חלקי המשאבה

אטם מכני

אטם מכני הוא רכיב מכני נפוץ בשמוש במשאבות צנטרפוגליות, מדחסים, ממסרות וכדומה. בכל מקרה בו נתון ציר סובב החודר מחיצה המפרידה בין שני זורמים (נוזלים או גאזים), יש צורך באטם שימנע מעבר זורם א' לכוון זורם ב' סביב הקף הציר. קיימים סוגים רבים של אטמים לביצוע המשימה - סוג האטם יבחר לפי תנאי העבודה (לחצים, מהירויות, טמפרטורות, סוגי הזורמים), הגאומטריה הנתונה ודרישות נוספות כגון אורך חיים, הספק נצרך, רמת האטימה ומחיר.

 המושג אטם מכני מתאר רכיב הבנוי בעיקרו מחומרים מכניים קשים הכוללים אלמנטים  טריבולוגיים (עמידים בחכוך ושחיקה), מתכות אקזוטיות, קפיצים ואלסטומרים. קיימים שני סוגים עיקריים של אטמים מכניים:

• אטמי מצח (או אטמי פנים).
• אטמים הקפיים.

אטמי פנים הם המקובלים ביותר, בעיקר בתעשיות. אטמים הקפיים מופיעים בצורה יותר משמעותית במוצרים אויריים, בעיקר במנועי סילון. היתרון העיקרי של אטמי מצח הוא בשעור זליגתם הנמוך. היתרון העיקרי של אטמים הקפיים הוא ביכולתם לשאת תנועות ציריות גדולות. 

חומרי המבנה של אטמים מכניים הם שונים ומורכבים.

חבלי אטימה

 אטימה בעזרת חבלים היא שיטה היסטורית שנמצאת בשמוש מאות ואולי אלפי שנים - מרגע שהומצא הגלגל ובמקביל אליו הציר והמיסב, בני אנוש התחילו לתכנן ולבנות מכונות סובבות. החברה החקלאית בעיקרה נזקקה להעברת מים ממקורם למקום שימושם ובמשך השנים נתקלה בצורך לאטימת צירים שסבבו במים.

שיטות האטימה המקוריות השתמשו בחבלים מחומרים טבעיים ובצורה דומה לשימוש המודרני. צורת החתך של חבלי האטימה המקובלים התפתחה לחתך ריבועי המתאים את עצמו באופן טבעי לצורה המלבנית של בתי האטימה - Stuffing Box. במקביל, במיוחד במאה האחרונה, התפתחו שיטות השזירה ומבחר החומרים של סיבי האטימה בצורה מרשימה ואיפשרו אטימה של נוזלים שונים בטווח לחצים ומהירויות גדול.

מגבלות חבלי האטימה המקובלים ממוקדות בשתי נקודות:

• רמת נזילה גבוהה
• שחיקה של ציר המשאבה והחבל

רמת הנזילה הסבירה של חבל אטימה היא 4 סמ"ק בדקה השווה ל -  2079 ליטר לשנה למשאבה ממוצעת. רמת נזילה כזו מובילה לעלויות גבוהות. עדייין לא נמצאה דרך להוריד את רמת הזליגה של חבלי אטימה לזו של אטמים מכניים.

שחיקת ציר המשאבה (או השרוול) גורמת לחיכוך גבוה, איבוד אנרגיה חשמלית שאיש אינו טורח למדוד ונזק משמעותי לציוד. לאחרונה פותח חבל אטימה בעל חתך לא ריבועי שמקטין את בלאי הציר והחבל עד פי 10 מהמקובל בחתך ריבועי. השג זה הושג באמצעות שינוי החתך לטרפזי - חתך המנטרל את דחיסת החבל באיזור הציר ולפיכך מקטין את הלחץ המכני של החבל על הציר לרמה המינימלית הדרושה לאטימה. לחץ מינימלי זה הוא שמאפשר בלאי נמוך ללא זליגה יתרה.

אטם מכאני כפול

השמוש באטמים כפולים נובע בדרך כלל מאחת משתי סיבות:

א) החומר הנאטם הוא רעיל ושיקולי בטיחות מחייבים הזרקת נוזל חוצץ (Buffer fluid)   בין החומר הנאטם לאטמוספירה.

ב) החומר הנאטם הוא הרסני לאטם מכני בודד ויש צורך לסוך את האטם בנוזל חוצץ בעל תכונות סיכה סבירות.

רמת החומרה של מקרה א', מקרה ב' או שילוב של שניהם יכתיב את אופי האטם הכפול. קיימים שני סוגים בסיסיים של אטם כפול:

א) אטם כפול "גב אל גב" (Double Seal). נפוץ בתעשיה הכימית. סידור זה מחייב מערכת סחרור של הנוזל החוצץ שבו הלחץ גבוה מזה של הנוזל הנאטם. הלחץ הגבוה של הנוזל החוצץ מבטיח שנוזל נאטם לא יחדור לנוזל החוצץ. אין לאפשר ללחץ הנוזל החוצץ לרדת מלחץ הנוזל הנאטם מכיון שהאטם הבא במגע עם הנוזל הנאטם עלול להפרץ ולזהם את איזור החיץ.

ב) אטם כפול "טורי" (Tandem Seal). סידור זה פחות נפוץ בתעשיה הכימית. בתכנון זה הנוזל החוצץ בדר"כ מסוחרר בין שני האטמים בלחץ נמוך מזה של הנוזל הנאטם - ברוב המקרים בלחץ קרוב ללחץ אטמוספירי. תכנון זה אינו מבטיח את ניטרול זליגת הנוזל הנאטם לתוך הנוזל החוצץ אך ברור שריכוזו יהיה נמוך לעין שיעור. היתרון של סידור זה הוא בכך שהאטם הבא במגע עם הנוזל הנאטם פועל כאטם פנימי ולפיכך המצחים פחות חשופים לשחיקה של מוצקים מאשר בתצורת "גב אל גב".