یکدیگر متصل می شوند تا فرآیند آب بندی به خوبی صورت گیرد.
- حلقه الاستومری (اورینگ)