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Quali sono le parti della tenuta meccanica

Curiosi di conoscere i componenti che compongono una tenuta meccanica?

In questo post del blog analizzeremo le parti principali di una tenuta meccanica e ne spiegheremo le funzioni.

Alla fine, avrai una chiara comprensione di come funzionano questi dispositivi di sigillatura critici.

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Componenti di tenuta primari

I componenti di tenuta primari di una tenuta meccanica sono le facce di tenuta, note anche come anelli di tenuta. Questi componenti lavorati con precisione creano l'interfaccia di tenuta principale che impedisce perdite di fluido tra l'albero rotante e l'alloggiamento fisso.

Le facce della tenuta sono costituite da due parti principali:

  1. Faccia stazionaria (anello primario): Questo componente è fissato all'alloggiamento fisso dell'apparecchiatura, ad esempio il corpo della pompa. La faccia stazionaria rimane in una posizione fissa e non ruota con l'albero.
  2. Faccia rotante (anello di accoppiamento): Questo componente è fissato e ruota con l'albero. La faccia rotante è caricata a molla per mantenere il contatto con la faccia stazionaria, adattandosi a eventuali piccoli movimenti o disallineamenti dell'albero.

Disposizioni delle facce di tenuta

  • Tenute bilanciate: Hanno un'area più piccola esposta alla pressione del fluido sigillato, riducendo la forza di chiusura e determinando una minore generazione di calore e usura.
  • Guarnizioni sbilanciate: Hanno un'area più ampia esposta alla pressione del fluido sigillato, creando una forza di chiusura maggiore. Hanno un design più semplice ma possono avere tassi di usura più elevati.
  • Guarnizioni tandem: Sono dotati di due serie di facce di tenuta disposte in serie, che forniscono una tenuta di riserva nel caso in cui la tenuta primaria si guasti.
  • Doppie guarnizioni: Sono costituiti da due serie di facce di tenuta con un fluido barriera tra di loro, che isola il fluido di processo dall'atmosfera.

Pellicola fluida

Tra le facce viene mantenuta una sottile pellicola di fluido, solitamente proveniente dal fluido di processo stesso o da una fonte esterna, per ridurre l'attrito, la generazione di calore e l'usura. Il film fluido contribuisce inoltre a portare via l'eventuale calore generato dal contatto tra le facce rotanti e quelle stazionarie.

Le facce della tenuta sono lappate fino ad ottenere una planarità molto elevata, spesso all'interno di poche bande chiare, per ridurre al minimo le perdite. Il piccolo spazio tra le facce, tipicamente intorno a 1 micron, consente il passaggio di una quantità controllata di fluido per la lubrificazione mantenendo la perdita al minimo, pari a 10 gocce all'ora.

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Componenti di tenuta secondari

O-ring

Gli O-ring sono il tipo più comune di tenuta secondaria utilizzata nelle tenute meccaniche. L'O-ring si trova in una scanalatura e viene compresso tra due superfici, formando una tenuta ermetica che impedisce perdite.

Gli O-ring vengono utilizzati sia in applicazioni statiche che dinamiche all'interno della tenuta meccanica. Per la tenuta statica tra componenti fissi, l'O-ring viene compresso fino a raggiungere un gioco pari a zero in modo che non possa passare alcun fluido. Nella tenuta dinamica, l'O-ring consente un certo movimento mantenendo la tenuta.

Zeppe e V-Ring

I cunei e gli anelli a V sono guarnizioni elastomeriche di forma speciale utilizzate in alcuni progetti di tenute meccaniche come alternative agli O-ring. Come suggerisce il nome, i cunei hanno una sezione trasversale triangolare mentre gli anelli a V sembrano una “V”.

Questi profili personalizzati consentono ai cunei e agli anelli a V di sigillare in modo più efficace in determinate situazioni rispetto agli O-ring. Le superfici angolate creano una tenuta più stretta quando compresse. I cunei vengono spesso utilizzati per la sigillatura unidirezionale, dove sono energizzati dalla pressione sigillata stessa. Gli anelli a V possono fornire una tenuta bidirezionale.

Guarnizioni

Le guarnizioni sono i tipi più semplici di tenute secondarie. Di solito sono semplicemente pezzi piatti di materiale sigillante compressi tra due superfici fisse.

Le guarnizioni sono fustellate da materiali in fogli e utilizzate per aree di tenuta più grandi. Le guarnizioni sono comuni per sigillare i giunti esterni di un gruppo di tenuta meccanica.

