Cos'è l'anello di pompaggio

Cos'è l'anello di pompaggio

Gli anelli di pompaggio sono componenti delle tenute meccaniche che aiutano a far circolare il fluido tra le facce della tenuta. Una tenuta meccanica previene le perdite creando una tenuta tra un albero rotante e un alloggiamento fisso. L'anello di pompaggio crea un'azione di pompaggio che fa circolare il fluido attraverso le facce della tenuta, fornendo lubrificazione e raffreddamento.

Come funzionano gli anelli di pompaggio

L'anello di pompaggio presenta sulla sua superficie delle scanalature angolari che fungono da piccole pompe. Mentre l'albero ruota, queste scanalature pompano il fluido dall'esterno verso le facce della tenuta. Il fluido scorre quindi attraverso le facce della tenuta, lubrificandole e raffreddandole.

Qual è lo scopo dell'anello di pompaggio

Lo scopo principale di un anello di pompaggio è creare un flusso vorticoso di fluido barriera a circuito chiuso tra le guarnizioni interne ed esterne in una cartuccia a doppia tenuta. Questa circolazione aiuta a:

1. Raffreddare le tenute meccaniche trasferendo il calore lontano dalle facce della tenuta.
2. Lubrificare le facce della tenuta per ridurre l'usura e l'attrito.
3. Mantiene una pressione più elevata nella camera della tenuta rispetto al fluido di processo, prevenendo la contaminazione e prolungando la durata della tenuta.
4. Fornire un mezzo per far circolare il fluido barriera senza la necessità di un serbatoio esterno o di un sistema di pompaggio.

Tipi di anelli di pompaggio

Esistono tre tipologie principali di anelli pompanti utilizzati nelle tenute meccaniche:

Giranti a flusso radiale a palette forate

Le giranti a flusso radiale con pale forate sono uno dei tipi più comuni di anelli pompanti. Sono costituiti da una serie di pale radiali o fori praticati nella girante, che creano un differenziale di pressione durante la rotazione della girante. Questo differenziale di pressione guida il fluido barriera dalla regione ad alta pressione vicino al diametro esterno della girante alla regione a bassa pressione vicino al diametro interno, creando una circolazione a circuito chiuso.

Le giranti a flusso radiale con pale forate sono relativamente semplici da produrre e possono fornire buone portate e caratteristiche di prevalenza, rendendole adatte per un'ampia gamma di applicazioni.

Flusso radiale mediante fessure

Gli anelli di pompaggio a flusso radiale che utilizzano fessure funzionano secondo un principio simile a quelli con pale forate ma presentano una serie di fessure o scanalature radiali lavorate nella girante invece dei fori. Mentre la girante ruota, le fessure creano un differenziale di pressione che spinge il fluido barriera dal diametro esterno a quello interno, creando una circolazione a circuito chiuso.

Gli anelli di pompaggio a flusso radiale scanalati possono offrire caratteristiche di flusso migliorate rispetto ai design a palette forate, poiché le fessure forniscono un percorso del flusso più continuo e riducono la separazione del flusso e la turbolenza. Tuttavia, potrebbero essere più complessi da produrre e potrebbero non essere adatti a tutte le applicazioni.

Flusso assiale mediante scanalature a spirale

Gli anelli di pompaggio a flusso assiale che utilizzano scanalature a spirale sono progettati per creare un percorso di flusso elicoidale per il fluido barriera mentre la girante ruota. Le scanalature a spirale sono ricavate sulla faccia della girante e, mentre la girante ruota, il fluido barriera viene spinto lungo le scanalature dal diametro esterno al diametro interno, creando una circolazione a circuito chiuso.

Gli anelli di pompaggio a flusso assiale con scanalature a spirale possono fornire eccellenti portate e caratteristiche di prevalenza, in particolare a velocità di rotazione elevate. Sono spesso utilizzati in applicazioni in cui sono richieste portate elevate e basse perdite di carico, come nelle turbomacchine e nei compressori ad alta velocità.

Tuttavia, gli anelli di pompaggio a flusso assiale possono essere più complessi da progettare e produrre rispetto ai modelli a flusso radiale e le loro prestazioni possono essere più sensibili ai cambiamenti nelle condizioni operative e nelle proprietà del fluido.

Applicazioni degli anelli di pompaggio

PIANO API 23

API PLAN 23 copre i requisiti per gli anelli di pompaggio utilizzati nelle tenute meccaniche per pompe centrifughe. Specifica i materiali, le dimensioni e le tolleranze di fabbricazione degli anelli di pompaggio. Il piano è applicabile agli anelli di pompaggio utilizzati in vari settori, tra cui petrolio e gas, chimico e produzione di energia.

PIANO API 52

API PLAN 52 fornisce linee guida per la progettazione e il collaudo di tenute meccaniche utilizzate in pompe centrifughe e rotative. Copre i requisiti per gli anelli di pompaggio, inclusi materiali, dimensioni e procedure di collaudo. Il piano è ampiamente utilizzato nel settore petrolifero e del gas.

PIANO API 53

API PLAN 53 è uno standard per la progettazione e il collaudo delle tenute meccaniche utilizzate nelle pompe alternative. Specifica i requisiti per gli anelli di pompaggio, inclusi materiali, dimensioni e metodi di prova. Questo piano è comunemente utilizzato nell'industria petrolifera e del gas per le pompe alternative.

Prestazioni dell'anello di pompaggio

Requisiti di portata

Una delle considerazioni principali sulle prestazioni dell'anello di pompaggio è la portata richiesta del fluido barriera. La portata deve essere sufficiente a mantenere un film fluido stabile tra le facce della tenuta, rimuovere il calore generato dall'attrito e impedire l'ingresso di fluidi di processo.

Curve di prestazione dell'anello di pompaggio

Le prestazioni dell'anello di pompaggio sono tipicamente caratterizzate da curve di prestazione che tracciano la portata rispetto alla prevalenza generata dall'anello di pompaggio a varie velocità di rotazione.

Curve del sistema di tubazioni

La curva del sistema di tubazioni rappresenta la caduta di pressione attraverso le tubazioni, i raccordi e gli altri componenti nel circuito di circolazione. L'intersezione della curva delle prestazioni dell'anello di pompaggio e della curva del sistema di tubazioni determina la velocità di circolazione effettiva del fluido barriera nel sistema.

Fattori che influenzano le prestazioni dell'anello di pompaggio

Diversi fattori possono influenzare le prestazioni degli anelli di pompaggio nelle applicazioni di tenuta meccanica.

Diametro e velocità

Diametri maggiori e velocità di rotazione più elevate generalmente determinano una maggiore capacità di portata e prevalenza.

Autorizzazioni e porting

Gli spazi tra l'anello di pompaggio e i componenti fissi, nonché le dimensioni e la posizione delle porte di ingresso e uscita, influiscono in modo significativo sulle prestazioni dell'anello di pompaggio. Giochi più piccoli possono aumentare la prevalenza generata dall'anello di pompaggio ma possono anche comportare maggiori perdite per attrito e generazione di calore.

Proprietà dei fluidi

Le proprietà del fluido barriera, come viscosità, densità e comprimibilità, svolgono un ruolo cruciale nelle prestazioni dell'anello di pompaggio. I fluidi a viscosità più elevata possono richiedere giochi e porte più ampi per mantenere portate adeguate, mentre i fluidi a viscosità più bassa possono consentire giochi più piccoli e capacità di generazione di pressione migliorate. Per garantire un funzionamento affidabile a lungo termine è necessario considerare anche la compatibilità del fluido barriera con i materiali della guarnizione e con il fluido di processo.