برای انتخاب بهتر در تعیین نوع مکانیکال سیل مناسب بایستی به نکات زیر توجه کرد

1. گروه بندی سیال آب بندی شونده در گروه مناسب
2. مشخص کردن مواد آب بند مناسب
3. به کار بردن کنترل های محیطی حساس در مواقع ضروری

1.  گروه بندی سیال آب بندی شونده

برای آب بندی مواد شیمیایی متنوعی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند، بایستی مواد شیمیایی موجود ، گروه بندی شده تا برای هر گروه بتوان از اجزای مناسبی در سیستم آب بندی استفاده کرد. هر سیالی را می توان به عنوان مایع یا گاز گروه بندی کرد و آنها را در هفت گروه آب بندی قرار داد. این هفت گروه عبارتند از:

1. سیالهایی که نسبت به تغییرات جزئی در درجه حرارت و فشار، حساس هستند.
۲. سیالهایی که نیاز به دو آب بند مکانیکی دارند.

٣. سیالهای غیر روغنی مانند گازها و جامدات.
۴. دوغابها
(در گروه جامد در مایع قرار گرفته و ممکن است دارای جامدات ساینده باشند.)
۵. مایعاتی که نسبت به تحرک حساس هستند.
6. مایعاتی که با یکدیگر واکنش می دهند و جامدات را به وجود می آورند.
۷. مایعات روغنی

حال این گروه ها را به صورت جزئی بررسی می کنیم تا از تاثیرات آنها بر روی عمر مکانیکال سیل آگاه شویم.

1-1. سیالهایی که نسبت به تغییرات جزئی در درجه حرارت و فشار حساس هستند

هر سیالی ممکن است نسبت به تغییرات کلی در درجه حرارت و فشار تحت تاثیر قرار گیرد اما بسیاری از سیالها نسبت به تغییرات جزئی در درجه حرارت و فشار، حساس هستند.
منظور از تغییر جزئی یک اتمسفر فشار ( یک بار یا psi۱۵) و درجه حرارت، ۱۰ درجه سانتیگراد (۱۸ درجه فارنهایت ) می باشد. این اعداد به این دلیل انتخاب شده اند که بهترین طرح های مکانیکال سیل می توانند این مقدار درجه حرارت را بین سطوح صیقلی شده تولید کنند. سیل مکانیکی می تواند افت فشار یک اتمسفری را در میان سطوح صیقلی شده داشته باشد.

• مایعات خورنده که نسبت به افزایش درجه حرارت حساس هستند. میزان قدرت زنگ زدگی خود را با افزایش درجه حرارت به میزان ۱۸ درجه فارنهایت ( ۱۰ سانتی گراد) دو برابر می کنند. همیشه درجه حرارت موجود در سطح آب بند ، گرمتر از درجه حرارتی است که در محفظه آب بند ثبت می شود. به یاد داشته باشید هر گونه تماس بین شفت چرخان و قطعه ثابت باعث ایجاد گرمای زیاد می شود و به عنوان خوردگی محلی در سیل مکانیکی تلقی می شود. رینگهای سایشی و دیسک های حلقوی عامل این نوع سائیدگی هستند.

• بیشتر مایعات در اثر گرما و یا کاهش بسیار زیاد فشار محفظه آب بند، بخار می شوند. در این میان محصول ایجاد شده با وزن مخصوص کم، مشکل موجود می باشد. اگر محصول بین سطوح آب بند صیقلی شده بخار شود باعث جدا شدن سطوح می شود همچنان که گازها با انبساط خود این کار را انجام می دهند. هنگام بخار آب گرم ، مقداری مواد شیمیایی حل شده در آب باقی ماند. بیشتر این مواد شیمیایی به صورت بلورهای سخت باقی می مانند که باعث آسیب سطوح صیقلی شده مکانیکال سیل می شوند.

• سیالهایی مانند بنزن و غیره با وزن مخصوص که به هنگام بخار منجمد می شوند و اگر هم بر روی سطح آب بند، روغن و یا نوعی روان کننده قرار گیرند این مواد نیز منجمد می شوند و باعث آسیب دیدن سطوح صیقلی شده سیل مکانیکی می شوند. رطوبت موجود در قسمت بیرونی مکانیکال سیل نیز ممکن است منجمد شده و باعث محدود شدن حرکت لغزشی و خمشی قطعات سیل مکانیکی شود.

