Cause comuni di guasto della tenuta meccanica

Il guasto della tenuta meccanica è un problema frustrante e costoso che affligge molte attività industriali.

Dall'installazione non corretta alla contaminazione alle condizioni operative estreme, le cause potenziali sono numerose e spesso difficili da diagnosticare. Se non vengono controllate, le rotture delle guarnizioni possono portare a tempi di fermo non pianificati, perdita di produzione e riparazioni costose.

In questo articolo analizzeremo le cause più comuni di guasti delle tenute meccaniche e forniremo suggerimenti pratici per aiutarti a identificare e risolvere i problemi prima che si trasformino in problemi più gravi.

Corsa a secco

Il guasto della tenuta meccanica può verificarsi per diverse cause, tra cui il funzionamento a secco è una delle più comuni. Il funzionamento a secco si verifica quando le superfici della tenuta funzionano senza la corretta lubrificazione del fluido pompato. Ciò può essere causato da:

• Livello del fluido insufficiente nella pompa: Se il livello del fluido scende al di sotto del minimo richiesto per il corretto funzionamento della pompa, la guarnizione può seccarsi.
• Filtro di aspirazione intasato: Un filtro intasato può limitare il flusso verso la pompa, facendo sì che una quantità di fluido insufficiente raggiunga le superfici di tenuta.
• Valvola di scarico chiusa: Se la valvola di scarico viene chiusa mentre la pompa è in funzione, il fluido può riscaldarsi e vaporizzarsi, con conseguente funzionamento a secco della guarnizione.
• Valvola di ritegno bloccata: Una valvola di ritegno bloccata può impedire al fluido di raggiungere le superfici di tenuta, provocandone l'asciugatura.

Installazione non corretta

Un'installazione non corretta è un'altra causa frequente di guasto della tenuta meccanica. Alcuni problemi di installazione comuni includono:

• Disallineamento: Il disallineamento tra l'albero della pompa e quello del motore può causare vibrazioni eccessive e un'usura irregolare delle superfici di tenuta, con conseguente guasto prematuro.
• Dimensioni del sigillo non corrette: L'installazione di una guarnizione di dimensioni errate può causare perdite o un'usura accelerata.
• Serraggio eccessivo degli elementi di fissaggio: L'applicazione di una coppia eccessiva durante il serraggio degli elementi di fissaggio può deformare le superfici di tenuta, causando perdite.
• Facce di tenuta danneggiate: Le superfici di tenuta graffiate, scheggiate o altrimenti danneggiate durante l'installazione potrebbero guastarsi prematuramente.
• Gioco eccessivo dell'albero: Un gioco assiale o radiale eccessivo nell'albero può causare disallineamenti e carichi non uniformi sulle superfici di tenuta.

Contaminazione

Anche la contaminazione del fluido pompato o del fluido di lavaggio può causare guasti alla tenuta meccanica. Le fonti comuni di contaminazione includono:

• Solidi nel fluido: Particelle abrasive come sabbia, ruggine o detriti causati dall'usura possono rimanere intrappolate tra le superfici di tenuta, causando graffi e un'usura più rapida.
• Liquido di lavaggio contaminato: Se il fluido di lavaggio utilizzato per raffreddare e lubrificare la guarnizione è contaminato da solidi o sostanze chimiche incompatibili, può danneggiare le superfici della guarnizione e gli elastomeri.

Vibrazione

Vibrazioni eccessive possono causare tenute meccaniche per guastarsi prematuramente. Le fonti comuni di vibrazione includono:

• Squilibrio della pompa: Una girante o un rotore sbilanciati possono creare vibrazioni che vengono trasmesse alla guarnizione.
• Disallineamento: Un disallineamento tra la pompa e il motore può generare vibrazioni che danneggiano la guarnizione.
• Operare al di fuori del punto di massima efficienza (BEP): Far funzionare la pompa troppo lontano dal suo BEP può aumentare i livelli di vibrazione.
• Cuscinetti usurati: I cuscinetti usurati o danneggiati possono provocare movimenti eccessivi dell'albero e vibrazioni.

Incompatibilità chimica

Le tenute meccaniche sono realizzate con una varietà di materiali, tra cui metalli, ceramiche ed elastomeri. Se questi materiali non sono compatibili con il fluido pompato, può verificarsi un attacco chimico, che porta al guasto della tenuta. I problemi di compatibilità comuni includono:

• Rigonfiamento o rammollimento degli elastomeri: L'esposizione a determinate sostanze chimiche può causare elastomeri componenti di tenuta (ad esempio gli O-ring) a gonfiarsi, ammorbidirsi o degradarsi, compromettendone la capacità di tenuta.
• Attacco chimico alle superfici di tenuta: I prodotti chimici corrosivi possono corrodere o corrodere il faccia di sigillo materiali, causando maggiori perdite e riducendo la durata della guarnizione.

