آب‌بند شفت چیست؟
همان‌طور که می‌دانید، آب‌بند شفت یکی از اجزای اصلی پمپ‌های گریز از مرکز است. استفاده از آن در همه پمپ‌های گریز از مرکز، به‌جز پمپ‌های با کوپلینگ مغناطیسی (بدون آب‌بند)، الزامی است. در این مطلب می‌کوشیم انواع آب‌بند شفت و سازوکار عملکرد آن را با شما در میان بگذاریم.
وظیفه اصلی آب‌بند در پمپ گریز از مرکز، ایجاد آب‌بندی میان نواحی خیس و خشک پمپ است. ناحیه خیس، بخش بدنه پمپ است که سیال در آن تحت فشار قرار می‌گیرد و انرژی مکانیکی به انرژی هیدرولیکی تبدیل می‌شود. ناحیه خشک نیز شامل شفت، یاتاقان‌ها و بخش موتور است که خارج از ناحیه خیس قرار دارند.
برای درک بهتر وظیفه و اصل کارکرد آب‌بند، بهتر است به‌طور خلاصه به منطق کارکرد پمپ گریز از مرکز بپردازیم.
ابتدا موتوری که در ناحیه خشک قرار دارد، با دریافت انرژی از شبکه، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و این انرژی را از طریق کوپلینگ به شفت پمپ منتقل می‌کند. یک سر شفت به سمت کوپلینگ، یعنی ناحیه خشک، و سر دیگر آن به پروانه درون بدنه پمپ که ناحیه خیس نامیده می‌شود، متصل است. بدین ترتیب شفت، پروانه درون بدنه را می‌چرخاند و پروانه نیز به کمک پره‌های خود سیال را تحت فشار قرار داده و انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می‌کند.
با نگاهی به این سازوکار، مشکل اصلی آب‌بندی از آنجا ناشی می‌شود که بخشی از شفت در ناحیه خشک و بخشی دیگر (با ایجاد دهانه‌ای در بدنه پمپ) در ناحیه خیس قرار دارد و در عین حال شفت یک جزء متحرک یعنی دوار است. برای جلوگیری از نشت سیال از بدنه به بیرون، دو راهکار مختلف می‌توان ارائه داد. راهکار نخست، به حرکت درآوردن پروانه پمپ نه با شفتی متصل به موتور، بلکه با روشی دیگر است؛ در این حالت استفاده از پمپ با کوپلینگ مغناطیسی مناسب خواهد بود. راهکار دیگر، استفاده از یک جزء اضافی است که هم امکان چرخش شفت را فراهم کند و هم نشتی از بدنه پمپ را به حداقل برساند. این جزء را آب‌بند شفت می‌نامیم.
امروزه پرکاربردترین انواع آب‌بند شفت، آب‌بند مکانیکی و پکینگ نرم هستند. اگرچه هر دو نوع مزایا و معایب خاص خود را دارند، اما با افزایش کیفیت تولیدات صنعتی، سهم استفاده از آب‌بند مکانیکی نیز رو به افزایش است. دلیل این امر کمی بعد، هنگامی که نحوه کارکرد هر دو نوع آب‌بند را شرح دهیم، روشن خواهد شد.
پکینگ نرم
پکینگ نرم را می‌توان تجهیزی تعریف کرد که با پر کردن فیزیکی فاصله میان شفت و بدنه، که کمی پیش‌تر به آن اشاره کردیم، آب‌بندی را فراهم می‌کند. پکینگ‌های نرم در چند ردیف روی شفت «یا روی بوشی که برای محافظت از شفت در برابر سایش روی آن نصب می‌شود» پیچیده می‌شوند. بدین ترتیب هم آب‌بندی فراهم می‌شود و هم شفت امکان چرخش دارد. اما نباید فراموش کرد که پکینگ‌های نرم هرگز آب‌بندی کامل ایجاد نمی‌کنند و اصولاً چنین چیزی مطلوب هم نیست؛ زیرا به دلیل نیروی اصطکاک پیوسته، پکینگ‌ها گرم شده و اصطکاک سطحی افزایش می‌یابد. به همین دلیل باید پیوسته سیال روی پکینگ جریان داشته باشد تا هم پکینگ خنک شود و هم اصطکاک دست‌کم تا حدی کاهش یابد. اگرچه مقدار این نشتی از نظر تئوری 1 تا 2 قطره در دقیقه ذکر می‌شود، مشاهدات میدانی نشان داده که این عدد حتی در بهترین سیستم‌ها 5 تا 10 قطره در دقیقه است. مقدار این نشتی با گلند (فشارنده پکینگ) روی پمپ تنظیم می‌شود.
