از جمله تجهیزات حیاتی در صنایعی همچون نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی (شیرآلات صنایع غذایی)و دارویی می‌توان به پمپ‌های فشار بالا اشاره داشت که وظیفه جابه‌جایی سیالات تحت‌فشار را بر عهده دارند. این پمپ‌ها بدون توقف و با کمترین میزان نشتی باید سیالات را جابه‌جا کنند که این امر خود یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های سیستم‌های پمپاژ محسوب می‌شود. در این راستا مکانیکال سیل‌ها به‌عنوان یکی پیشرفته‌ترین فناوری‌ها، نقش کلیدی در جلوگیری از هدررفت سیال و کاهش آلودگی محیط‌زیست ایفا می‌کنند. در واقع طراحی مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا به‌گونه‌ای بوده که فاصله بین اجزای ثابت و متحرک پمپ را به طور کامل آب‌بندی کرده و از ایجاد هرگونه نشتی جلوگیری می‌کند.
مکانیکال سیل‌ها نسبت به سایر سیستم‌های آب‌بندی مانند پکینگ‌ها، کارایی بیشتری داشته و در کنار آن به دلیل تحمل شرایط سخت عملیاتی، به طور گسترده‌ای در پمپ‌های فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این راستا تصمیم گرفتیم تا در ادامه این مطلب، به طور دقیق‌تر با نحوه کارکرد این سیستم‌ها، اجزای اصلی، مزایا و کاربردهای آن در صنایع مختلف آشنا شویم.
معرفی مکانیکال سیل ها در پمپ
پیش از بررسی نحوه کارکرد مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا، خوب است نگاهی به خود مکانیکال سیل و معرفی آن داشته باشیم. این قطعه یکی از مهم‌ترین اجزای آب‌بندی در پمپ‌های فشار بالا و تجهیزات دوار محسوب می‌شود که نقش حیاتی در جلوگیری از نشت مایعات و گازها دارد. در واقع دو سطح صاف و صیقلی تشکیل‌دهنده مکانیکال سیل که بادقت در تماس هستند، مانع از خروج سیال از نقاط اتصال متحرک و ثابت می‌شوند.
اجزای تشکیل‌دهنده مکانیکال سیل و نقش هریک
کارکرد مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا ارتباط مستقیمی با اجزای تشکیل‌دهنده آن دارد که این اجزا به شرح زیرند:
صفحات سیل
اصلی‌ترین بخش مکانیکال سیل صفحات هستند که از مواد بسیار مقاوم در برابر سایش، دما و خوردگی مانند کاربید سیلیکون، کاربید تنگستن یا سرامیک ساخته می‌شوند. وظیفه آن‌ها ایجاد آب‌بندی دقیق بین قطعات دوار و ثابت است.
فنر
فنر مکانیکال سیل از جنس فولاد ضدزنگ یا آلیاژهای مقاوم است که اعمال فشار یکنواخت بین صفحات سیل را ایجاد می‌کند. در نتیجه این فشار صفحات همیشه در تماس مناسب باقی‌مانده و حتی در صورت تغییر فشار یا دما، آب‌بندی محفوظ می‌ماند.
آب‌بندی‌ها
در اطراف مکانیکال سیل آب‌بندی‌های کمکی را داریم که از نفوذ مایعات یا گازها به بیرون یا از ورود آلودگی‌ها به داخل سیستم، جلوگیری می‌کنند.
حلقه‌های نگهدارنده
این حلقه‌ها از مواد مقاوم به خوردگی و فشار ساخته شده‌اند و نقش نگهدارنده اجزای مختلف مکانیکال سیل را بر عهده می‌گیرند. در واقع حضور آن‌ها ساختار کلی سیل را در شرایط عملیاتی پایدار نگه داشته و مانع تغییر موقعیت یا آسیب‌دیدن اجزا می‌شود.
کارکرد پمپ‌های فشار بالا
و اما می‌رسیم به نحوه کارکرد مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا. این قطعه در پمپ‌های فشار بالا کارکردهای مختلفی دارد که یکی از آن‌ها جلوگیری از نشت سیال از قسمت اتصال محور دوار پمپ و پوسته ثابت است.
در این پمپ‌ها به دلیل فشار زیاد و سرعت بالای چرخش محور، احتمال نشتی بسیار بالاست. در کنار آن کوچک‌ترین نشتی می‌تواند منجر به آسیب‌های جدی، کاهش بازدهی و خطرات ایمنی در سیستم شود. در اینجاست که مکانیکال سیل با قراردادن دو صفحه ثابت و متحرک بسیار صاف و صیقلی در مجاورت یکدیگر، یک سطح آب‌بندی ایجاد می‌کند. بین این دو سطح، یک لایه بسیار نازک از سیال و یا گاهی روغن وجود دارد که به‌عنوان روان‌کننده عمل کرده و مانع سایش مستقیم صفحات خواهد شد. علاوه بر این، مکانیکال سیل‌هایی که در پمپ‌های فشار بالا به کار می‌روند ممکن است شامل خنک‌کننده یا سیستم‌های پشتیبان هم باشد تا ضمن کنترل دمای تماس صفحات، طول عمر سیل را افزایش دهند.
