Nel campo delle tecnologie di tenuta, guarnizioni a spazzola e sigilli a labirinto Sono due soluzioni distinte impiegate per controllare le perdite di fluido e mantenere le differenze di pressione nelle macchine rotanti. Sebbene entrambe servano a sigillare, le loro caratteristiche di progettazione, materiali e prestazioni differiscono significativamente.
Questo articolo approfondirà le complessità del pennello foche e foche labirinto, confrontandone le strutture, le applicazioni e l'efficacia in vari contesti industriali.
Che cosa è il sigillo a spazzola
Una guarnizione a spazzola è un tipo di tenuta meccanica che utilizza un denso pacco di setole, tipicamente realizzate in acciaio inossidabile, per creare un meccanismo di tenuta flessibile tra componenti fissi e rotanti nelle turbomacchine. Le setole sono angolate nel senso di rotazione, consentendo un'interfaccia di tenuta flessibile in grado di adattarsi al movimento radiale e alle escursioni dell'albero, mantenendo al contempo un gioco minimo. Questo design esclusivo consente alle guarnizioni a spazzola di fornire una tenuta efficace anche in presenza di elevati differenziali di pressione e velocità di rotazione.
Le tenute a spazzola offrono diversi vantaggi rispetto alle tradizionali tenute a labirinto. Il pacco di setole si adatta alla superficie del rotore, riducendo al minimo le perdite e il flusso di perdita. La flessibilità delle setole consente una migliore adattabilità alle dinamiche del rotore, all'espansione termica e ad altri fattori operativi. Inoltre, le tenute a spazzola possono essere utilizzate in combinazione con tenute a labirinto o altre tecnologie di tenuta per migliorare ulteriormente le prestazioni di tenuta.
L'applicazione delle guarnizioni a spazzola si è estesa a diversi settori, tra cui turbine a vapore, turbine a gas e motori aerospaziali. Nelle applicazioni con turbine a vapore, le guarnizioni a spazzola possono ridurre significativamente le perdite di vapore, migliorando l'efficienza complessiva della macchina e riducendo le costose perdite di vapore. Le guarnizioni a spazzola vengono utilizzate anche nelle turbine a gas industriali e nei motori a reazione per ridurre al minimo il flusso d'aria di dispersione, con conseguente miglioramento dell'efficienza operativa.
Che cosa è il sigillo del labirinto
Una tenuta a labirinto è un tipo di tenuta senza contatto che utilizza una serie di passaggi intricati, simili a labirinti, per creare un percorso tortuoso per il flusso del fluido. La tenuta è costituita da una serie di denti o alette a labirinto disposti secondo uno schema specifico, in cui ogni dente crea una piccola caduta di pressione. Mentre il fluido naviga attraverso il labirinto, subisce una serie di espansioni e contrazioni, con conseguente significativa riduzione della pressione attraverso la tenuta.
Le tenute a labirinto si basano sul principio di creare cadute di pressione multiple per ridurre al minimo le perdite di flusso. L'efficacia di una tenuta a labirinto dipende da fattori quali il numero di denti del labirinto, la loro geometria e il gioco tra i componenti rotanti e fissi. Il gioco è progettato per essere il più piccolo possibile, pur consentendo un funzionamento sicuro e tenendo conto di fattori come l'espansione termica e la dinamica del rotore.
Uno dei principali vantaggi delle guarnizioni a labirinto è la loro natura senza contatto, che riduce al minimo l'usura sulla superficie del rotore e ne estende vita di focaLe tenute a labirinto sono anche relativamente semplici nella progettazione e possono essere facilmente prodotte e manutenute. Tuttavia, sono sensibili alle variazioni del gioco e possono subire maggiori perdite se il gioco diventa eccessivo a causa dell'usura o delle condizioni operative.