• بعضی از این مایعات با افزایش درجه حرارت جامد شده و بعضی دیگر نیز با کاهش درجه حرارت جامد می شوند. حلالها با فشار کم بخار می شوند و مواد جامدی را از خود بر جای می گذارند. رنگ به عنوان محصول ایجاد شده مثال خوبی برای این مورد می باشد چرا که در این مورد، حلال در فشار اتمسفری یا در فشاری پایین تر از فشار اتمسفری بخار می شود. در بیشتر موارد با مراجعه به جدول فشار بخار می توان اطلاعاتی در مورد زمان تبخیر شدن حلال یا حامل، به دست آورد.

• خاصیت چسبندگی محصولات چسبناک، با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد و با کاهش درجه حرارت افزایش می یابد. از میان سیالها روغن مثال خوبی برای این مورد می باشد. چسبندگی زیاد می تواند بر حرکت سطح متحرک سیل مکانیکی تاثیر بگذارد و باعث جدا شدن سطوح آب بند شود و پایین آوردن خاصیت چسبندگی باعث افزایش سائیدگی سطح آب بند می شود زیرا ضخامت فیلم به قدر کافی نمی باشد تا سطوح را جدا از یکدیگر نگه دارد. در این صورت نیاز به فیلمی است که ضخامت آن حداقل یک میکرون ( ۰/۰۰۰۰۳۹اینچ ) باشد تا بتواند سطوح مکانیکال سیل صیقلی شده را جدا از هم نگه دارد.

مایعاتی که باعث ساخته شدن فیلم می شوند عبارتند از :

1. محصولات نفتی در اثر گرمای اولیه، باعث تشکیل نوعی رنگ روغن می شوند و سپس با افزایش درجه حرارت لایه ای از زغال کک را می سازند. این تغییرات قابل برگشت نیستند و محصول ایجاد شده که فیلم سخت می باشد باعث محدود شدن حرکت لغزشی و خمشی قطعات سیل مکانیکی می شود.

2. آب سخت نمونه دیگری از سیالهایی است که باعث ساخته شدن فیلم می شود.

3. سیستمهای آب گرم باعث برداشته شدن ماگنتیت ( اکسید آهن ) از داخل لوله ها می شوند. رنگ این ماده سیاه یا قرمز می باشد و به وسیله آهن ربا نیز جذب می شود. این ماده ساینده بر روی قطعات مکانیکال سیل جمع شده و به ارینگ دینامیک آسیب می رساند. علاوه بر این حرکت سیل مکانیکی را محدود ساخته و باعث باز شدن سطوح صیقلی شده می شود. مانگنتیت برای سیستمهای آب گرم جدید مشکل جدی می باشد. البته به مرور زمان که از عمر سیستم می گذرد و فیلم محافظ نیز تثبیت می شود، این مشکل نیز حل می شود.

• مایعاتی که به شکل بلور در می آیند (محلول نمک و شکر)، اگر بلورهای ایجاد شده بین سطوح قرار گیرند باعث آسیب دیدن کربن می شوند. اگر بلورهای ایجاد شده بر روی قطعات لغزشی و خمشی سیل مکانیکی باشد به محض حرکت شفت، سطوح آب بند باز خواهد شد. هر گونه نشت از میان سطوح آب بند باعث تشکیل مواد جامد در سمت دیگر سطوح مکانیکال سیل می شود، در نتیجه موجب تداخل حرکت سیل مکانیکی به هنگام ایجاد تعادل برای سایش سطح، می شود.

نامهای مواد شیمیایی زیاد مهم نیستند. اگر شما بدانید یکی از این مواد چگونه آب بندی می شوند در واقع می توانید همه مواد دیگر را آب بندی کنید. پس بهتر است مواد شیمیایی معین را در گروه صحیحی قرار دهید و بدانید مواد شیمیایی موجود در این گروه را چگونه آب بندی می کنند.
فشار یا درجه حرارت محصول ایجاد شده در درون محوطه آب بند باید کنترل شود تا از ایجاد مشکلاتی که در بالا ذکر شد جلوگیری کند. در بیشتر موارد باید از به کار بردن دو سطح سخت اجتناب شود، چون در میان این سطوح به دلیل اصطکاک زیاد، گرمای اضافی نیز تولید می شود. فقط مکانیکال سیل هایی که به صورت هیدرولیکی متوازن شده اند در هر درجه حرارت و فشاری برای سیال حساس، قابل قبول باشد،می باشد.

