Cos'è l'anello di pompaggio
Gli anelli di pompaggio sono componenti nelle tenute meccaniche che aiutano a far circolare il fluido tra facce di foca. UN tenuta meccanica impedisce 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 superfici di tenuta, garantendo lubrificazione e raffreddamento.
Come funzionano gli anelli di pompaggio
L'anello di pompaggio presenta delle scanalature angolate sulla sua superficie che fungono da piccole pompe. Durante la rotazione dell'albero, queste scanalature pompano il fluido dall'esterno verso le superfici di tenuta. Il fluido scorre quindi attraverso le superfici di tenuta, lubrificandole e raffreddandole.
Qual è lo scopo dell'anello di pompaggio?
Lo scopo principale di un anello di pompaggio è quello di creare un flusso vorticoso a circuito chiuso di fluido barriera tra le guarnizioni interna ed esterna in una cartuccia a doppia tenuta. Questa circolazione contribuisce a:
- Raffreddare le tenute meccaniche trasferendo il calore lontano dalle superfici di tenuta.
- Lubrificare le superfici di tenuta per ridurre l'usura e l'attrito.
- Mantenere un livello più alto pressione nella guarnizione camera rispetto al fluido di processo, prevenendo la contaminazione ed estendendo vita di foca.
- 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 tipi principali di anelli di pompaggio utilizzati nelle tenute meccaniche:
Giranti a flusso radiale con palette forate
Le giranti a flusso radiale con palette forate sono uno dei tipi più comuni di anelli di pompaggio. Sono costituite da una serie di palette radiali o fori praticati nella girante, che creano una differenza di pressione durante la rotazione della girante. Questa differenza di pressione spinge il fluido di barriera dalla zona ad alta pressione, in prossimità del diametro esterno della girante, alla zona a bassa pressione, in prossimità del diametro interno, creando una circolazione a circuito chiuso.
Le giranti a flusso radiale con palette forate sono relativamente semplici da realizzare e possono garantire buone portate e caratteristiche di prevalenza, rendendole adatte a un'ampia gamma di applicazioni.
Flusso radiale mediante fessure
Gli anelli di pompaggio a flusso radiale con fessure funzionano secondo un principio simile a quelli con palette forate, ma presentano una serie di fessure o scanalature radiali ricavate nella girante anziché fori. Durante la rotazione della girante, le fessure creano un differenziale di pressione che spinge il fluido di barriera dal diametro esterno a quello interno, creando una circolazione a circuito chiuso.
Gli anelli di pompaggio radiali scanalati possono offrire caratteristiche di flusso migliori rispetto ai modelli a palette forate, poiché le scanalature garantiscono un percorso di flusso più continuo e riducono la separazione e la turbolenza del flusso. Tuttavia, possono essere più complessi da realizzare e potrebbero non essere adatti a tutte le applicazioni.
Flusso assiale mediante scanalature a spirale
Gli anelli di pompaggio a flusso assiale con scanalature a spirale sono progettati per creare un percorso di flusso elicoidale per il fluido barriera durante la rotazione della girante. Le scanalature a spirale sono ricavate sulla superficie della girante e, durante la rotazione della girante, il fluido barriera viene spinto lungo le scanalature dal diametro esterno a quello interno, creando una circolazione a circuito chiuso.
Gli anelli di pompaggio a flusso assiale con scanalature a spirale possono fornire eccellenti caratteristiche di portata e prevalenza, in particolare ad alte velocità di rotazione. Sono spesso utilizzati in applicazioni che richiedono 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 alle variazioni delle condizioni operative e delle proprietà del fluido.
Applicazioni degli anelli di pompaggio
PIANO API 23
PIANO API 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 per gli anelli di pompaggio. Il piano è applicabile agli anelli di pompaggio utilizzati in vari settori, tra cui petrolio e gas, chimica e produzione di energia.
PIANO API 52
PIANO API 52 Fornisce linee guida per la progettazione e il collaudo delle tenute meccaniche utilizzate nelle 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 nel settore petrolifero e del gas per le pompe alternative.
Prestazioni dell'anello di pompaggio
Requisiti di portata
Uno dei principali fattori da considerare per le 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, a dissipare il calore generato dall'attrito e a impedire l'ingresso di fluidi di processo.
Curve di prestazione dell'anello di pompaggio
Le prestazioni dell'anello di pompaggio sono in genere caratterizzate da curve di prestazione che tracciano la portata in funzione della 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 del circuito di circolazione. L'intersezione tra la curva di prestazione dell'anello di pompaggio e la curva del sistema di tubazioni determina la portata effettiva di circolazione 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 più grandi e velocità di rotazione più elevate comportano generalmente una maggiore capacità di portata e una maggiore prevalenza.
Autorizzazioni e porte
Le distanze tra l'anello di pompaggio e i componenti fissi, così come le dimensioni e la posizione delle porte di ingresso e di uscita, influiscono in modo significativo sulle prestazioni dell'anello di pompaggio. Limitazioni minori possono aumentare la prevalenza generata dall'anello di pompaggio, ma possono anche comportare maggiori perdite per attrito e generazione di calore.
Proprietà fluide
Le proprietà del fluido barriera, come viscosità, densità e comprimibilità, svolgono un ruolo cruciale nelle prestazioni dell'anello di pompaggio. Fluidi a viscosità più elevata possono richiedere giochi e porte più ampi per mantenere portate adeguate, mentre fluidi a viscosità inferiore possono consentire giochi più piccoli e migliori capacità di generazione di pressione. La compatibilità del fluido barriera con materiali di tenuta e anche il fluido di processo deve essere preso in considerazione per garantire un funzionamento affidabile a lungo termine.