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Componenti meccanici di carico e azionamento

Sorgenti

Le molle sono comunemente utilizzate nelle tenute meccaniche per fornire la forza di chiusura che mantiene le facce della tenuta in contatto. Esistono alcuni tipi principali:

  • Molle elicoidali singole: Un design semplice che utilizza una grande molla elicoidale per caricare la guarnizione. Sebbene economiche, le molle singole possono essere soggette a intasamenti e non forniscono un carico uniforme.
  • Molle elicoidali multiple: Vengono utilizzate diverse molle più piccole invece di una molla grande. Ciò consente un carico più uniforme sulle facce della tenuta e riduce gli intasamenti. Le molle possono anche essere realizzate con materiali resistenti alla corrosione e agli agenti chimici.
  • Molle d'onda: Una molla a forma di onda singola che occupa meno spazio assiale rispetto alle molle elicoidali. Le molle ondulate forniscono un carico più uniforme ma richiedono una produzione speciale.

Soffietto

I soffietti sono un'altra opzione per caricare le tenute meccaniche. I soffietti metallici sono gruppi saldati che agiscono come una molla, ma fungono anche da tenuta secondaria tra i componenti rotanti e fissi.

I soffietti forniscono un'eccellente risposta al movimento dell'albero ed eliminano gli O-ring dinamici che possono bloccarsi e causare danni. Sono ideali per ambienti ad alta temperatura, alta pressione e chimicamente aggressivi.

Meccanismi di azionamento

Oltre alle molle o ai soffietti che forniscono la forza di chiusura, le tenute meccaniche necessitano di un modo per azionare la rotazione dei componenti della tenuta. I meccanismi di azionamento comuni includono:

  • Trasmissione in elastomero: Utilizza una parte in gomma flessibile per trasmettere la rotazione. Semplice ed economico ma limitato a velocità e temperature inferiori.
  • Spinta positiva: Perni, alette o chiavi bloccano insieme i componenti della tenuta per la rotazione. Consente velocità e temperature più elevate rispetto alle trasmissioni elastomeriche.
  • Guida primaverile: I perni o le alette di guida sono incorporati nelle molle stesse. Elimina i componenti di azionamento separati ma richiede un'attenta progettazione.
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Ferramenta metallica e componenti strutturali

Camera premistoppa e tenuta

Il premistoppa è il componente metallico che mantiene le parti fisse della tenuta meccanica in posizione contro la camera di tenuta o il corpo della pompa. Il premistoppa è dotato di porte per consentire la circolazione di un fluido barriera o per collegare un piano di lavaggio alla camera di tenuta.

La camera di tenuta è la cavità nel corpo della pompa o un componente separato in cui è installata la tenuta meccanica. Contiene il fluido di processo su un lato delle facce della tenuta. La camera di tenuta deve essere progettata per favorire la corretta circolazione del fluido di processo sulle facce della tenuta per portare via il calore ed eventuali solidi.

Manica e albero

Il manicotto è un componente cilindrico che si inserisce sopra l'albero della pompa nella zona in cui è installata la tenuta meccanica. Il suo scopo è proteggere l'albero dall'usura e dalla corrosione da parte del fluido di processo. Ha una superficie lavorata con precisione per fornire una superficie di scorrimento regolare per la faccia rotante della tenuta.

In alcuni modelli, la faccia rotante della tenuta meccanica è montata direttamente sull'albero della pompa anziché su un manicotto. Tuttavia, i manicotti sono più comunemente utilizzati, poiché consentono una manutenzione più semplice della tenuta senza la necessità di rimuovere l'albero.

Collari, flange e anelli di bloccaggio

Collari, flange e anelli di bloccaggio vengono utilizzati per posizionare assialmente e fissare le parti rotanti del tenuta meccanica sull'albero o sul manicotto.

Un collare è un componente cilindrico che scorre sul manicotto o sull'albero ed è bloccato in posizione, solitamente tramite viti di fissaggio. Fornisce una superficie per il montaggio del gruppo della faccia rotante e trasmette anche la coppia per azionare la faccia rotante.

Le flange sono componenti a forma di anello che svolgono una funzione simile ai collari nel posizionamento e nell'azionamento dei componenti della tenuta rotante. Solitamente sono sigillati sull'albero o sul manicotto con O-ring.

Gli anelli di bloccaggio vengono utilizzati per posizionare assialmente componenti come il premistoppa di tenuta sull'albero. Si inseriscono nelle scanalature lavorate sull'albero o sul manicotto e si bloccano in posizione per impedire il movimento assiale.

Cartucce di tenuta e unità preassemblate

Molte tenute meccaniche oggi vengono fornite come cartucce preassemblate anziché come singoli componenti. Una cartuccia di tenuta contiene tutte le parti della tenuta, compresi premistoppa, manicotto, facce, tenute secondarie e hardware preassemblati e impostati in fabbrica.

Le tenute a cartuccia consentono un'installazione più semplice e precisa, poiché le dimensioni critiche della tenuta e il carico frontale sono preimpostati. L'unità completa può essere installata sull'albero come componente singolo.

