در این مقاله می خواهیم راجع به سیل مکانیکی متعادل و سیل مکانیکی نامتعادل با یکدیگر صحبت کنیم و ببینیم تفاوت آنها در چیست. همانطور که میدانید، مکانیکال سیل ها نقش مهمی در صنایع شیمیایی ایفا می کنند زیرا از نشت محصول و انتشار سیال سمی در طول میکسر جلوگیری می کنند. آنها به طور گسترده در زمینه های مختلف آب بندی از جمله میادین پتروشیمی همراه با صنایع وابسته خود استفاده می شوند. سیل مکانیکی معمولاً برای فشارهای تا 1000 psi استفاده می شود.

انواع مختلف مکانیکال سیل چیست؟

 

انواع مختلفی از سیل مکانیکی وجود دارد. برخی از رایج ترین انواع آن عبارتند از

1. سیل های مکانیکی متعادل (Balanced seals)
2. سیل های مکانیکی نامتعادل (Unbalanced seals)
3. سیل های مکانیکی فشار دهنده (Pusher seals)
4. سیل های مکانیکی غیر فشار دهنده (Non-pusher seals)
5. سیل های مکانیکی معمولی (Conventional seals)
6. سیل های مکانیکی کارتریجی  (Cartridge seals)

در اینجا ابتدا میخواهیم از اصل نسبت تعادل در سیل مکانیکی صحبت کنیم و پس از مشخص شدن شباهت ها و تفاوت ها، راجع به سیل های مکانیکی متعادل و نامتعادل صحبت کنیم.

بررسی نسبت تعادل در سیل مکانیکی:

 

سازنده سیل مکانیکی باید سطوح آب بندی و نسبت تعادل آب بندی را طوری طراحی کند تا گرمای تولید شده از سطح آب بند را مطابق با طول عمر بهینه خود  به حداقل برساند.

طبق استاندارد API 682، نسبت تعادل در سیل مکانیکی به شرح زیر محاسبه می شود:

برای آب بندی هایی که در قطر خارجی تحت فشار قرار می گیرند، نسبت تعادل آب بندی که با علامت B نشان میدهیم، با معادله ساده شده زیر تعریف می شود:

B= (Do2 – Db2) / (Do2 – Di2)

جایی که

DO قطر خارجی صورت سیل مکانیکی است.

DI قطر داخلی سیل مکانیکی است.

DB قطر تعادل آب بندی در سیل مکانیکی است.

برای آب بندی های تحت فشار در قطر داخلی، نسبت تعادل آب بندی با معادله تعریف می شود:

B= (Db2 – Di2) / (Do2 – Di2)

جایی که

DO قطر خارجی صورت سیل مکانیکی است.

DI قطر داخلی سیل مکانیکی است.

DB قطر تعادل سیل مکانیکی است.

برای سیل مکانیکی متعادل، نسبت تعادل همیشه برابر با 1 است.

سیل مکانیکی نامتعادل چیست؟

تقریباً تمام سیل های مکانیکی در نسخه های نامتعادل یا متعادل موجود هستند. اصطلاح “نامتعادل” زمانی استفاده می شود که فشار جعبه پرکننده (Stuffing box pressure) ضربدر ناحیه ای (وجهی)  که در معرض سیال پمپ شده قرار می گیرد که برای بستن سطوح آب بند عمل می کند، بیشتر از فشار متوسط بین وجه های آب بندی باشد.

آب‌بندی‌های نامتعادل معمولاً زمانی که در معرض لرزش، ناهماهنگی و کاویتاسیون قرار می‌گیرند، پایدارتر از آب‌بندی‌های متعادل هستند. نقطه ضعف آنها محدودیت نسبتا کم فشار آنها است. اگر نیروی بسته شدن اعمال شده بر روی سطوح آب بند بیش از حد فشار باشد، قسمت روان کننده بین وجه ها فشرده می شود و سیل مکانیکی با کار کردن بصورت خشک در استفاده مداوم از کار می افتد.

