Cos'è un sigillo a labirinto e come funziona

Le perdite di fluidi e gas nei macchinari rotanti possono portare a guasti catastrofici e tempi di fermo. Le guarnizioni a labirinto controllano efficacemente questa perdita nei turbomacchinari creando un percorso tortuoso per limitare il flusso del fluido. Queste guarnizioni senza contatto sono costituite da un elemento rotante con denti e un elemento stazionario con cavità che lavorano insieme per ridurre significativamente le perdite.

Questo articolo del blog fornisce una panoramica completa delle guarnizioni a labirinto, spiegandone la funzione, i componenti principali e i diversi tipi disponibili.

Che cosa è un sigillo del labirinto

Una tenuta a labirinto è un tipo di tenuta meccanica senza contatto utilizzata per controllare le perdite e ridurre l'usura in apparecchiature rotanti come turbine, compressori e pompe. È costituita da una serie di scanalature o canali dal design intricato che creano un percorso tortuoso per il fluido o il gas, limitando efficacemente il flusso senza contatto diretto tra i componenti rotanti e fissi.

Come funzionano le guarnizioni del labirinto

Il meccanismo di tenuta primario in una tenuta a labirinto si basa sulla creazione di una serie di cadute di pressione mentre il fluido naviga attraverso i complessi passaggi simili a labirinti. Quando il fluido entra nella tenuta a labirinto, incontra una serie di denti o alette alternati sulle superfici del rotore e dello statore. Questi denti sono lavorati con precisione per mantenere un piccolo gioco tra i componenti rotanti e fissi. Mentre il fluido scorre attraverso gli stretti passaggi, subisce improvvise espansioni e contrazioni, che portano a turbolenza e taglio del fluido.

I ripetuti cambiamenti nella direzione del flusso e la turbolenza che ne consegue causano la perdita di velocità e pressione del fluido a ogni stadio del labirinto. Questa caduta di pressione crea un effetto di tenuta, riducendo al minimo la quantità di fluido che può fuoriuscire attraverso la tenuta. Più intricato è il percorso del labirinto e maggiore è il numero di stadi di tenuta, maggiore è l'efficienza di tenuta.

Componenti di un sigillo a labirinto

Elemento rotante (rotore)

Il rotore è il componente dinamico della tenuta, solitamente attaccato o integrato con l'albero rotante. Presenta una serie di proiezioni o denti che si estendono radialmente verso l'esterno, formando un lato del percorso del labirinto.

Elemento stazionario (statore)

Lo statore è la parte non rotante della guarnizione, solitamente montata all'interno dell'alloggiamento dell'apparecchiatura. Incorpora scanalature o canali corrispondenti che corrispondono al profilo del rotore, creando l'intricato percorso a labirinto.

Tipi di sigilli a labirinto

Guarnizioni a labirinto passanti

In questo design, i denti o le alette sul rotore e sullo statore sono allineati in un percorso rettilineo, perpendicolare all'asse di rotazione. Quando il fluido passa attraverso ogni costrizione creata dai denti, subisce una caduta di pressione e un aumento di velocità, riducendo le perdite. I design straight-through sono più semplici da produrre e sono adatti per applicazioni con differenziali di pressione inferiori.

Sigilli del labirinto a gradini

Le guarnizioni a labirinto a gradini presentano denti o alette sfalsati tra loro, creando un percorso più tortuoso per il fluido. Il fluido deve cambiare direzione più volte mentre passa attraverso la guarnizione, riducendo ulteriormente la sua pressione e velocità. Questo design offre migliori prestazioni di tenuta rispetto alle guarnizioni dritte ed è preferito per applicazioni con differenziali di pressione più elevati o requisiti di perdite più rigorosi.

Materiale delle guarnizioni del labirinto

1. Torlon PAI (poliammide-immide): Torlon PAI è un termoplastico ad alte prestazioni con eccellente resistenza meccanica, rigidità e stabilità termica. Offre una buona resistenza all'usura, allo scorrimento e all'attacco chimico, rendendolo adatto per guarnizioni a labirinto in ambienti difficili. Le guarnizioni a labirinto Torlon PAI possono funzionare a temperature fino a 275 °C (527 °F) e sono comunemente utilizzate nei settori aerospaziale, petrolifero e del gas e nell'industria chimica.
2. PEEK (Polietereterchetone): Il PEEK è un termoplastico semicristallino noto per le sue eccezionali proprietà meccaniche, resistenza chimica e stabilità termica. Le guarnizioni a labirinto realizzate in PEEK possono resistere a temperature fino a 250°C (482°F) e offrono un'eccellente resistenza all'usura. Le guarnizioni in PEEK sono spesso utilizzate in ambienti ad alta temperatura, alta pressione e chimicamente aggressivi, come quelli presenti nei settori petrolifero e del gas, chimico e aerospaziale.
3. Vespel PI (poliimmide): Vespel PI è un materiale in poliimmide ad alte prestazioni che offre eccezionale stabilità termica, resistenza chimica e stabilità dimensionale. Le guarnizioni a labirinto realizzate in Vespel PI possono funzionare a temperature fino a 300°C (572°F) e offrono un'eccellente resistenza all'usura e un basso attrito. Queste guarnizioni sono comunemente utilizzate in applicazioni aerospaziali, semiconduttori e industriali ad alta temperatura.
4. Fluorosint (PTFE migliorato): Fluorosint è un materiale in politetrafluoroetilene (PTFE) migliorato che combina le proprietà di basso attrito e resistenza chimica del PTFE con una resistenza meccanica e all'usura migliorate. Le guarnizioni a labirinto realizzate in Fluorosint possono funzionare a temperature fino a 260°C (500°F) e fornire eccellenti prestazioni di tenuta in ambienti chimicamente aggressivi. Queste guarnizioni sono spesso utilizzate nell'industria chimica, alimentare e delle bevande e farmaceutica.