Tipi di guarnizioni dell'albero

Tenute Meccaniche

Todd

2024-08-16

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Le guarnizioni a contatto sono una scelta popolare per molte applicazioni rotanti, che forniscono una tenuta efficace tramite il contatto diretto tra la superficie di tenuta e l'albero rotante. Queste guarnizioni sono progettate per adattarsi alla flessione dell'albero, all'eccentricità e all'espansione termica, mantenendo al contempo un'interfaccia di tenuta costante. I tipi più comuni di guarnizioni a contatto includono guarnizioni a labbro radiali, guarnizioni meccaniche e guarnizioni di compressione.

Guarnizioni a labbro radiali

Le guarnizioni radiali a labbro, note anche come guarnizioni rotanti per alberi o guarnizioni per olio, sono il tipo di guarnizione per alberi più ampiamente utilizzato. Sono dotate di un labbro di tenuta flessibile che mantiene il contatto con la superficie dell'albero, impedendo la perdita di fluido. Il labbro di tenuta è solitamente realizzato in materiali elastomerici come NBR, FKM o PTFE e può incorporare una molla a giarrettiera per garantire una pressione di tenuta costante.

Le guarnizioni radiali a labbro sono disponibili in vari design, tra cui configurazioni a labbro singolo, a doppio labbro e a più labbri, per soddisfare diversi requisiti applicativi. Sono comunemente utilizzate in applicazioni automobilistiche, industriali e marine, come alberi motore, alberi di trasmissione e alberi pompa.

Tenute Meccaniche

Le tenute meccaniche sono soluzioni di tenuta altamente ingegnerizzate che consistono in due superfici di tenuta piatte, una superficie fissa e una superficie rotante, tenute a contatto dalla pressione della molla e dalla pressione del fluido. Le superfici di tenuta sono in genere realizzate in materiali duri e resistenti all'usura, come carburo di silicio, carburo di tungsteno o ceramica.

Le tenute meccaniche offrono prestazioni di tenuta superiori rispetto alle tenute a labbro, rendendole adatte ad applicazioni impegnative che comportano alte pressioni, temperature e velocità di rotazione. Sono comunemente utilizzate in pompe, compressori, miscelatori e altre apparecchiature rotanti in settori quali petrolio e gas, lavorazione chimica e produzione di energia.

Guarnizioni di compressione

Le guarnizioni di compressione sono soluzioni di tenuta tradizionali che consistono in fili intrecciati o ritorti di materiale di tenuta, come PTFE, grafite o fibre aramidiche. Il materiale di tenuta viene compresso nella cassa premistoppa, creando una tenuta tra l'albero rotante e l'alloggiamento.

Sebbene le guarnizioni di compressione siano state ampiamente sostituite da tecnologie di tenuta più avanzate, trovano ancora impiego in alcune applicazioni, in particolare in apparecchiature più vecchie o in situazioni in cui la facilità di manutenzione e i bassi costi sono prioritari. Tuttavia, le guarnizioni di compressione richiedono frequenti regolazioni e sostituzioni per mantenere una tenuta efficace.

Guarnizioni senza contatto

Le guarnizioni senza contatto, come suggerisce il nome, non si basano sul contatto diretto tra i componenti di tenuta e l'albero rotante. Invece, utilizzano percorsi a labirinto, fluidodinamica o campi magnetici per creare un effetto di tenuta. Le guarnizioni senza contatto sono preferite in applicazioni in cui sono richiesti basso attrito, alte velocità di rotazione o usura minima. I tipi più comuni di guarnizioni senza contatto includono guarnizioni a labirinto, guarnizioni ad anello flottante e guarnizioni a fluido magnetico.

Sigilli del labirinto

Le guarnizioni a labirinto sono costituite da una serie di strette tolleranze e passaggi intricati che creano un percorso tortuoso per il fluido, rendendo difficile la perdita. L'effetto di tenuta è ottenuto tramite una combinazione di forza centrifuga, dinamica dei fluidi e caduta di pressione attraverso la guarnizione.