آب‌بند مکانیکی
آب‌بندهای مکانیکی نیز دقیقاً با همین هدف به کار می‌روند، اما سیستم کارکرد آن‌ها کاملاً متفاوت است. آب‌بندهای مکانیکی از دو بخش تشکیل می‌شوند: اجزای ثابت و اجزای دوار. جزء ثابت روی پمپ نصب می‌شود و حرکتی ندارد. جزء دوار نیز روی شفت یا روی بوشی که روی شفت نصب شده، سوار می‌شود و همزمان با شفت می‌چرخد.
سیستم کارکرد آب‌بند مکانیکی به این صورت است: هنگامی که سیال از درون پمپ عبور می‌کند، جزء ثابت در سمت بدنه (ناحیه پرفشار) بر اثر فشار سیال به سمت جزء دوار در سمت موتور رانده می‌شود. فنری که در سمت دوار قرار دارد این حرکت را ممکن ساخته و از سطح آب‌بند دوار پشتیبانی می‌کند. بدین ترتیب سطوح اجزای دوار و ثابت تقریباً به یکدیگر می‌چسبند. اما از آنجا که یک طرف پیوسته می‌چرخد و طرف دیگر پیوسته ثابت می‌ماند، اگر این سطوح کاملاً به هم بچسبند، در مدت کوتاهی بر اثر اصطکاک سائیده شده یا می‌شکنند و آب‌بند دیگر قادر به انجام وظیفه خود نخواهد بود. به همین دلیل میان سطوح اجزای ثابت و دوار فاصله بسیار کوچکی ایجاد می‌شود که حدود 0.0008 mm است. سیال پمپاژشونده این فاصله را پر کرده و لایه فیلم بسیار نازکی میان دو سطح تشکیل می‌دهد.
از آنجا که مقالات، ویدئوها و انیمیشن‌های فراوانی درباره اصل کارکرد آب‌بند مکانیکی وجود دارد، ما این موضوع را به‌طور خلاصه بیان کردیم. اگر مایلید منطق کارکرد آن را با جزئیات بیشتری بررسی کنید یا پرسشی دارید، می‌توانید با ما تماس بگیرید.
پکینگ نرم یا آب‌بند مکانیکی؟
هر دو نوع آب‌بند مزایا و معایب خاص خود را دارند. آنچه در انتخاب آب‌بند باید در نظر گرفته شود، نیازهای سیستم و تأسیسات است. برای نمونه، اگر سیالی گران‌قیمت منتقل می‌شود، استفاده از آب‌بند مکانیکی برای رساندن نشتی به صفر مناسب خواهد بود. به همین ترتیب، اگر سیال پمپاژشونده برای انسان و محیط زیست خطرناک است و در نتیجه نشتی صفر مورد نیاز است، آب‌بند مکانیکی درست‌ترین انتخاب است. اما در محیطی که بارهای واردشده به پمپ زیاد است یا در زمینی که پمپ روی آن نصب شده جابجایی‌های کوچک مکرر رخ می‌دهد، استفاده از پکینگ نرم مناسب‌تر خواهد بود، زیرا ناهم‌محوری را به‌مراتب بهتر تحمل می‌کند.
| آب‌بند مکانیکی | پکینگ نرم | |
| مزایا (+) |
||
| آب‌بندی نزدیک به 100٪ | مزیت قیمتی | |
| نیاز کم به نگهداری | سهولت نصب | |
| عمر کاری طولانی | تحمل بالا در برابر ناهم‌محوری | |
| معایب (-) |
||
| قیمت بالا | نیاز زیاد به نگهداری | |
| نصب دشوارتر. | عدم امکان آب‌بندی 100٪ | |
| تحمل بسیار کم در برابر ناهم‌محوری. | آسیب سریع به شفت یا بوش | |
در بالا، نقاط قوت و ضعف آب‌بندهای مکانیکی و پکینگ‌های نرم به‌طور خلاصه بیان شد. اما نباید فراموش کرد که درست‌ترین انتخاب در این زمینه را سازندگان پمپ انجام خواهند داد؛ زیرا نوع آب‌بند باید با در نظر گرفتن سیال، سیستمی که پمپ در آن قرار دارد و ساختار خود پمپ انتخاب شود. همچنین سازندگان پمپ احتمالاً با شرایط سایت و محیط مورد نظر آشنایی دارند و پمپ‌هایی در حال کار در چنین سیستم‌هایی دارند. از این رو، بر پایه تجربه نیز مناسب‌ترین آب‌بند را پیشنهاد خواهند کرد.
