باعتبارها معدات بالغة الأهمية في الإنتاج الصناعي والبحث العلمي، يرتبط أداء مضخات التفريغ ارتباطًا مباشرًا بكفاءة تشغيل النظام بأكمله. يُعد نظام الختم مكونًا أساسيًا لمضخة التفريغ، حيث يمنع دخول الغاز الخارجي إلى نظام التفريغ وتسرب الوسط الداخلي للمضخة إلى البيئة. تُقدم هذه المقالة بشكل منهجي أنواع أختام مضخات التفريغ، واختيار المواد، ونقاط الصيانة الرئيسية، مما يوفر مرجعًا احترافيًا للفنيين المعنيين.
1. تصنيف ومبادئ أختام مضخة التفريغ
يمكن تقسيم أختام مضخة التفريغ إلى فئتين رئيسيتين: الأختام الثابتة والأختام الديناميكية، وكل منها مناسبة لظروف التشغيل والمتطلبات المختلفة.
1.1 تقنية الختم الثابت
تُستخدم الأختام الثابتة بين الأجزاء الثابتة نسبيًا، بشكل أساسي في الشكلين التاليين:
أختام الحلقة الدائريةتُعدّ الحلقات الدائرية (O-rings) أكثر أنواع السدادات الساكنة شيوعًا. تتميز بمقطعها العرضي على شكل حرف O، وسهولة تصنيعها، وكلفتها المنخفضة، مع قدرتها على توفير أداء ممتاز في السداد. في تطبيقات السدادات الساكنة، تتحمل الحلقات الدائرية ضغوطًا تصل إلى 100 ميجا باسكال، وتتراوح درجة حرارتها التشغيلية بين -60 و200 درجة مئوية تقريبًا. يعتمد مبدأ السداد على قوة الارتداد الناتجة عن الضغط المسبق أثناء التركيب، مما يُولّد ضغط تلامس على سطح السدادة لسد مسارات التسرب.
أختام الحشيةهي الشكل الأساسي للعزل الثابت في مضخات الطرد المركزي. تعتمد على التشوه البلاستيكي للمادة لملء التشوهات الدقيقة على سطح عزل الشفة. يتطلب اختيار مادة الحشية دراسة شاملة لعوامل مثل خصائص الوسط، ودرجة حرارة التشغيل، والضغط، والتآكل.
1.2 تقنية الختم الديناميكي
تُستخدم الأختام الديناميكية بين الأجزاء ذات الحركة النسبية. وهي تتطلب متطلبات تقنية أعلى، وتتوفر بتنوع أكبر.
الأختام الميكانيكيةتُعد الأختام الميكانيكية أكثر أشكال الختم الديناميكي دقةً في مضخات التفريغ الحديثة. تتكون من حلقات دوارة وثابتة، وأختام ثانوية، ومكونات ناقل حركة، وغيرها، وتُشكل ختمًا من خلال الانزلاق النسبي للأسطح الطرفية. تتميز الأختام الميكانيكية بمعدلات تسرب منخفضة جدًا وعمر خدمة طويل، إلا أن تصنيعها أعلى تكلفةً وتتطلب دقة تركيب عالية.
الأختام المعبأةتُعد هذه السدادات من أقدم أنواع الختم. فهي تُوضع مواد تغليف قابلة للضغط والمرونة في صندوق حشو، مما يُحوّل قوة الضغط المحورية من الغدة إلى قوة ختم شعاعية. تتميز هذه السدادات ببنيتها البسيطة، وسهولة استبدالها، وانخفاض تكلفتها، وقابليتها للتكيف على نطاق واسع، إلا أنها تتميز بمعدل تسرب معين، وهي غير مناسبة للتطبيقات التي تتطلب إحكامًا شديدًا.
أختام الزيتهي نوع من سدادات الشفاه ذاتية الغلق. تتميز هذه السدادات بحجمها الصغير وسعرها المنخفض، كما أنها تمنع تسرب المواد ودخول الملوثات الخارجية، إلا أنها ضعيفة المقاومة للضغط، وتُستخدم عادةً في بيئات الضغط المنخفض.
تقنيات الختم المتقدمةتشمل أختام المتاهة، والأختام الديناميكية (على سبيل المثال، أختام الطرد)، والأختام الحلزونية، وأختام الغاز الجافتُعدّ أختام الغاز الجاف، باعتبارها أحد نماذج الأختام غير التلامسية، فعّالة في ضخ الغاز في أغشية غازية رقيقة للغاية (بسمك 1-3 ميكرومتر فقط) مُشكّلة عبر أخاديد هيدروديناميكية على الجانب الخارجي من أسطحها النهائية، مما يُحقق عدم تسرب أو انبعاث للوسط. وهي مناسبة بشكل خاص لظروف التشغيل عالية المعايير.
2. اختيار مواد الختم وعوامل الاعتبار
يعتمد أداء الأختام إلى حد كبير على اختيار المواد، الأمر الذي يتطلب دراسة شاملة لعوامل متعددة:
2.1 المواد الصلبة
بالنسبة لزوج الاحتكاك (الحلقات الدوارة والثابتة) في الأختام الميكانيكية،كربيد السيليكونو جرافيت عالي الجودة مضاد للتقرحاتخيارات شائعة. في التطبيقات التي تتضمن جسيمات، ووسائط عالية اللزوجة، وظروف ضغط عالية، غالبًا ما يُستخدم اقتران ذو سطح صلب، مثل كربيد السيليكون مع كربيد السيليكون. تتميز هذه المواد بصلابة عالية، ومقاومة ممتازة للتآكل، وثبات كيميائي.