Le guarnizioni a labirinto sono adatte per applicazioni ad alta velocità e possono gestire un'ampia gamma di temperature e pressioni. Sono comunemente utilizzate in turbine a gas, compressori e turbine a vapore, dove il loro design senza contatto riduce al minimo l'attrito e l'usura.

Guarnizioni ad anello flottanti

Le guarnizioni ad anello flottante, note anche come guarnizioni a bussola o guarnizioni anulari, sono costituite da un anello flottante che si trova tra l'albero rotante e l'alloggiamento stazionario. L'anello è in genere realizzato in un materiale resistente all'usura, come grafite di carbonio o PTFE, ed è progettato per galleggiare liberamente nella direzione radiale.

L'effetto di tenuta è ottenuto tramite una combinazione di forza centrifuga e dinamica dei fluidi, con l'anello flottante che funge da barriera alla perdita di fluido. Le guarnizioni ad anello flottante sono adatte per applicazioni ad alta velocità e possono adattarsi alla flessione e al disallineamento dell'albero.

Guarnizioni magnetiche per fluidi

Le guarnizioni magnetiche per fluidi utilizzano un ferrofluido, che è una sospensione di particelle magnetiche in un liquido vettore, per creare un O-ring liquido attorno all'albero. Il ferrofluido è tenuto in posizione da un magnete permanente, formando una tenuta stagna che impedisce perdite.

Le guarnizioni magnetiche per fluidi offrono diversi vantaggi, tra cui basso attrito, elevata efficienza di tenuta e la capacità di tollerare disallineamenti e runout dell'albero. Sono comunemente utilizzate in applicazioni ad alto vuoto, come apparecchiature di produzione di semiconduttori e tecnologia spaziale.

Considerazioni sulla selezione della guarnizione

Condizioni operative

Pressione: la guarnizione deve essere in grado di gestire la pressione massima riscontrata nel sistema, sia statica che dinamica.
Temperatura: il materiale della guarnizione deve essere compatibile con l'intervallo di temperatura di esercizio, per garantire che mantenga le sue proprietà e prestazioni.
Velocità: la progettazione della tenuta deve essere adatta alla velocità di rotazione dell'albero, tenendo conto di fattori quali la forza centrifuga e la generazione di calore.
Eccentricità: la guarnizione deve compensare eventuali disallineamenti o disallineamenti dell'albero senza comprometterne l'efficacia di tenuta.

Proprietà dei fluidi

Viscosità: la guarnizione deve essere in grado di gestire la viscosità del fluido, garantendo una lubrificazione e prestazioni di tenuta adeguate.
Pulizia: la progettazione della tenuta deve tenere conto della pulizia del fluido, tenendo conto di fattori quali la contaminazione da particelle e i requisiti di filtrazione.
Abrasività: se il fluido contiene particelle abrasive, il materiale della guarnizione deve essere resistente all'usura per evitare usura eccessiva e perdite.
Reattività chimica: il materiale della guarnizione deve essere chimicamente compatibile con il fluido per evitare la degradazione e garantire prestazioni a lungo termine.

Fattori ambientali

Polvere: in ambienti polverosi, potrebbero essere necessarie guarnizioni con labbra antipolvere aggiuntive o design a labirinto per impedire l'ingresso di particelle e l'usura prematura.
Umidità: le guarnizioni esposte all'umidità o all'acqua devono essere progettate per prevenire la corrosione e mantenere l'efficacia della tenuta in condizioni di bagnato.
Vibrazione: nelle applicazioni con elevati livelli di vibrazione, la progettazione della guarnizione deve essere sufficientemente robusta da mantenere il contatto e prevenire perdite.

Interfaccia albero e alloggiamento

Finitura superficiale: la finitura superficiale dell'albero deve essere adatta al tipo di tenuta, per garantire un contatto adeguato e ridurre al minimo l'usura.
Concentricità: l'alloggiamento della guarnizione e l'albero devono essere concentrici per evitare usura irregolare e perdite.
Espansione termica: la progettazione della tenuta deve tenere conto di eventuali differenze di dilatazione termica tra i materiali dell'albero e dell'alloggiamento per mantenere l'efficacia della tenuta.