2-1.  مایعاتی که به دو سیل مکانیکی نیاز دارند

این سیل های مکانیکی با جریانی از سیال مانع یا بافر بین مکانیکال سیل نصب می شوند. در صورتی که فشار سیال بیشتر از فشار درون محفظه سیل مکانیکی باشد آن را سیال مانع و در صورت کمتر بودن فشار ، آن را سیال بافر می نامند. فشار سیال مانع یا بافر را می توان تنظیم کرد تا هر گونه اشکال در هر کدام از سیل های مکانیکی را نشان دهد و زمان کافی در اختیار پمپ باشد تا بتواند متوقف شود .

• محصولات با ارزش در این گروه قرار می گیرند. بعضی مواقع محصولات به قدری با ارزش هستند که کاربر نمی گذارد این مواد نشت کنند.
• محصولات خطرناکی که به مکانیکال سیل های جفتی نیاز دارند. این نوع سیالها در گروه ویژه ای قرار می گیرند چون کوچکترین مقدار نشت از این گروه قابل قبول نمی باشد، خطر این گروه ممکن است به گروههای دیگر نیز برسد مانند تشعشعات ، مسمومیت ، آتش سوزی ، انفجار، وجود میکروب و غیره

• آلاینده ها نیز در این گروه جای دارند. از نظر عمومی نیز نشت زیاد یا کم آلاینده ها اصلا خوشایند نمی باشد. در عصر حاضر هیچ شرکت مسئولی، اجازه نشت آلاینده ها را به هر دلیلی به هوا و زمین نمی دهد.

• هر گونه اشکال غیر منتظره در آب بند ناشی از مکانیکال سیل های جفتی نامناسب، باشد. در بسیاری از کارخانه ها زمان تلف شده ارزش زیادی دارد. دو عدد آب بند از پایان یافتن اشکال غیر منتظره آب بند جلوگیری می کنند.

3-1.  آب بندی مواد غیر روغنی

نکات مهم این دسته به شرح زیر می باشد.

• مایعات غیر روغنی مانند حلالها و آب گرم در این گروه جای دارند. سایش بسیار سریع سطح با این نوع سیالها تجربه شده است. در بیشتر موارد ضخامت فیلم کمتر از یک میکرون می باشد در نتیجه تحمل بار ایجاد شده بین سطوح لغزشی مکانیکال سیل را ندارد.

•گازهای خشک، که مشکلشان بیشتر از مایعات غیر روغنی می باشد. این گازها بر خلاف مایعات غیر روغنی به خوبی نمی توانند گرما را منتقل کنند و همچنین خطرناک نیز می باشند. اگر فراموش کنید که محفظه آب بند را بیرون از پمپ عمودی قرار دهید مشکل بالا مساله عادی می شود. مثال دیگری برای این کار مخلوط کننده ای است که ورودی آن از قسمت بالا می باشد.

•جامدات خشک، که عمده ترین مشکل می باشند. این نوع جامدات باعث متراکم شدن قطعات لغزشی سیل مکانیکی می شوند در نتیجه از روان شدن سطوح مکانیکال سیل جلوگیری می کنند. موقعی که سطوح باز هستند این نوع جامدات بین سطوح صیقلی شده نفوذ می کنند در نتیجه به سطوح صیقلی شده آسیب می رسانند. برای این گروه می توان به داروها، قهوه خشک بسته بندی شده مخلوط کیک اشاره کرد.

4-1.  دوغاب ها

یکی دیگر از مشکلات آب بندی، دوغابها، به ویژه دوغابهای ساینده می باشند. آنها نیز مانند جامدات خشک باعث متراکم شدن قطعات مکانیکال سیل شده و باعث آسیب دیدن سطوح می شوند. مواد این گروه بر روی قطعات لغزشی و خمشی سیل مکانیکی جمع شده و باعث باز شدن سطوح می شوند، سپس بین سطوح صیقلی شده نفوذ کرده و باعث آسیب سطح و نشت آن می شوند. در بسیاری از طرحهای مکانیکال سیل فنری یا آکاردئونیها ( فلزی یا الاستومری ) در مدت زمان کمتری به شدت سائیده می شوند. در این نوع طرحها مساله مهم این است که سیال با سیل مکانیکی بچرخد نه اینکه قطعه آکاردئونی مکانیکال سیل در درون دوغاب ساینده، بچرخد.

