Qual è la differenza tra tenute meccaniche singole e doppie?

Selezione dell'appropriato tenuta meccanica è fondamentale per garantire un funzionamento affidabile e sicuro delle apparecchiature di pompaggio. La scelta errata del tipo di tenuta corretto può causare perdite, danni alle apparecchiature e condizioni pericolose. Questo documento fornisce un confronto approfondito tra tenute singole e doppie tenute meccaniche, esaminandone la progettazione, i principi di funzionamento e le applicazioni per facilitare un processo decisionale informato per vari scenari industriali.

Tenute Meccaniche Singole

La caratteristica di una singola tenuta meccanica è il suo design relativamente semplice, che include due componenti principali: un anello rotante fissato sull'albero rotante dell'apparecchiatura e un anello stazionario installato saldamente sull'alloggiamento dell'apparecchiatura. Questi anelli sono realizzati con superfici molto piatte e rettificate con precisione che entrano in contatto per formare l'interfaccia di tenuta primaria.

Per mantenere un contatto costante tra queste facce, un meccanismo a molla (o soffietto in alcuni modelli) applica una forza per premere insieme gli anelli rotanti e fissi. La molla è solitamente posizionata sul lato atmosferico della guarnizione, protetta dal fluido di processo. Elementi di tenuta secondari come O-ring o guarnizioni vengono utilizzati per sigillare tra le parti fisse e l'alloggiamento della guarnizione.

Come funzionano le guarnizioni meccaniche singole

Il principio di funzionamento di una singola tenuta meccanica si basa sulla formazione di una pellicola estremamente sottile di fluido di processo tra le facce di tenuta rettificate con precisione, in genere spessa solo pochi micron. Quando l'apparecchiatura è in funzione, l'anello rotante gira con l'albero mentre l'anello stazionario rimane fissato all'alloggiamento.

L'effetto di tenuta è il risultato di un equilibrio tra la forza di chiusura fornita dalla molla e dall'idraulica del fluido e la forza di apertura prodotta dalla pressione del film di fluido stesso. La forza della molla comprime le facce insieme mentre la pressione del fluido nel film sottile cerca di allontanarle. L'equilibrio viene raggiunto quando si stabilisce un film di fluido stabile.

Quando il fluido migra dal lato ad alta pressione al lato atmosferico a bassa pressione, si verifica in genere una minima perdita di vapore dalle superfici di tenuta. Questa piccola perdita è normale e necessaria per lubrificare e raffreddare le superfici. Guasto della guarnizione può verificarsi se le superfici si surriscaldano e si seccano troppo o se la pellicola si rompe a causa di contaminazione o perdita delle proprietà del fluido.

Applicazioni delle tenute meccaniche singole

Le tenute meccaniche singole vengono utilizzate principalmente in situazioni in cui il fluido pompato presenta un rischio minimo per l'ambiente o per il personale che aziona l'apparecchiatura. Sono adatte per applicazioni industriali generali che coinvolgono fluidi compatibili con materiali di tenuta, relativamente pulito e non considerato seriamente pericoloso.

Alcune applicazioni tipiche per le tenute meccaniche singole includono:

• Pompe per acqua e acque reflue
• Lavorazione alimentare (latte, bevande, grassi animali)
• Pompe per torri di raffreddamento e HVAC
• Trasferimento chimico generale con fluidi benigni
• Servizi di idrocarburi a bassa pressione

Nell'industria chimica, petrolifera e petrolchimica, le tenute meccaniche singole vengono spesso utilizzate per un'ampia gamma di applicazioni di pubblica utilità in cui i fluidi trattati sono meno critici in termini di potenziali pericoli o impatto ambientale. Per applicazioni più impegnative che coinvolgono fluidi pericolosi, infiammabili o sensibili all'ambiente, vengono spesso richieste tenute meccaniche doppie per fornire un ulteriore livello di protezione e ridondanza.

Doppie Tenute Meccaniche

Le tenute meccaniche doppie sono una soluzione di tenuta più avanzata e robusta rispetto alle tenute singole. Sono costituite da due tenute meccaniche singole disposte in serie, che forniscono un ulteriore strato di protezione contro perdite e guasti.

I due componenti principali di una doppia tenuta sono la tenuta interna (primaria) e la tenuta esterna (secondaria). La tenuta interna è posizionata più vicina al fluido di processo da sigillare, mentre la tenuta esterna si trova sul lato atmosferico del gruppo. Tra queste due tenute è presente una cavità riempita con un fluido tampone o un fluido barriera.

La presenza di questa cavità piena di fluido è una caratteristica distintiva delle tenute meccaniche doppie. Svolge diverse funzioni importanti, come la lubrificazione facce di foca, dissipando il calore e impedendo l'ingresso di contaminanti. Il fluido viene in genere fatto circolare e mantenuto tramite un sistema di supporto esterno, che può includere un serbatoio, pompe, scambiatori di calore e dispositivi di monitoraggio.