Condizioni operative estreme

Le tenute meccaniche sono progettate per funzionare entro intervalli di temperatura e pressione specifici. Quando esposte a condizioni oltre questi limiti, il guasto della tenuta diventa significativamente più probabile:

• Temperature elevate: L'utilizzo di una tenuta meccanica a temperature superiori ai limiti nominali provoca il degrado delle superfici di tenuta, degli elastomeri e di altri componenti.
• Alte pressioni: L'esposizione di una guarnizione a pressioni superiori alle specifiche comporta uno stress eccessivo sulle superfici della guarnizione, sulle molle e sulle guarnizioni secondarie.
• Picchi di pressione: Picchi improvvisi di pressione del sistema, anche se di breve durata, generano carichi d'urto che possono scheggiare, incrinare o fratturare completamente le superfici di tenuta.

Piano di lavaggio della guarnizione non corretto

Un piano di lavaggio della tenuta inefficace non raffredderà e pulirà adeguatamente la tenuta meccanica, con conseguenti danni da calore e contaminazione della superficie della tenuta. I problemi comuni del piano di lavaggio includono:

• Raffreddamento inadeguato: Se il fluido di lavaggio non riesce a rimuovere abbastanza calore dal camera di tenuta, la guarnizione funzionerà a temperature elevate, causando la degradazione dei componenti e dei fluidi della guarnizione. Il surriscaldamento porta alla coking dei fluidi carboniosi e alla cristallizzazione di alcune sostanze chimiche che abradono rapidamente le superfici della guarnizione.
• Contaminazione: Un piano di lavaggio deve impedire al fluido di processo e ai contaminanti ambientali di entrare nella camera di tenuta. Le particelle abrasive si incastreranno nella superficie morbida della tenuta e graffieranno la superficie dura. L'accumulo di solidi sui componenti della tenuta limita il movimento e causa l'impiccagione.
• Intrappolamento dell'aria: Le bolle d'aria che entrano nella porta di lavaggio migrano verso le superfici di tenuta dove causano corrosione, scheggiature e danni termici. L'aria disciolta nel fluido di lavaggio uscirà dalla soluzione nelle regioni a bassa pressione vicino al lato atmosferico delle superfici di tenuta.

Movimento dell'albero e runout

Le tenute meccaniche si basano su un allineamento preciso e sulla concentricità tra l'albero e le facce della tenuta. Un movimento eccessivo dell'albero o un'eccessivo runout possono causare il guasto della tenuta attraverso diversi meccanismi:

• Cuscinetti usurati: Man mano che i cuscinetti si usurano, un gioco maggiore consente all'albero di orbitare all'interno dell'involucro del cuscinetto. Questo movimento radiale dell'albero provoca uno spostamento assiale ciclico dei componenti della tenuta, con conseguenti vibrazioni, fatica e danni alla faccia della tenuta. Una grave usura dei cuscinetti può consentire il contatto tra albero e tenuta.
• Albero piegato: Una curvatura dell'albero produrrà uno spostamento assiale oscillante dei componenti della tenuta mentre l'albero ruota. Come un cuscinetto usurato, ciò impedisce alle superfici della tenuta di mantenere un contatto corretto. Il disallineamento dovuto a un albero piegato concentra il carico su un punto della superficie della tenuta, portando a un'usura prematura.

Cavitazione

La cavitazione si verifica quando la pressione localizzata del fluido scende al di sotto della pressione del vapore, formando cavità di vapore o bolle. Quando queste bolle collassano vicino alle superfici di tenuta, possono causare danni significativi:

• Erosione delle facce delle foche: L'implosione delle bolle di cavitazione genera microgetti ad alta velocità e onde d'urto che erodono progressivamente il materiale della faccia di tenuta. Le cavità e le irregolarità superficiali risultanti interrompono la planarità della faccia di tenuta e il film di fluido, causando perdite.
• Vibrazione: La cavitazione all'interno della camera di tenuta induce intense vibrazioni ad alta frequenza. Queste vibrazioni possono causare affaticamento dei componenti della tenuta, danni alla tenuta secondaria e maggiore usura dovuta a pellicole lubrificanti interrotte tra le facce.