5-1.  مایعاتی که نسبت به حرکت حساس هستند

این مواد می توانند در داخل محفظه سیل مکانیکی پمپ، خاصیت چسبندگی کم یا زیاد داشته باشند.

• انبساط توام با حرکت باعث افزایش خاصیت چسبندگی این نوع مایعات می شود. بعضی از دوغابهای گِلی چنین مشکلی را دارند و در نتیجه بالا بودن خاصیت چسبندگی باعث محدود شدن حرکت آزاد مکانیکال سیل می شود.

• حرکت سیالهای ژلاتینی باعث کم شدن خاصیت چسبندگی این نوع مایعات می شوند. این نوع سیالها به ندرت باعث ایجاد مشکل برای سیل های مکانیکی می شوند، اما این نوع سیالها باعث افزایش ساییدگی سطح مکانیکال سیل می شوند.

•حرکت سیالهای پلاستیکی، باعث تغییر ناگهانی خاصیت چسبندگی این نوع مایعات می شود. سس ( سس گوجه فرنگی و قارچ ) مثال خوبی برای این نوع سیال می باشد.

• حرکت سیالهای نیوتنی باعث تغییر خاصیت چسبندگی این نوع مایعات نمی شوند. مگر اینکه این نوع سیالها در گروه دیگر قرار گیرند که در این صورت نیز برای سیل های مکانیکی هیچ نوع مشکلی را ایجاد نمی کنند.

6-1.  مایعاتی که با یکدیگر ترکیب می شوند و ماده جامد را به وجود می آورند.

ما به ندرت با این نوع مایعات در پمپها مشکل داریم چون که عمل ترکیب در بیرون از پمپ صورت می گیرد اما بعضی مواقع در مخلوط کننده ها مشکل به وجود می آید. به یاد داشته باشید که سیالهایی را که در غیاب هوا جامد می شوند (anerobic) در هیچ گروهی جای داده نشد.
( اولین محصولی که به ذهن می رسد چسب سوپر می باشد.)

•  Epoxy  ترکیبی از رزین و ماده سفت کننده می باشد.

• ترکیب چندین مایع با هم باعث تشکیل ماده پلاستیک Styrofoam می شود.

7-1.  مایعات روغنی

این نوع مایعات بهترین کاربرد را در سیل مکانیکی دارند در حالیکه ما استفاده از این نوع مایعات را به ندرت می بینیم، بیشتر مواقع ما محصول تکمیل نشده را آب بندی نمی کنیم تا در یک یا چندین گروه از گروههای ذکر شده قرار گیرد. در گذشته وقتی از پکینگ در پمپها استفاده شد اصلا به این گروه توجه نمی شد چون زمینه برای نشت کردن محصول بر روی زمین فراهم می شد یا اینکه مواد نشتی را با مایع تمیز شسته و بیشتر روی آب بندی جریان تمیز متمرکز می شدیم.

2- بررسی موضوعی روغن انتقال دهنده حرارت

امروزه نشت مواد زیاد قابل تحمل و پسندیده نیست و برای اینکه بتوانید کار آب بندی را به صورت موثرتری انجام دهید باید از گروههای شیمیایی ذکر شده آگاهی کافی داشته باشید. در بسیاری از این موارد این امکان نیز وجود دارد که سیال آب بندی شونده در چندین گروه ذکر شده قرار گیرد. به عنوان مثال هنگام استفاده از روغن انتقال دهنده حرارت این ماده در پنج گروه زیر جای می گیرد که عبارتند از:

♦ مواد گرم
این نوع روغن در درجه حرارت ۷۰۰-۶۰۰ درجه فارنهایت (C° ۳۱۵-۳۷۰) پمپ می شود و سیال برای الاستومرهای موجود بسیار گرم می باشد.

♦ مواد تشکیل دهنده فیلم
محصول ایجاد شده در این درجه حرارتها به زغال تبدیل می شود.

♦ مواد خطرناک
شما به چنین روغنی که دارای درجه حرارت بالا باشد و به بیرون نیز نشت کند، نیاز ندارید. این نوع روغن نه تنها خطر آتش سوزی دارد ، بلکه برای کاربر نیز خطرناک می باشد. اطلاعات اخیر نشان می دهد که بعضی از این روغنها در گروه مواد سرطان زا نیز قرار دارند.

♦ مواد گرانبها
قیمت بسیاری از روغنهای انتقالی بالا می باشد،

♦ دوغاب
در این گروه به دلیل زغال شدن، مواد جامد نیز حضور دارند.