سیل مکانیکی متعادل چیست؟

 

آب بند متعادل یک پیکربندی مکانیکی آب بند است که در آن نیروهای بسته شدن سیال بر روی دو وجه  آب بند از طریق طراحی سیل مکانیکی اصلاح شده است. تعادل آب بندی یا نسبت تعادل یک آب بند مکانیکی، به سادگی نسبت دو ناحیه هندسی است. به این نواحی ناحیه بسته شدن (Ac) و ناحیه باز (Ao) می گویند.

سیل مکانیکی متعادل دارای وجه باز (صورت) مشابه با سیل مکانیکی نامتعادل است، اما ناحیه بسته شدن در وجه صورت کاهش یافته است. از آنجایی که نیرو برابر با مساحت بار فشار است، کاهش ناحیه بسته شدن، نیروی بسته شدن را کاهش می دهد. در نتیجه گرمای کمتری تولید می شود و عموماً آب بندی عمر طولانی تری دارد.

به عنوان مثال، اگر فشار جعبه پرکن 300 psig (20.6 بارگ) بود، نیروی بسته شدن خالص به طور قابل توجهی به 90 psig (6.2 بارگ) کاهش می یابد.

برای ساده‌تر شدن توضیح، تعادل آب‌بند مکانیکی شامل یک تغییر طراحی کوچک است که نیروهای هیدرولیکی را که برای بستن وجه‌های آب‌بندی عمل می‌کنند، کاهش می‌دهد. آب بندی های متعادل دارای محدودیت فشار بالاتر، بارگذاری سطح آب بندی کمتر و تولید گرمای کمتری هستند. سیل های مکانیکی متعادل بهتر می توانند مایعات با روانکاری کم و فشار بخار بالا از جمله هیدروکربن های سبک را مدیریت کنند.

از آنجایی که طرح‌های سیل مکانیکی از سازنده‌ای به سازنده دیگر و از برنامه‌ای به کاربرد دیگر متفاوت است، نمی‌توان روی پیکربندی‌ها یا موادی که همه خدمات قابل تصور را پوشش می‌دهند، یک استاندارد تعریف کرد. طرح‌های اولیه سیل مکانیکی موجود اغلب دارای تغییراتی هستند که برای پاسخگویی به برنامه‌های خاص توسعه یافته‌اند. هر طرح سیل مکانیکی نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارد.

تفاوت بین سیل مکانیکی متعادل و نامتعادل:

 

ردیف	شرح	سیل مکانیکی نامتعادل	سیل مکانیکی متعادل
1.	گرمای تولید شده	گرمای بیشتری در سرتاسر سطح سیل مکانیکی تولید می شود.	در مقایسه با سیل مکانیکی نامتعادل، گرمای کمتری در سرتاسر سطح سیل مکانیکی ایجاد می شود
2.	نسبت تعادل	بزرگتر از 1	کمتر یا مساوی 1
3.	عمر سیل مکانیکی	عمر سیل مکانیکی کمتر است	عمر سیل مکانیکی بیشتر است
4.	فشار جعبه پرکننده	در پمپی با فشار کم جعبه پرکننده نصب می شود	نصب در تمامی محدوده های فشار
5.	لرزش و ناهماهنگی	پایدارترین در برابر لرزش و ناهماهنگی	برای لرزش و ناهماهنگی پایداری کمتری دارد
6.	کنترل مایعات	این نوع سیل مکانیکی برای مایعات با روانکاری بسیار خوب استفاده می شود	این نوع آب بندی برای مایعات با روانکاری ضعیف و فشار بخار بالا مانند هیدروکربن های سبک استفاده می شود
7.	نیروهای فشارآورنده بر سطح سیل	(لود بالا) بارگذاری بالا	(لود کم) بارگذاری کم

نتیجه گیری:

امروزه بیشتر سازندگان سیل مکانیکی فقط از سیل مکانیکی متعادل استفاده می کنند. در برخی از سیل مکانیکی های مکانیکی خاص (یعنی سیل مکانیکی های مهندسی شده) با سیل مکانیکی نامتعادل طراحی می شوند.  سیل های مکانیکی متعادل عموما نسبت به سیل های مکانیکی نامتعادل ترجیح داده می شوند. تعادل آب بندی بسته به شرایط عملیاتی می تواند از 0.65 تا 1.35 متغیر باشد.