2.2 مواد الإيلاستومر
تُستخدم للحلقات O والأختام الثانوية وما إلى ذلك.الفلوروإيلاستومريُعد خيارًا شائعًا نظرًا لخصائصه العامة الجيدة. عندما تتجاوز درجات حرارة التشغيل أو متطلبات التوافق الكيميائي حدود الإيلاستومر الفلوري،بيرفلوروإيلاستومريمكن استخدامه بدرجة حرارة تشغيل قصوى تصل إلى 290 درجة مئوية.
3.3 اختيار المواد للظروف الخاصة
بالنسبة للوسائط شديدة التآكل، تُستخدم المواد البلاستيكية المتخصصة مثلبولي تترافلوروإيثيلينو كيتون بولي إيثر إيثريجب تحديده. للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية،المواد المعدنية(مثل الفولاذ المقاوم للصدأ) أوالجرافيت الموسعيمكن اختيارها. بالنسبة لصناعات الأغذية والأدوية، يلزم استخدام مواد مانعة للتسرب مطابقة لمعايير النظافة.
2.4 اعتبارات شاملة للاختيار
يتطلب اختيار الختم موازنة عدة عوامل:متطلبات مستوى الفراغ(الفراغ الخشن، الفراغ العالي، أو الفراغ العالي جدًا)،خصائص الوسط المنقول(التآكل، وجود الجسيمات)،نطاق درجة حرارة التشغيل، ظروف الضغط، وقيود التكلفةعلى سبيل المثال، عند التعامل مع الوسائط المسببة للتآكل، تكون مقاومة المادة للتآكل هي الاعتبار الأساسي؛ بينما في ظروف درجات الحرارة العالية، تصبح مقاومة المادة لدرجة الحرارة العامل الرئيسي.
3. مواصفات التركيب والصيانة لأنظمة الختم
يعد التركيب الصحيح والصيانة القياسية أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل المستقر طويل الأمد لنظام الختم:
3.1 التحكم في دقة التثبيت
عند تركيب الأختام الميكانيكية، يجب تجنب انحراف التركيب، مع ضمان مركزية الغدة مع العمود أو الغلاف. يجب ضبط ضغط الزنبرك بدقة وفقًا للمواصفات، مع أدنى حد من الخطأ. يؤثر استواء ونظافة أسطح الختم بشكل مباشر على أداء الختم؛ فأي خدوش أو شوائب بسيطة قد تؤدي إلى تلف الختم.
3.2 عمليات التحقق قبل بدء التشغيل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
يجب إجراء اختبار هيدروستاتيكي قبل بدء التشغيل للتحقق من عدم وجود تسريبات. يجب تدوير المضخة يدويًا للتأكد من دورانها بسلاسة وانتظام. تأكد من ملء حجرة الختم بالسائل قبل بدء التشغيل لتجنب التشغيل الجاف وتلف أسطح الختم.
3.3 مراقبة التشغيل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
يُقبل حدوث تسرب طفيف فور تشغيل المضخة، ولكن من المفترض أن ينخفض بشكل ملحوظ بعد عدة ساعات من التشغيل المتواصل. في حال استمرار التسرب، يجب إيقاف المضخة للفحص. راقب تغير درجة الحرارة في منطقة مانع التسرب بدقة أثناء التشغيل؛ إذ غالبًا ما يشير التسخين غير الطبيعي إلى وجود مشكلة في مانع التسرب. تجنب نفاذ الماء من المضخة لمنع تلف أسطح مانع التسرب نتيجة الاحتكاك الجاف.
3.4 نظام الصيانة الدورية
إنشاء نظام صيانة دورية علمي، يشمل: الفحص الدوري لتسربات السدادات، ومراقبة درجة الحرارة في منطقة السدادات، وتسجيل عمر خدمة السدادات. بالنسبة للأختام الميكانيكية في المعدات الحساسة، يمكن تطبيق الصيانة التنبؤية، باستخدام تحليل الاهتزازات، ومراقبة اتجاهات درجة الحرارة، ووسائل أخرى لتحديد المشاكل المحتملة مسبقًا.
4. الخاتمة
يُعدّ نظام إحكام مضخات التفريغ مجالاً معقداً يتضمن تقنيات متعددة التخصصات. يؤثر اختيار وتركيب وصيانة الأختام بشكل مباشر على أداء مضخة التفريغ وعمرها الافتراضي. مع التطوير المستمر لمواد وعمليات جديدة، تتطور تقنية إحكام مضخات التفريغ نحو انعدام التسرب، وعمر افتراضي طويل، وموثوقية عالية. إن الفهم العميق لمبادئ وخصائص تقنيات الإحكام المختلفة، إلى جانب الاختيار العلمي والصيانة القياسية بناءً على ظروف التشغيل الفعلية، هو مفتاح ضمان كفاءة واستقرار تشغيل أنظمة التفريغ.
بالنسبة لسيناريوهات التطبيق المحددة، يوصى بالتواصل بشكل عميق مع موردي الأختام المحترفين، والاستفادة من خبراتهم وتجاربهم، واختيار حل الختم الأكثر ملاءمة لتحسين تكاليف دورة الحياة مع ضمان أداء المعدات.
وقت النشر: ١٣ أكتوبر ٢٠٢٥