Come funzionano le tenute meccaniche doppie

Il funzionamento delle tenute meccaniche doppie si basa su un meccanismo di tenuta a due stadi. Il ruolo principale della tenuta interna è quello di contenere il fluido di processo all'interno della pompa o dell'involucro dell'apparecchiatura, impedendone la fuoriuscita. Agisce come prima linea di difesa contro le perdite ed è progettata per resistere alla piena pressione e temperatura del fluido di processo.

La guarnizione esterna, d'altro canto, ha due funzioni principali. Innanzitutto, serve a contenere il tampone o fluido di barriera all'interno della cavità tra le guarnizioni. In secondo luogo, funge da guarnizione di riserva, catturando qualsiasi piccola perdita che potrebbe verificarsi oltre la guarnizione interna e impedendone la fuoriuscita nell'atmosfera.

La pressione del fluido nella cavità svolge un ruolo cruciale nelle prestazioni di tenuta delle guarnizioni doppie. Quando si utilizza un fluido tampone, la sua pressione è in genere mantenuta a un livello inferiore alla pressione del fluido di processo. In questa configurazione, il fluido tampone cattura e contiene qualsiasi perdita dalla guarnizione interna, impedendo che raggiunga la guarnizione esterna o l'ambiente.

In alternativa, quando si utilizza un fluido barriera, la sua pressione è solitamente mantenuta più alta della pressione del fluido di processo. Ciò crea una barriera fisica completa tra il fluido di processo e l'atmosfera. Se si verifica una perdita attraverso la guarnizione interna, viene indirizzata nuovamente nel fluido di processo anziché fuoriuscire all'esterno.

Tipi di disposizioni di tenuta meccanica doppia

Disposizione Back-to-Back

In una disposizione back-to-back, le facce rotanti delle due guarnizioni sono orientate in direzione opposta l'una dall'altra. Ciò crea una cavità tra le guarnizioni in cui un fluido di barriera, pressurizzato più a camera di tenuta pressione, può circolare.

Il fluido barriera fornisce lubrificazione alle superfici di tenuta e assorbe qualsiasi perdita che potrebbe verificarsi. Questa disposizione è adatta per applicazioni che coinvolgono fluidi di processo volatili, pericolosi o costosi, in quanto contiene efficacemente qualsiasi perdita all'interno del sistema del fluido barriera.

Le guarnizioni back-to-back offrono eccellenti prestazioni di tenuta e capacità di backup della pressione completa in una lunghezza assiale relativamente compatta. Tuttavia, possono essere più costose rispetto alle guarnizioni singole o guarnizioni tandem e richiedono più spazio assiale in alcune installazioni.

È importante notare che mentre una perdita di fluido di barriera manterrà entrambe le guarnizioni chiuse, un guasto della guarnizione interna può portare alla contaminazione del fluido di processo da parte del fluido di barriera. Inoltre, le facce della guarnizione esterna in una configurazione back-to-back hanno in genere una pressione nominale inferiore rispetto alle facce della guarnizione interna.

Disposizione in tandem (faccia a faccia)

Una disposizione tandem, nota anche come disposizione faccia a faccia, ha entrambe le guarnizioni orientate nella stessa direzione, installate in serie. La guarnizione interna (primaria) gestisce la pressione completa del fluido di processo, mentre la guarnizione esterna (secondaria) funge da backup.

In questa configurazione, un fluido tampone, mantenuto a una pressione inferiore a quella del fluido di processo, circola tra le due tenute. Le tenute tandem sono preferite per la tenuta di fluidi e gas tossici e pericolosi, nonché per la movimentazione di solidi e fluidi contaminati. Presentano inoltre una migliore tolleranza all'albero disallineamento rispetto ad altre disposizioni.

Tuttavia, le guarnizioni tandem generalmente richiedono più spazio assiale e aumentano la complessità e il costo complessivi del sistema. Se la guarnizione interna si rompe, la guarnizione esterna diventa l'unica barriera che impedisce le perdite e le sue prestazioni di tenuta possono essere inferiori rispetto a una disposizione back-to-back.

Disposizione faccia a faccia

La disposizione faccia a faccia posiziona le facce rotanti delle due guarnizioni l'una verso l'altra, formando una camera sigillata tra di esse. Questo design può utilizzare sia un fluido tampone che di barriera e spesso impiega un componente stazionario condiviso per entrambe le guarnizioni.

Sigilli faccia a faccia Sono particolarmente utili in apparecchiature con spazi limitati e possono gestire efficacemente solidi e fluidi contaminati. Sono anche in grado di tollerare situazioni di pressione inversa. Il design compatto e semplice consente una maggiore corsa assiale e, in alcuni casi, il fluido barriera può fungere da refrigerante.

Uno svantaggio significativo delle guarnizioni faccia a faccia è che la guarnizione esterna non può fornire un backup a pressione completa. Inoltre, la dipendenza da un componente stazionario comune significa che un guasto di questo componente potrebbe portare al guasto di entrambe le guarnizioni.

Le differenze tra tenute meccaniche singole e doppie