گفت‌وگو با بنیانگذار

آشکارسازی رازهای آب‌بندهای مکانیکی با عمر طولانی

در سیستم عملیاتی تجهیزات صنعتی، آب‌بندهای مکانیکی به عنوان قهرمانان ناشناخته عمل می‌کنند—به طور خاموش انتهای شفت تجهیزات انتقال سیال را محافظت می‌کنند. این آب‌بندها باید از نشت محیط جلوگیری کرده و ایمنی تولید را تضمین کنند و همزمان اتلاف اصطکاک را کاهش دهند تا بازده انرژی بهبود یابد. این قطعه به ظاهر کوچک، مستقیماً به عملکرد پایدار بخش‌های صنعتی کلیدی مانند فرآوری مواد شیمیایی، انرژی و تصفیه آب مرتبط است. سطح فنی این قطعه حتی به عنوان یک شاخص کلیدی از دقت و پیچیدگی ساخت تجهیزات صنعتی در نظر گرفته می‌شود.

آقای تونگ هانکوان، بنیانگذار شرکت ماشین‌آلات سیال جیانگسو گلدِن ایگل، از سال ۱۹۷۶ میلادی، ۵۰ سال را به این حوزه اختصاص داده است. طی دهه‌های متمادی و با پشتکار فراوان، او تمامی مسیر تکامل آب‌بند‌های مکانیکی داخلی را از مرحله تقلید تا نوآوری مستقل شاهد بوده است. امروز ما آقای رئیس هیئت مدیره تونگ را دعوت کرده‌ایم تا در مورد عملکرد آب‌بند‌های مکانیکی — از اصول بنیادین تا تجربیات عملی — گفتگو کنیم و راز «طول عمر» این قطعه حیاتی را فاش کنیم.

گزارشگر : آقای رئیس هیئت مدیره، با پنج دهه تجربه در صنعت آب‌بندهای مکانیکی، شما شاهد توسعه و دگرگونی‌های این صنعت بوده‌اید. اگر از اصول اولیه شروع کنیم، مهم‌ترین عامل در افزایش عمر مفید آب‌بندهای مکانیکی هنگام کار در محیط‌های مایع چیست؟

رئیس هیئت مدیره تونگ : در نهایت، همه چیز به حفظ لایه مایع بستگی دارد. بین سطوح اصطکاک حلقه‌های متحرک و ثابت در یک آب‌بند مکانیکی، لایه‌ای مایع که توسط محیط تشکیل شده است، روانکاری ضروری را فراهم می‌کند. این لایه به عنوان یک پوشش محافظ عمل می‌کند — بدون آن یا در صورت ناپایدار شدن، آب‌بند به سرعت از کار خواهد افتاد. در گلدِن ایگل، ما پایداری لایه مایع را به عنوان یک شاخص اساسی در تمام مراحل طراحی و تولید در نظر می‌گیریم.

گزارشگر : حالات مختلف روانکاری بین این سطوح اصطکاک چیست و چگونه بر عمر آب‌بند تأثیر می‌گذارند؟

رئیس هیئت مدیره تونگ : بر اساس تجربه و تحقیقات ما، چهار حالت اصلی وجود دارد:

اصطکاک خشک : بدترین حالت، جایی که هیچ مایعی به سطح اصطکاک وارد نمی‌شود — تنها گرد و غبار و لایه‌های اکسید شده باقی می‌مانند. این امر منجر به تولید فوری حرارت، سایش و نشتی سریع می‌شود. در اوایل دوران حرفه‌ای من، موارد زیادی را تجربه کردم که نصب نادرست منجر به اصطکاک خشک شده و خسارات قابل توجهی ایجاد کرد.

روانکاری مرزی : از نظر تئوری، سطوح درزگیر هرگز کاملاً صاف نیستند. آنچه ظاهراً صاف به نظر می‌رسد، همچنان دارای برجستگی‌ها و فرورفتگی‌های میکروسکوپی است. وقتی سیال یا محیط در حال عبور تحت فشار وارد شکاف شود، فرورفتگی‌ها را پر می‌کند اما برجستگی‌ها را خیر. فرورفتگی‌ها از روانکاری بهره می‌برند، اما برجستگی‌ها با تماس مستقیم و اصطکاک مواجه می‌شوند که منجر به سایش متوسط و تولید گرما می‌شود.