Alcune tenute meccaniche sono disponibili anche come unità complete preassemblate con il corpo della pompa, note come gruppi camera di tenuta o SCA. Queste unità drop-in contengono la tenuta meccanica e la camera di tenuta con tutte le tubazioni e gli accessori preinstallati.

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Materiali delle parti di tenuta e criteri di selezione

Materiali frontali e proprietà tribologiche

Le facce di tenuta sono le superfici di tenuta primarie che impediscono le perdite. Sono generalmente realizzati con materiali duri e resistenti all'usura. I due tipi principali di combinazioni di materiali frontali sono:

  1. Combinazioni di facce dure-dure : In questa configurazione, sia la faccia fissa che quella rotante sono realizzate in materiali duri come carburo di silicio, carburo di tungsteno o ceramica. Le combinazioni duro-duro garantiscono un'eccellente resistenza all'usura e dissipazione del calore. Sono adatti per applicazioni ad alta velocità, alta pressione e alta temperatura.
  2. Combinazioni di facce dure-morbide: In questo caso, una faccia è costituita da un materiale duro mentre l'altra è un materiale più morbido come la grafite di carbonio. La faccia morbida si adatta alla faccia dura, creando una tenuta ermetica. Le combinazioni duro-morbido generano una generazione di calore inferiore e sono migliori per applicazioni a bassa pressione e bassa velocità.

Le facce devono avere un basso coefficiente di attrito ed elevata resistenza all'usura per ridurre al minimo la generazione di calore e prolungare la durata della tenuta.

Il limite PV (pressione-velocità) è un parametro chiave che indica la combinazione massima di pressione e velocità che i materiali del frontale possono sopportare senza eccessiva usura o generazione di calore.

Elastomeri di tenuta secondari e compatibilità

Elastomeri come la gomma nitrilica (NBR), il fluoroelastomero (FKM) e il monomero di etilene propilene diene (EPDM) sono scelte comuni per le tenute secondarie.

La scelta dell'elastomero dipende dalla sua compatibilità con il fluido di processo, l'intervallo di temperatura e la resistenza chimica.

Ad esempio, l'EPDM è adatto per acqua e sostanze chimiche leggere, mentre l'FKM è migliore per applicazioni chimiche aggressive e ad alta temperatura.

Materiali dei componenti metallici e resistenza alla corrosione

I componenti metallici sono generalmente realizzati in acciaio inossidabile, ottone o altre leghe resistenti alla corrosione.

La scelta del metallo dipende dalla corrosività del fluido di processo e dall'ambiente operativo. Ad esempio, l’acciaio inossidabile 316 è una scelta comune per applicazioni generiche, mentre l’Hastelloy o il titanio possono essere necessari per prodotti chimici altamente corrosivi.

Considerazioni su temperatura, pressione, velocità e mezzi

Le alte temperature possono degradare gli elastomeri e causare dilatazione termica delle parti metalliche.

Le alte pressioni possono causare deformazioni e perdite se i materiali non sono sufficientemente resistenti.

La velocità dell'attrezzatura rotante influisce sul limite PV e sulla generazione di calore delle facce della tenuta.

Anche la composizione chimica, la viscosità e l'abrasività dei mezzi influenzano la compatibilità dei materiali e la resistenza all'usura.

Quali sono i punti di una tenuta meccanica

Una tenuta meccanica ha tre punti di tenuta principali: tra le facce di tenuta stazionarie e rotanti, tra il componente di tenuta stazionario e il corpo della pompa e tra il componente di tenuta rotante e l'albero.

È possibile utilizzare la molla al tantalio in una tenuta meccanica?

Sì, la molla al tantalio può essere utilizzata in una tenuta meccanica. Il tantalio è un metallo forte e resistente alla corrosione che mantiene la sua elasticità alle alte temperature, rendendolo adatto all'uso come materiale per molle nelle tenute meccaniche.

Una parte fissa o rotante rimane in contatto con il fluido della pompa in una tenuta meccanica

In una tenuta meccanica, la parte stazionaria rimane in costante contatto con il fluido della pompa. La parte rotante invece è collegata all'albero rotante e non tocca direttamente il fluido.

Perché viene utilizzata una tenuta meccanica in una pompa sul lato della girante

Una tenuta meccanica è installata sul lato della girante di una pompa per evitare perdite di fluido lungo l'albero rotante.

La tenuta mantiene il confine di pressione tra l'interno della pompa e l'atmosfera, garantendo un funzionamento efficiente e prevenendo la contaminazione.

Conclusione

In sintesi, comprendere le parti di una tenuta meccanica è fondamentale per garantire l'integrità e l'efficienza di un sistema di tenuta in varie applicazioni.

Scopri di più su come questi componenti interagiscono per prevenire perdite e mantenere la pressione del sistema visitando la nostra guida dettagliata sulle tenute meccaniche.

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