لازم به ذکر است که به دلیل شدت فشار وارد بر قطعات در پمپ‌های فشار بالا، انتخاب دقیق متریال که از جنس کاربید تنگستن یا سرامیک پیشرفته باشند اهمیت زیادی دارد. این متریال در برابر فشار زیاد، خوردگی، دمای بالا و سایش مقاومت خوبی داشته و دوام سیستم را بیشتر می‌کند.
کاربرد مکانیکال سیل در صنایع
در ادامه بررسی نحوه کارکرد مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا، به کاربردهای عمومی و خاص این سیستم در صنایع مختلف می‌پردازیم.
| کاربردهای خاص | کاربرد کلی مکانیکال سیل | صنعت |
| – پمپ‌های حفاری و تولید نفت: جلوگیری از نشت مواد شیمیایی و گازهای همراه | جلوگیری از نشت مواد شیمیایی و گازهای خطرناک، بهبود کارایی و ایمنی حفاری و پالایش | صنایع نفت و گاز |
| – پمپ‌های پالایشگاه: حفظ فشار داخلی و جلوگیری از نشت مواد شیمیایی | ||
| – پمپ‌های تولید مواد شیمیایی: جلوگیری از نشت مواد و حفظ فشار داخلی | جلوگیری از نشت مواد شیمیایی خطرناک، حفظ فشار و بهبود ایمنی تولید | صنایع شیمیایی |
| – پمپ‌های تصفیه مواد شیمیایی: بهبود کارایی و ایمنی فرایند تصفیه | ||
| – پمپ‌های فراوری مواد غذایی: جلوگیری از نشت و حفظ فشار داخلی | جلوگیری از نشت مواد غذایی، حفظ فشار و بهبود کیفیت محصولات غذایی | صنایع غذایی |
| – پمپ‌های تولید نوشیدنی‌ها: بهبود کارایی و ایمنی تولید | ||
| – پمپ‌های تولید داروها: جلوگیری از نشت و حفظ فشار داخلی | جلوگیری از نشت مواد دارویی، حفظ فشار و بهبود کیفیت محصولات دارویی | صنایع داروسازی |
| – پمپ‌های تصفیه مواد دارویی: بهبود کارایی و ایمنی تولید دارو | ||
| – پمپ‌های تصفیه آب آشامیدنی: جلوگیری از نشت و حفظ فشار داخلی | جلوگیری از نشت آب و مواد شیمیایی، حفظ فشار در فرایند تصفیه | تصفیه آب‌وفاضلاب |
| – پمپ‌های تصفیه فاضلاب صنعتی: بهبود کارایی و ایمنی فرایند تصفیه فاضلاب |
مزایای استفاده از مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا
تا به اینجای متن در مورد نحوه کارکرد مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا مطالبی داشتیم، اما ببینیم که این قطعه چه مزایایی دارد و چرا استفاده از آن در صنایع مختلف حیاتی است؟
یکی از مزایای برجسته نقش مؤثر مکانیکال سیل‌ها در ارتقای سطح ایمنی محیط کار است که با جلوگیری از نشت مواد شیمیایی و سمی خطرات احتمالی را به حداقل می‌رسانند. این قطعات با حفظ فشار داخلی و جلوگیری از افت عملکرد پمپ، افزایش راندمان و طول عمر تجهیزات را به همراه می‌آورند. همچنین، با جلوگیری از آسیب به اجزای داخلی پمپ، هزینه‌های نگهداری و تعمیرات تا حد زیادی کمتر می‌شود. مزیت دیگری که می‌توان به آن اشاره داشت، ساختار مقاوم مکانیکال سیل‌ها بوده که در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی و محیط‌های خورنده مقاومت بالایی دارند.
جمع‌بندی
امروزه در صنایع حساس و پرفشار از مکانیکال سیل در پمپ‌های فشار بالا استفاده زیادی می‌شود. این قطعه نقش کلیدی در جلوگیری از نشت سیالات، افزایش راندمان و همچنین حفظ ایمنی سیستم دارد. در طراحی و ساخت قطعات مکانیکال سیل، از متریالی با مقاومت بالا استفاده شده تا در مقابل خوردگی و دمای بالا، ماندگاری خوبی از خود نشان دهند. همین مسئله باعث می‌شود تا در شرایط سخت عملیاتی، آسیب‌های احتمالی کمتر شده و هزینه‌های نگهداری و تعمیرات هم کاهش پیدا کند.