Tasso di perdita e aspettative di vita

Tasso di perdita: il tipo e il materiale della guarnizione devono essere selezionati per ottenere il tasso di perdita desiderato, tenendo conto di fattori quali le proprietà del fluido e le condizioni operative.
Aspettative di durata: la progettazione e il materiale della guarnizione devono essere scelti in modo da garantire la durata prevista, tenendo conto di fattori quali usura, degrado e intervalli di manutenzione.

Facilità di installazione e manutenzione

Installazione: la progettazione della guarnizione deve consentire un'installazione semplice e precisa, con un minimo di strumenti specializzati o formazione richiesta.
Manutenzione: la guarnizione deve essere progettata per facilitare l'ispezione, la pulizia e la sostituzione, riducendo al minimo i tempi di fermo e i costi di manutenzione.

Opzioni del materiale di tenuta

Elastomeri

Gli elastomeri sono ampiamente utilizzati nelle guarnizioni per alberi grazie alla loro flessibilità, resilienza e proprietà di tenuta. Gli elastomeri più comuni utilizzati nelle applicazioni di tenuta includono:

Gomma nitrilica butadiene (NBR): la NBR è un elastomero versatile con buona resistenza agli oli, ai carburanti e ai fluidi idraulici, il che lo rende adatto per applicazioni di tenuta generiche.
Fluoroelastomero (FKM): l'FKM offre un'eccellente resistenza alle alte temperature, alle sostanze chimiche e ai fluidi aggressivi, rendendolo ideale per applicazioni impegnative nei settori chimico e petrolifero.
Monomero di etilene propilene diene (EPDM): l'EPDM è noto per la sua resistenza all'ozono, agli agenti atmosferici e alle alte temperature, il che lo rende adatto per applicazioni esterne e ad alte temperature.
Politetrafluoroetilene (PTFE): il PTFE è un materiale altamente resistente agli agenti chimici e a basso attrito, spesso utilizzato in combinazione con elastomeri per migliorare le prestazioni di tenuta e ridurre l'usura.

Polimeri termoindurenti

I polimeri termoindurenti sono un'altra classe di materiali utilizzati nelle guarnizioni dell'albero, che offrono elevata resistenza, resistenza all'usura e stabilità termica. I polimeri termoindurenti comuni includono:

Poliuretano: le guarnizioni in poliuretano offrono un'eccellente resistenza all'abrasione, allo strappo e agli oli e ai solventi, rendendole adatte ad applicazioni industriali impegnative.
Poliacrilato: le guarnizioni in poliacrilato offrono una buona resistenza al calore, agli oli e alle sostanze chimiche e sono spesso utilizzate in ambienti con fluidi aggressivi e ad alte temperature.

Termoplastici

I materiali termoplastici sono sempre più utilizzati nelle guarnizioni per alberi grazie alla loro eccellente resistenza chimica, basso attrito e stabilità alle alte temperature. I materiali termoplastici più comuni utilizzati nelle applicazioni di tenuta includono:

Politetrafluoroetilene (PTFE): il PTFE è un materiale altamente resistente agli agenti chimici e a basso attrito, spesso utilizzato in combinazione con elastomeri o come materiale di tenuta solido in applicazioni impegnative.
Polietereterchetone (PEEK): il PEEK offre un'eccellente resistenza meccanica, all'usura e agli agenti chimici, rendendolo adatto ad ambienti con fluidi aggressivi e ad alte temperature.
Polifenilene solfuro (PPS): il PPS è noto per la sua elevata resistenza, rigidità e resistenza chimica, che lo rendono adatto ad applicazioni impegnative nei settori chimico e automobilistico.