Le tenute a labirinto trovano applicazione in vari macchinari rotanti, come turbine a vapore, turbine a gas e compressori. Sono spesso utilizzate in combinazione con altre tecnologie di tenuta, come le tenute a spazzola o le tenute abradibili, per fornire una soluzione di tenuta completa.
Differenze chiave tra guarnizione a spazzola e guarnizione a labirinto
Meccanismo di tenuta
Le guarnizioni a spazzola sono costituite da setole fittamente ravvicinate, solitamente in acciaio inossidabile, che formano un'interfaccia di tenuta flessibile. Le setole si flettono e si adattano ai movimenti del rotore, mantenendo un gioco ridotto.
Al contrario, le tenute a labirinto si basano su una serie di denti rigidi o lame che creano un percorso tortuoso per il flusso del fluido. Le tenute a labirinto non hanno un elemento di tenuta flessibile come le tenute a spazzola.
Contatti
Le guarnizioni a spazzola sono guarnizioni di tipo a contatto, ovvero le setole entrano in leggero contatto con la superficie del rotore. Questo contatto consente alle guarnizioni a spazzola di adattarsi alle escursioni e alle vibrazioni del rotore, mantenendo al contempo una tenuta efficace.
Le tenute a labirinto, invece, sono tenute senza contatto. Mantengono un piccolo gioco tra i denti della tenuta e il rotore, sfruttando la caduta di pressione lungo il percorso del labirinto per ridurre le perdite.
Riduzione delle perdite
Le guarnizioni a spazzola offrono una riduzione delle perdite superiore rispetto alle guarnizioni a labirinto. Il pacco di setole si adatta al rotore, riducendo al minimo le perdite. Una singola guarnizione a spazzola può ridurre le perdite fino al 90% rispetto alle guarnizioni a labirinto convenzionali.
Le tenute a labirinto, pur essendo efficaci, presentano perdite intrinseche dovute al gioco tra i denti della tenuta e il rotore. Le perdite nelle tenute a labirinto aumentano nel tempo con l'aumentare del gioco dovuto all'usura e all'aumento termico.
La durabilità
Le guarnizioni a labirinto hanno generalmente una maggiore durata rispetto alle guarnizioni a spazzola. La geometria rigida delle guarnizioni a labirinto le rende resistenti all'usura e al deterioramento.
Le guarnizioni a spazzola, a causa della loro natura a contatto, si usurano nel tempo perché le setole sfregano contro la superficie del rotore.
Intervallo di temperatura
Sia le guarnizioni a spazzola che quelle a labirinto possono operare in un ampio intervallo di temperature. Tuttavia, le guarnizioni a spazzola presentano un leggero vantaggio nelle applicazioni ad alta temperatura. Le setole delle guarnizioni a spazzola, tipicamente realizzate in superleghe a base di cobalto o nichel, possono resistere a temperature fino a 800 °C (1,472 °F). Le guarnizioni a labirinto, a seconda del materiale utilizzato, possono operare a temperature fino a circa 650 °C (1,200 °F). La natura cedevole delle guarnizioni a spazzola consente loro di adattarsi alla dilatazione termica in modo più efficace rispetto alle guarnizioni a labirinto rigide.
Applicazioni
Le tenute a spazzola e le tenute a labirinto trovano applicazione in diverse turbomacchine, tra cui turbine a vapore, turbine a gas, compressori e pompe. Le tenute a spazzola sono particolarmente efficaci in applicazioni con elevati differenziali di pressione, come le turbine a vapore. tenuta della ghiandola e per la tenuta della coppa dell'olio dei cuscinetti delle turbine a gas. Vengono inoltre utilizzati in combinazione con tenute a labirinto per migliorare le prestazioni complessive di tenuta.
Le tenute a labirinto sono ampiamente utilizzate in applicazioni con differenziali di pressione inferiori e dove è preferibile una tenuta senza contatto. Sono comunemente utilizzate per la tenuta dei turbocompressori, per la tenuta degli occhielli dei compressori e come tenute interstadio in turbine e compressori.
