پکینگ و محفظه ی نشت بندی پمپ ها

پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها؛ یکی از قدیمی‌ترین سیستم‌های آب‌بندی

مجموعه پکینگ و محفظه نشت‌بندی از قدیمی‌ترین و در عین حال رایج‌ترین روش‌های آب‌بندی در پمپ‌ها به شمار می‌آید. این سیستم سال‌هاست که در پمپ‌های فاضلاب مانند پمپ لجن‌کش و پمپ شناور، پمپ‌های سانتریفیوژ و پمپ‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل ساختار ساده، هزینه کمتر و امکان تعمیرپذیری، همچنان جایگاه خود را حفظ کرده است.به‌طور کلی، سیستم نشت‌بندی پکینگی پمپ ها از پنج بخش اصلی تشکیل شده است که هر کدام نقش مشخصی در کنترل نشتی، روان‌کاری و محافظت از شفت پمپ ایفا می‌کنند. در ادامه، هر یک از این اجزا را به‌صورت کاربردی بررسی می‌کنیم.

اجزای اصلی سیستم نشت‌بندی پکینگی پمپ‌ها

محفظه نشت‌بندی (Stuffing Box)

محفظه نشت‌بندی فضایی است که مجموعه پکینگ درون آن قرار می‌گیرد و محل عبور شفت از بدنه پمپ محسوب می‌شود. این ناحیه هم‌زمان در معرض فشار سیال پمپ‌شونده و در برخی شرایط، خلا قرار دارد.در بعضی طراحی‌ها، محفظه نشت‌بندی بخشی از بدنه اصلی پمپ است و در برخی دیگر به‌صورت قطعه‌ای مجزا به پمپ متصل می‌شود. ماشین‌کاری این محفظه به‌گونه‌ای انجام می‌شود که سوراخ گلویی کاملاً هم‌مرکز با شفت بوده و امکان قرارگیری تعداد مشخصی از حلقه‌های پکینگ با ابعاد استاندارد را فراهم کند.

بسیاری از محفظه‌های نشت‌بندی دارای سوراخ‌ها یا اتصالاتی هستند که:

• ورود مایع به ناحیه پکینگ را ممکن می‌کنند

• یا مسیر تخلیه‌ای برای کاهش فشار وارد بر پکینگ فراهم می‌سازند

این ویژگی‌ها نقش مهمی در افزایش عمر پکینگ و پایداری عملکرد آب‌بندی دارند.

بوش محفظه نشت‌بندی (Throat Bushing)

بوش محفظه نشت‌بندی در انتهای محفظه و زیر اولین حلقه پکینگ نصب می‌شود و یکی از اجزای کلیدی برای افزایش عمر سیستم پکینگی است. بین بوش و شفت یا سیلیو، لقی کنترل‌شده‌ای وجود دارد که باعث کاهش فشار مؤثر وارد بر پکینگ می‌شود.

کاهش فشار کاری پکینگ به‌طور مستقیم باعث افزایش طول عمر آن خواهد شد. علاوه بر این، بوش نشت‌بندی:

• مانع ورود ذرات جامد به ناحیه پکینگ می‌شود

• از سایش غیرضروری شفت یا سیلیو جلوگیری می‌کند

• از آسیب دیدن خود محفظه نشت‌بندی محافظت می‌کند

از آنجا که هزینه تعویض بوش بسیار کمتر از تعویض محفظه نشت‌بندی است، استفاده از آن از نظر اقتصادی نیز کاملاً منطقی است. بوش همچنین نقش یک تکیه‌گاه (Landing) مناسب برای حلقه پایینی پکینگ را ایفا می‌کند و از تغییر شکل یا نفوذ پکینگ به فضاهای ناخواسته جلوگیری می‌کند.

حلقه‌های پکینگ؛ قلب سیستم آب‌بندی پکینگی

حلقه‌های پکینگ مهم‌ترین بخش سیستم آب‌بندی پکینگی محسوب می‌شوند. این حلقه‌ها معمولاً از الیاف بافته‌شده و انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند که اغلب به مواد روان‌کار آغشته هستند.پکینگ‌ها دارای سطح مقطع مربعی بوده و به‌صورت حلقه‌هایی در اطراف شفت و داخل محفظه نشت‌بندی فشرده می‌شوند. عملکرد آن‌ها به این صورت است که:

• بین قطر خارجی خود و محفظه نشت‌بندی، نشت‌بندی استاتیکی ایجاد می‌کنند

• در برابر شفت یا سیلیو دوار، فشار وارد کرده و باعث افت فشار سیال نشتی می‌شوند.