برای اینکه بتوانید عمل آب بندی روغن انتقال دهنده حرارت را به خوبی انجام دهید باید همه مشکلات ذکر شده را در نظر بگیرید. به هنگام کار با همه دوغابها باید مشکلات زیر را تشخیص دهید مانند لرزش ( در صورت عدم توازن پروانه )، افزایش حرارت، و در صورت استفاده کردن از پروانه های باز، باید تنظیمات پروانه معمولی را بدانید.

 ارزیابی شرایط کارکرد پمپ

علاوه بر به کار بردن مواد شیمیایی مختلف، شرایط کاری سخت و زیادی وجود دارد که روی انتخاب سیل مکانیکی مناسب تاثیر گذارد. این شرایط کاری به هفت گروه تقسیم می شوند که عبارتند از :

1-محصولات گرم

واژه بسیار گرم شامل اطلاق آن برای یکی از قطعات مکانیکال سیل ، یا مقدار گرما به اندازه ای است
که باعث تغییر سیال از حالت مایع به گاز یا جامد می شود. بهترین مثال برای این گروه ، روغن انتقال دهنده حرارت می باشد چرا که سیالی است که در درجه حرارت بالا به زغال تبدیل می شود.

2-سیالهای سرما زا 

این نوع سیالها برای الاستومرها و سطوح کربنی مشکل ساز هستند. از نمونه های این گروه می توان به نیتروژن یا اکسیژن مایع اشاره کرد.

3-فشار بالا

شامل فشار بیش ازbar28) ۴۰۰ psi ) برای محفظه آب بند می باشد، خط لوله، دیگ بخار و پمپهای دورانی می توانند این فشار تعریف شده برای محفظه آب بند را داشته باشند.

4-خلاء پایین

شامل فشار به مقدار 0.01 تور یا پائین تر از این مقدار می باشد. این مقدار کم برای کاربردهای تبخیر کننده و متراکم کننده نیز مناسب می باشد.

5-سرعت زیاد

اگر سطوح مکانیکال سیل  بیشتر از ۵۰۰۰ فوت در دقیقه ( fpm ) یا ۲۵ متر در ثانیه حرکت کندجزء این گروه قرار می گیرند. بیشتر پمپهای ساخته شده چنین سرعتی را ندارند. اما پمپSun dyne (Sundstrand) برای سرعت زیاد کاربرددارد.

6-حرکت زیاد

برای حرکت بیش از ۰/۰۰۵ اینچ ( mm۰/۱۵) در مسیر شعاعی یا محوری اطلاق می شود.حرکت شفت در مخلوط کننده ها، محرک ها و قطعات ویژه تا ۱۱/۸ اینچ ( mm 3) می رسد مثال برای این گروه می توان به پمپ های عمودی با شفت بلند و پمپهایی که مجهز به غلاف یا یاتاقان گرد هستند، اشاره کرد. 

7-ارتعاش زیاد

متاسفانه برای حد ارتعاشی سیل های مکانیکی اعداد قابل قبولی وجود ندارد. بیشتر مطالعات ارتعاشی فقط بر روی یاتاقان ها صورت گرفته است. بهتر است بدانید که ارتعاش زیاد می تواند باعث بروز  مشکلات زیر شود :

►  باعث باز شدن سطوح صیقلی شده مکانیکال سیل شود.

►  باعث شکافته شدن قطر بیرونی سطح کربن شود.

►  باعث شکسته شدن آکاردئونیهایی می شود که در بعضی از طرحهای مکانیکال سیل به کار می رود.

►  باعث فرسوده شدن مکانیسم حرکتی می شود که این مکانیسم حرکتی گشتاور پیچشی را از سوی پیچهای ضامن به سمت سطوح مکانیکال سیل منتقل می کند.

► باعث شل شدن پیچهای حرکتی می شود.

► باعث کم شدن عمر یاتاقان می شود.

 ► با وجود ارتعاش بیشتر طرحهای مکانیکال سیل می توانند به سطوح سیل مکانیکی گرانبها و شفت ها آسیب برسانند (باعث فرسودگی آنها شوند ).

► بیشتر طرحهای سیل مکانیکی البته نه همه آنها، در شرایط مستهلک کننده ارتعاشی ساخته شده اند تا باعث کاهش مقداری از مشکلات بالا شوند.