 

روانکاری نیمه-سیال : این حالت ایده‌آل است. با ایجاد «چاله‌های ماکرو» روی صفحات انتهایی از طریق ایجاد شیار، لایه‌ای نازک اما پایدار از مایع حفظ می‌شود. این امر ضریب اصطکاک را کاهش می‌دهد و درزگیری مؤثر را تضمین می‌کند.

 

روانکاری کامل سیال : هرچند ممکن است بدون اصطکاک ایده‌آل به نظر برسد، اما شکاف بیش از حد بزرگ منجر به نشتی می‌شود و در نتیجه بی‌فایده است.

گزارشگر : به نظر می‌رسد که روانکاری نیمه-سیال حالت ایده‌آلی است که باید به دنبال آن بود. برای دستیابی به این حالت، چه عواملی باید در نظر گرفته شوند؟

رئیس هیئت مدیره تونگ : رویکرد جامعی ضروری است. ویژگی‌های رسانه اساسی هستند؛ به عنوان مثال، رسانه‌های با ویسکوزیته بالا نسبت به رسانه‌های با ویسکوزیته پایین به راحتی بیشتر لایه مایع ایجاد می‌کنند. فشار، دما و سرعت لغزش نیز عوامل حیاتی‌ای هستند: فشار بیش از حد می‌تواند لایه مایع را پاره کند، دمای بالا می‌تواند رسانه را تبخیر کند و سرعت‌های بالا می‌توانند گرمای اصطکاکی را تشدید کنند.

در شرکت گلدن ایگل، ما محاسبات دقیقی از این پارامترها در طول فرآیند انتخاب مشتری انجام می‌دهیم. علاوه بر این، عواملی مانند تنظیم فشار سطح انتهایی، طراحی ساختار روان‌کاری و دقت ماشین‌کاری سطوح اصطکاکی باید بهینه شوند. به عنوان مثال، در حالی که زبری سطح Ra0.8 قبلاً قابل قبول بود، امروزه ما با سنگ‌زنی دقیق به Ra0.02 دست می‌یابیم که حفظ لایه مایع را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد.

گزارشگر : شما به ساختارهای روان‌کاری اشاره کردید — ما شنیده‌ایم که شرکت گلدن ایگل تخصص فنی قابل توجهی در بهبود این ساختارها دارد. آیا می‌توانید بیشتر توضیح دهید؟

رئیس هیئت مدیره تونگ : قطعاً. طراحی ساختاری یکی از توانایی‌های اصلی ما است.

صورت‌های انتهایی بی‌مرکز : با جابجایی کمی مرکز حلقه متحرک یا ثابت نسبت به محور، در حین چرخش روغنکاری به سطح اصطکاک «کشیده» می‌شود. با این حال، میزان بی‌مرکزی باید دقیق باشد — جابجایی بیش از حد باعث سایش نامنظم تحت فشار بالا می‌شود و سرعت‌های بالا نیازمند طراحی دقیق برای جلوگیری از ارتعاش ناشی از نیروی گریز از مرکز است. ما این درس را در ابتدای کار با آب‌بندهای پمپ شیمیایی به سختی آموختیم و بعداً آن را از طریق تحلیل المان محدود حل کردیم.