Materiali del viso

Nelle tenute meccaniche, i materiali delle superfici sono essenziali per garantire una tenuta efficace e prestazioni a lungo termine. I materiali delle superfici più comuni utilizzati nelle tenute meccaniche includono:

Carbonio: la grafite di carbonio è un materiale di rivestimento ampiamente utilizzato grazie alle sue eccellenti proprietà lubrificanti, alla resistenza chimica e alla compatibilità con un'ampia gamma di fluidi.
Carburo di silicio: il carburo di silicio offre elevata durezza, resistenza all'usura e resistenza chimica, rendendolo adatto ad applicazioni impegnative con fluidi abrasivi o pressioni elevate.
Carburo di tungsteno: il carburo di tungsteno è noto per la sua elevata durezza, resistenza all'usura e compatibilità con un'ampia gamma di fluidi, rendendolo adatto ad applicazioni ad alta pressione e alta velocità.
Rivestimento diamantato: le superfici rivestite in diamante offrono eccezionale durezza, resistenza all'usura e basso attrito, rendendole adatte alle applicazioni più impegnative con fluidi abrasivi o pressioni elevate.

Domande frequenti

Quali sono i diversi tipi di guarnizioni per alberi motore marini?

Le guarnizioni per alberi marini sono progettate per impedire all'acqua di entrare nell'imbarcazione attraverso l'albero dell'elica. I tipi più comuni di guarnizioni per alberi marini includono:

Guarnizioni a labbro: guarnizioni a labbro radiali con un labbro flessibile che mantiene il contatto con la superficie dell'albero, impedendo l'ingresso dell'acqua.
Tenute meccaniche: tenute frontali costituite da una faccia fissa e da una rotante, tenute a contatto dalla pressione della molla e dalla pressione del fluido.
Guarnizioni a labirinto: guarnizioni senza contatto che sfruttano una serie di stretti giochi e passaggi intricati per creare un percorso tortuoso per il fluido, rendendo difficile l'ingresso dell'acqua.
Tenute a soffietto: tenute meccaniche con un elemento a soffietto flessibile che si adatta al movimento e al disallineamento dell'albero mantenendo al contempo l'efficacia della tenuta.

Quali sono i tipi di paraolio?

I paraoli, noti anche come paraoli radiali, sono progettati per prevenire perdite di fluido e proteggere dai contaminanti in varie applicazioni. I tipi più comuni di paraoli includono:

Guarnizioni a labbro singolo: guarnizioni con un singolo labbro di tenuta che mantiene il contatto con la superficie dell'albero, impedendo la perdita di fluido.
Guarnizioni a doppio labbro: guarnizioni con due labbri di tenuta, che garantiscono prestazioni di tenuta migliorate e protezione contro i contaminanti.
Guarnizioni a cassetta: guarnizioni preassemblate costituite da un involucro metallico, un labbro di tenuta e una molla a spirale, che ne facilitano l'installazione e la sostituzione.
Guarnizioni assiali: guarnizioni progettate per impedire il movimento assiale, solitamente utilizzate in applicazioni con alberi o aste alternativi.

Quali sono i diversi tipi di guarnizioni rotanti?

Le guarnizioni rotanti sono progettate per prevenire perdite di fluido e mantenere la pressione del sistema in apparecchiature rotanti. I tipi più comuni di guarnizioni rotanti includono:

Guarnizioni a labbro radiale: guarnizioni con un labbro di tenuta flessibile che mantiene il contatto con la superficie dell'albero rotante, impedendo la perdita di fluido.
Tenute meccaniche: tenute frontali costituite da una faccia fissa e da una rotante, tenute a contatto dalla pressione della molla e dalla pressione del fluido, che garantiscono una tenuta efficace in applicazioni difficili.
Guarnizioni a labirinto: guarnizioni senza contatto che sfruttano una serie di stretti giochi e passaggi intricati per creare un percorso tortuoso per il fluido, riducendo al minimo le perdite nelle applicazioni ad alta velocità.
Guarnizioni ad anello flottante: guarnizioni senza contatto costituite da un anello flottante posizionato tra l'albero rotante e l'alloggiamento fisso, che garantisce la tenuta tramite forza centrifuga e dinamica dei fluidi.