چرا پکینگ پمپ باید دارای نشتی کنترل‌شده باشد؟

برخلاف تصور رایج، پکینگ برای عملکرد صحیح باید مقدار مشخصی نشتی داشته باشد. این نشتی باعث روان‌کاری و خنک‌کاری سطح تماس بین پکینگ و شفت می‌شود. به‌طور معمول، حدود ۶۰ قطره در دقیقه به‌عنوان مقدار نشتی استاندارد توصیه می‌شود.سفت کردن بیش از حد گلند برای حذف کامل نشتی، باعث:افزایش اصطکاک،داغ شدن پکینگ،سایش شفت یا سیلیو و در نهایت نشتی شدیدتر خواهد شد.در اغلب پمپ‌ها، بسته به فشار کاری، از ۴ تا ۷ حلقه پکینگ استفاده می‌شود و ابعاد آن‌ها معمولاً بین ¼ تا ¾ اینچ متغیر است. پکینگ‌ها می‌توانند به‌صورت حلقه‌های آماده یا به‌صورت رول برای برش در زمان نصب تهیه شوند.

گلند (Gland یا Packing Follower)

گلند قطعه‌ای است که وظیفه نگه‌داشتن و فشرده‌سازی حلقه‌های پکینگ را بر عهده دارد. با سفت شدن پکینگ در اثر سایش، می‌توان از طریق گلند میزان تراکم پکینگ را تنظیم کرد.اغلب گلندها:دو تکه هستند،بدون نیاز به باز کردن کوپلینگ شفت، امکان تعویض پکینگ را فراهم می‌کنند و به‌وسیله پیچ و مهره به محفظه نشت‌بندی متصل می‌شونددر برخی طراحی‌ها، گلند دارای حفره‌ای برای ورود سیال خنک‌کننده است که در کاربردهایی مانند پمپ‌های تغذیه دیگ بخار اهمیت بالایی دارد و از تبدیل آب به بخار در ناحیه پکینگ جلوگیری می‌کند.

حلقه فانوسی (Lantern Ring)

حلقه فانوسی از نظر ظاهری شبیه حلقه پکینگ است اما دارای سوراخ‌های شعاعی و کانال‌های داخلی برای عبور سیال می‌باشد. این حلقه معمولاً از جنس برنز، فولاد ضدزنگ یا پلاستیک ساخته می‌شود و بین حلقه‌های پکینگ قرار می‌گیرد.

وظایف اصلی حلقه فانوسی عبارت‌اند از:

• تأمین روان‌کاری پکینگ با سیال خارجی

• جلوگیری از ورود هوا به ناحیه مکش پمپ

• کاهش فشار مؤثر وارد بر پکینگ در کاربردهای فشار بالا

• محافظت از پکینگ در برابر سیالات ساینده با تزریق مایع تمیز

مکانیکال سیل چگونه کار می‌کند؟

در سیستم‌های آب‌بندی پمپ‌ها، شناخت عملکرد پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها در کنار مکانیکال سیل اهمیت زیادی دارد. مکانیکال سیل‌ها از نظر ساختار دارای سه ناحیه اصلی آب‌بندی هستند که شامل دو آب‌بندی استاتیکی و یک آب‌بندی دینامیکی می‌شود. آب‌بندی‌های استاتیکی در بخش‌هایی قرار دارند که هیچ حرکت نسبی میان قطعات وجود ندارد؛ یکی از این آب‌بندی‌ها بین مجموعه دوار سیل و شفت یا سیلیو ایجاد می‌شود و آب‌بندی استاتیکی دیگر میان بخش ثابت سیل و گلند یا محفظه آب‌بندی قرار می‌گیرد. این نواحی وظیفه جلوگیری از نشتی سیال در محل اتصالات ثابت را بر عهده دارند.در مقابل، آب‌بندی دینامیکی مهم‌ترین بخش عملکرد مکانیکال سیل محسوب می‌شود و بین دو سطح کاملاً صاف و صیقلی شکل می‌گیرد که یکی ثابت و دیگری همراه با شفت در حال چرخش است. این دو سطح با کمک نیروی فنر و فشار سیال به یکدیگر فشرده می‌شوند و در حین کار، لایه‌ای نازک از سیال بین آن‌ها تشکیل می‌شود. این لایه علاوه بر جلوگیری از نشتی، نقش مهمی در روان‌کاری و کاهش سایش ایفا می‌کند و تفاوت اصلی مکانیکال سیل را نسبت به سیستم‌های سنتی پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها نشان می‌دهد.