تراشکاری صفحه انتهایی : در شرایط فشار بالا و سرعت بالا، تراش‌های حلقه‌ای به‌طور مؤثر از برهم خوردن لایه مایع ناشی از گرمای اصطکاک جلوگیری می‌کنند. قرارگیری تراش‌ها بسیار مهم است: در آب‌بندهای تحت فشار خارجی، تراش‌ها باید روی حلقه ثابت قرار گیرند تا از ورود آلاینده‌ها جلوگیری شود؛ در آب‌بندهای تحت فشار داخلی، قرار دادن تراش‌ها روی حلقه متحرک ترجیح داده می‌شود، زیرا نیروی گریز از مرکز باعث خارج شدن آلاینده‌ها می‌شود. شکل، تعداد و عمق تراش‌ها نیز مهم هستند — تعداد زیاد یا عمق زیاد تراش‌ها باعث افزایش نشتی می‌شود. تراش‌های ما که به شکل دندانه دار هستند، کارایی روان‌کاری را نسبت به طراحی‌های قبلی مستطیلی شکل به میزان ۳۰٪ بهبود بخشیده‌اند.

 

روان‌کاری هیدرواستاتیک : این روش شامل استفاده از یک منبع سیال مستقل (مثلاً یک پمپ هیدرولیک) برای تأمین روغن تحت فشار به سطح اصطکاک است که هم روان‌کاری فراهم می‌کند و هم در مقابل فشار محیط مقاومت می‌کند. این طراحی معمولاً در مخازن واکنشی تحت فشار بالا استفاده می‌شود.

گزارشگر : آیا چالش‌های روان‌کاری در آب‌بندهای مکانیکی که در محیط گازی کار می‌کنند، پیچیده‌تر هستند؟

رئیس هیئت مدیره تونگ : در واقع، این شرایط دشوارتر هستند. چنین شرایطی اغلب شامل روانکاری ناکافی، مشکلات دفع حرارت و مستعد بودن به نشتی می‌شوند و طراحی‌های تخصصی برای اطمینان از عملکرد پایدار نیاز دارند. ما معمولاً از آب‌بندی گاز خشک استفاده می‌کنیم که از الگوهای شیار با دقت میکرونی (مانند شیارهای مارپیچ یا T شکل) به منظور ایجاد اثر هیدرودینامیکی استفاده می‌کند و گاز را به یک لایه فوق‌العاده نازک (حدود 3 تا 5 میکرومتر) متراکم می‌کند تا عملیات بدون تماس انجام شود. در یک پروژه بازسازی برای یک تولیدکننده کمپرسور گازی، این روش عمر آب‌بندی را از 3 ماه به 18 ماه افزایش داد.

گزارشگر : پشت این نوآوری‌ها، آیا تجربیات زیادی از نوع آزمون و خطا وجود داشت؟

رئیس هیئت مدیره تونگ : قطعاً. در دهه ۱۹۸۰، هنگامی که روی آب‌بندی پمپ‌های تصفیه‌خانه کار می‌کردیم، با شیاردهی سطح انتهایی آزمایش انجام دادیم. در ابتدا، تعداد زیادی شیار باعث نشت بیش از حد می‌شد؛ تعداد کم نیز منجر به اصطکاک خشک می‌شد. بیش از ۲۰ آزمایش طول کشید تا پارامترهای بهینه یافت شوند. امروزه، مهندسان جوان از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری بهره می‌برند و این امر بخش زیادی از حدس و خطای قبلی را کاهش داده است. با این حال، من همواره تأکید دارم که شکاف بین داده‌های آزمایشگاهی و شرایط واقعی میدانی باید با تجربه عملی پرش شود. همین دلیلی است که شرکت گلدِن اِیجل در این صنعت محکم باقی مانده است — ما هم به نظریه و هم به عمل ارزش می‌گذاریم.

بحث امروز با رئیس طونگ، از اصول روان‌کاری فیلم مایع تا طراحی‌های ساختاری که روان‌کاری را بهبود می‌بخشند، منطق پشت دوام آب‌بندی مکانیکی را آشکار کرده است. در مصاحبه بعدی، رئیس طونگ به‌صورت عمیق‌تری وارد کاربردهای عملی خواهد شد و استراتژی‌های انتخاب و اقدامات پیشگیری از خرابی آب‌بندهای مکانیکی را در صنایع مختلف از جمله فرآوری مواد شیمیایی، داروسازی، تصفیه نفت و مواد جدید بررسی خواهد کرد. همراه ما باشید!