Nelle tenute meccaniche, le facce di tenuta sono gli elementi di tenuta primari che impediscono la perdita di fluido tra componenti rotanti e fissi. I materiali, la geometria e le caratteristiche superficiali di queste facce hanno un impatto diretto sulle prestazioni e sulla longevità della tenuta.
Che cosa è il volto del sigillo?
In un gruppo di tenuta meccanica, due facce di tenuta sono posizionate perpendicolarmente all'albero, con una faccia solitamente fissa e l'altra che ruota insieme all'albero.
Le facce di tenuta sono componenti realizzati con precisione con superfici altamente lucidate che creano una tenuta stagna quando vengono premute insieme. Le facce sono lavorate a macchina per ottenere finiture eccezionalmente piatte e lisce, spesso entro poche bande leggere di planarità.
Le facce di tenuta sono progettate per mantenere un piccolo spazio tra loro, in genere compreso tra 0,1 e 1 micron. Questo spazio è riempito con il fluido di processo, creando una pellicola di fluido che impedisce il contatto diretto tra le facce. La pellicola di fluido aiuta a ridurre al minimo l'usura, a ridurre l'attrito e a dissipare il calore generato durante il funzionamento.
Tipi di facce di tenuta
Facce piatte vs. facce trattate in modo speciale
Le facce di tenuta piatte sono il tipo più comunemente utilizzato in tenute meccaniche. Queste facce sono lavorate con precisione per garantire una superficie liscia e piana che consenta prestazioni di tenuta ottimali. Le facce piane sono solitamente utilizzate in applicazioni con requisiti di pressione e temperatura da moderati a bassi.
Al contrario, le superfici di tenuta trattate in modo speciale subiscono trattamenti superficiali aggiuntivi per migliorarne le prestazioni e la durata. Alcuni trattamenti superficiali comuni includono:
- Lappatura: processo abrasivo fine che migliora la finitura superficiale e la planarità.
- Lucidatura: processo che riduce la rugosità superficiale e aumenta la riflettività della superficie.
- Rivestimenti: applicazione di rivestimenti specializzati, come il carbonio simile al diamante (DLC) o il carburo di tungsteno, per migliorare la resistenza all'usura e ridurre l'attrito.
Le superfici trattate in modo speciale vengono spesso utilizzate in applicazioni impegnative con pressioni elevate, temperature elevate o fluidi corrosivi, in quanto offrono prestazioni superiori rispetto alle superfici piane.
Facce rotanti vs. fisse
In una tenuta meccanica, una faccia della tenuta è solitamente fissa, mentre l'altra ruota con l'albero. La faccia fissa è solitamente montata nella ghiandola di tenuta o nell'alloggiamento, mentre la faccia rotante è fissata all'albero o al manicotto dell'albero.
La faccia fissa rimane fissa in posizione ed è spesso realizzata in un materiale più duro e resistente all'usura, come il carburo di silicio o il carburo di tungsteno. Questa faccia funge da superficie di tenuta primaria, mantenendo una tenuta stagna contro la faccia rotante.
La faccia rotante, d'altro canto, è in genere realizzata in un materiale leggermente più morbido, come grafite di carbonio o carburo di silicio. Ciò consente alla faccia rotante di conformarsi alla faccia fissa, creando una tenuta più efficace. La faccia rotante è caricata a molla per mantenere un contatto costante con la faccia fissa, anche in condizioni operative variabili.
Materiali utilizzati nelle facce di tenuta
| Materiale | Proprietà | Applicazioni |
|---|---|---|
| Grafite di carbonio | – Autolubrificante – Buona conduttività termica – Resistente agli shock termici – Fragile | – Acqua e altre soluzioni acquose – Fluidi a bassa viscosità – Applicazioni ad alta temperatura |
| Carburo di silicio (SiC) | – Estremamente difficile – Resistente all’usura – Chimicamente inerte – Elevata conduttività termica | – Fluidi abrasivi e corrosivi – Applicazioni ad alta pressione – Industria petrolifera e del gas |
| Carburo di tungsteno (WC) | – Molto difficile – Resistente all’usura – Elevata conduttività termica – Buona resistenza alla corrosione | – Fluidi abrasivi e corrosivi – Applicazioni ad alta pressione – Industria petrolifera e del gas |
| Ceramica di allumina (Al2O3) | – Duro e resistente all’usura – Chimicamente inerte – Isolante elettrico – Fragile | – Fluidi corrosivi – Applicazioni ad alta temperatura – Isolamento elettrico richiesto |
| Acciaio inossidabile | – Resistente alla corrosione – Duro e duttile – Relativamente morbido rispetto ad altri materiali per superfici di tenuta | – Fluidi non corrosivi – Applicazioni a bassa o moderata pressione – Industria alimentare e farmaceutica |
| Bronzo | – Buona lubrificazione – Resistenza all’usura moderata – Relativamente morbido rispetto ad altri materiali per superfici di tenuta | – Applicazioni a bassa pressione – Fluidi non corrosivi – Anelli di backup e boccole dell'acceleratore |
Qual è lo spazio tra le facce di una tenuta meccanica?
Il gap di faccia, noto anche come spessore del film di fluido, è lo spazio microscopico tra le facce rotanti e fisse di una tenuta meccanica. Questo gap è solitamente misurato in micron (μm) e svolge un ruolo critico nel corretto funzionamento della tenuta. Il gap di faccia consente a un sottile film di fluido sigillato di entrare e lubrificare le superfici di tenuta, riducendo l'attrito e l'usura.
In una tenuta meccanica che funziona correttamente, la fessura frontale rimane stabile e uniforme, mantenendo uno spessore ottimale per la lubrificazione senza consentire perdite eccessive.
Le facce di tenuta sono sovrapposte a un elevato grado di planarità, in genere entro 2 o 3 bande di luce all'elio (da 0,58 a 0,87 μm), per garantire uno spazio uniforme. La forza della molla e la pressione idraulica che agiscono sulle facce di tenuta aiutano a mantenere lo spazio ottimale tra le facce durante il funzionamento.
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