مزایای مکانیکال سیل نسبت به پکینگ

مکانیکال سیل‌ها در بسیاری از کاربردها جایگزین سیستم‌های پکینگی شده‌اند که مهم‌ترین دلایل آن عبارت‌اند از:

تلفات مکانیکی کمتر:اصطکاک بین شفت و پکینگ یکی از عوامل اصلی اتلاف انرژی در پمپ‌هاست. مکانیکال سیل‌ها این تلفات را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهند و باعث افزایش راندمان پمپ می‌شوند.

کاهش سایش شفت یا سیلیو:در سیستم پکینگی، شفت همواره در معرض سایش است؛ در حالی که مکانیکال سیل از تماس مستقیم و مخرب جلوگیری می‌کند.

نشتی نزدیک به صفر:برخلاف پکینگ که نیازمند نشتی کنترل‌شده است، نشتی در مکانیکال سیل‌ها در شرایط نرمال تقریباً صفر می‌باشد؛ موضوعی بسیار مهم در سیالات خورنده، سمی یا فرار.

کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری:در صورت انتخاب صحیح، نصب اصولی و هم‌محوری مناسب، مکانیکال سیل‌ها نیاز کمتری به سرویس‌های دوره‌ای دارند؛ هرچند نسبت به لرزش و عدم تراز حساس‌تر از پکینگ هستند.

قابلیت کار در فشارهای بالاتر:مکانیکال سیل‌ها توانایی آب‌بندی در فشارهای بالا و سرعت‌های دورانی بیشتر را دارند و در پمپ‌های مدرن کاربرد گسترده‌تری یافته‌اند.

انتخاب پکینگ مناسب بر اساس نوع پمپ و سیال

انتخاب صحیح پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها نقش حیاتی در کارکرد و طول عمر پمپ دارد. پکینگ باید بر اساس نوع سیال پمپ‌شونده، دما و فشار کاری انتخاب شود تا هم نشت کنترل شود و هم سایش شفت یا سیلیو کاهش یابد. به‌عنوان مثال، در پمپ‌های حاوی سیالات ساینده، استفاده از پکینگ‌های مقاوم به سایش یا پکینگ‌هایی که قابلیت روان‌کاری خارجی دارند، عمر تجهیزات را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. همچنین، سازگاری مواد تشکیل‌دهنده پکینگ با نوع سیال (شیمیایی، خورنده یا آب معمولی) مانع آسیب به پکینگ و نشت غیرکنترل‌شده می‌شود.ابعاد و تعداد حلقه‌های پکینگ نیز باید متناسب با قطر شفت و اندازه محفظه نشت‌بندی انتخاب شود. پکینگ‌های خیلی کوچک یا کم حلقه نمی‌توانند فشار را کنترل کنند و باعث نشتی می‌شوند، در حالی که پکینگ‌های بیش از حد بزرگ یا حلقه‌های زیاد، موجب سایش و اصطکاک اضافی خواهند شد. بنابراین، در هنگام انتخاب پکینگ، توجه به مشخصات فنی پمپ و نوع سیال ضروری است تا علاوه بر کارکرد ایمن، هزینه‌های نگهداری و تعمیرات کاهش یابد.

خطاهای رایج در نصب و تنظیم پکینگ پمپ

یکی از مهم‌ترین دلایل کاهش عمر پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها، نصب و تنظیم نادرست پکینگ است. سفت کردن بیش از حد پیچ‌های گلند، از رایج‌ترین خطاهاست که باعث افزایش اصطکاک، داغ شدن پکینگ و سایش شفت می‌شود. از سوی دیگر، نصب حلقه‌های پکینگ به‌صورت نامنظم یا با ابعاد اشتباه، می‌تواند باعث نشت بیش از حد یا کاهش کارایی سیستم آب‌بندی شود. این اشتباهات نه تنها عملکرد پمپ را کاهش می‌دهند، بلکه هزینه‌های نگهداری را نیز افزایش می‌دهند.عدم رعایت میزان نشتی کنترل‌شده نیز خطای دیگری است که توسط بسیاری از اپراتورها رخ می‌دهد. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، پکینگ نیاز به نشتی جزئی دارد تا روان‌کاری و خنک‌کاری سطح تماس فراهم شود. حذف کامل نشتی باعث افزایش اصطکاک و آسیب به سطح شفت یا سیلیو می‌شود. بنابراین آموزش و رعایت نکات فنی نصب، کلید عملکرد بهینه و طول عمر بالا برای سیستم پکینگ پمپ‌ها است.

چه زمانی پکینگ را با مکانیکال سیل جایگزین کنیم؟

با پیشرفت فناوری، در برخی شرایط استفاده از مکانیکال سیل به جای پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها توصیه می‌شود. به‌طور کلی، زمانی که فشار کاری پمپ بسیار بالا، سرعت شفت زیاد یا سیال پمپ‌شونده خورنده، سمی یا فرار باشد، مکانیکال سیل گزینه مناسب‌تری است. این سیستم علاوه بر کاهش نشتی، اصطکاک کمتری ایجاد کرده و از سایش شفت و سیلیو جلوگیری می‌کند، بنابراین پمپ با راندمان بالاتر و هزینه نگهداری کمتر عمل می‌کند.همچنین در کاربردهای حساس و صنعتی که دقت و ایمنی اهمیت بالایی دارد، مکانیکال سیل باعث کاهش ریسک نشتی و آسیب به تجهیزات می‌شود. حتی در پمپ‌های دارای مواد ساینده یا شرایط فشار متغیر، مکانیکال سیل با کنترل دقیق فشار و روان‌کاری بهتر، جایگزین مناسبی برای سیستم‌های سنتی پکینگی است. تصمیم به جایگزینی پکینگ با مکانیکال سیل باید بر اساس شرایط عملیاتی، نوع سیال و نیاز به کاهش تعمیرات دوره‌ای گرفته شود.

سوالات متداول درمورد پکینگ و محفظه ی نشت بندی پمپ ها

پکینگ پمپ چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟

پکینگ یک نوع حلقه یا مجموعه حلقه‌های انعطاف‌پذیر است که داخل محفظه نشت‌بندی پمپ قرار می‌گیرد و وظیفه اصلی آن جلوگیری از نشتی سیال از اطراف شفت است. علاوه بر آب‌بندی، پکینگ با اجازه دادن به نشتی کنترل‌شده، روان‌کاری و خنک‌کاری شفت و سیلیو را نیز فراهم می‌کند. این عملکرد باعث افزایش طول عمر شفت و کاهش سایش پکینگ می‌شود.

چه زمانی باید پکینگ را تعویض کرد؟

پکینگ باید وقتی تعویض شود که نشتی از حد مجاز فراتر رود، حلقه‌ها دچار سایش یا ترک شوند، یا سیال به دلیل حرارت یا فشار، عملکرد پکینگ را مختل کند. معمولاً با بررسی دوره‌ای، بسته به نوع سیال و شرایط کاری، می‌توان پیش از آسیب به شفت یا سیلیو، پکینگ را تعویض کرد و از هزینه‌های بالای تعمیر جلوگیری نمود.

تفاوت پکینگ و مکانیکال سیل در پمپ‌ها چیست؟

در سیستم‌های سنتی، پکینگ و محفظه نشت‌بندی پمپ‌ها آب‌بندی را با نشتی کنترل‌شده انجام می‌دهند و اصطکاک بیشتری دارند، اما مکانیکال سیل با حداقل نشتی و اصطکاک پایین، برای سیالات خورنده، سمی یا فرار مناسب‌تر است. مکانیکال سیل عمر قطعات و راندمان پمپ را افزایش می‌دهد، در حالی که پکینگ برای کاربردهای ساده‌تر و فشار متوسط اقتصادی‌تر است.

آیا پکینگ همیشه باید نشتی داشته باشد؟

بله، پکینگ برای عملکرد صحیح نیاز به نشتی کنترل‌شده دارد. این نشتی، روان‌کاری و خنک‌کاری سطوح شفت و سیلیو را فراهم می‌کند. اگر نشتی صفر شود، پکینگ بیش از حد داغ شده و باعث سایش شفت و کاهش عمر حلقه‌ها می‌شود. میزان معمول نشتی برای پکینگ حدود ۶۰ قطره در دقیقه است، اما بسته به نوع پمپ و سیال می‌تواند کمی متفاوت باشد.

چگونه می‌توان عمر پکینگ را افزایش داد؟

برای افزایش عمر پکینگ، باید:

• پکینگ متناسب با نوع پمپ و سیال انتخاب شود

• نصب و تراکم حلقه‌ها به‌درستی انجام شود

• در صورت وجود ذرات ساینده، از روان‌کاری خارجی یا حلقه فانوسی استفاده شود

• فشار و دمای پمپ در محدوده توصیه‌شده نگه داشته شود

این اقدامات نه تنها نشتی را کنترل می‌کنند، بلکه هزینه تعمیرات و استهلاک شفت را نیز کاهش می‌دهند.