Per comprendere le perdite di una pompa centrifuga, è importante innanzitutto comprenderne il funzionamento di base. Quando il flusso entra attraverso l'occhio della girante della pompa e risale lungo le palette della girante, il fluido si trova a una pressione inferiore e a una velocità ridotta. Quando il flusso attraversa la voluta, la pressione aumenta e la velocità aumenta. Il flusso esce quindi attraverso lo scarico, a quel punto la pressione è elevata ma la velocità diminuisce. Il flusso che entra nella pompa deve uscire dalla pompa. La pompa conferisce una prevalenza (o pressione), il che significa che aumenta l'energia del fluido pompato.
Alcuni guasti dei componenti di una pompa centrifuga, come giunti, componenti idraulici, giunti statici e cuscinetti, possono causare il guasto dell'intero sistema, ma circa il sessantanove percento di tutti i guasti delle pompe è dovuto al malfunzionamento del dispositivo di tenuta.
LA NECESSITÀ DI TENUTE MECCANICHE
Una tenuta meccanicaÈ un dispositivo utilizzato per controllare le perdite tra un albero rotante e un recipiente riempito di liquido o gas. La sua principale funzione è il controllo delle perdite. Tutte le tenute presentano perdite: è necessario che ciò accada per mantenere un film di fluido sull'intera superficie della tenuta meccanica. La perdita che fuoriesce dal lato atmosferico è piuttosto bassa; la perdita in un idrocarburo, ad esempio, viene misurata da un misuratore di COV in parti/milione.
Prima dello sviluppo delle tenute meccaniche, gli ingegneri in genere sigillavano una pompa con una baderna meccanica. La baderna meccanica, un materiale fibroso solitamente impregnato di un lubrificante come la grafite, veniva tagliata in sezioni e inserita in quello che veniva chiamato "premistoppa". Un premistoppa veniva quindi aggiunto sul retro per comprimere il tutto. Poiché la baderna è a diretto contatto con l'albero, necessita di lubrificazione, ma riduce comunque la potenza.
Solitamente, un "anello lanterna" consente di applicare acqua di lavaggio alla baderna. Quest'acqua, necessaria per lubrificare e raffreddare l'albero, si disperderà nel processo o nell'atmosfera. A seconda dell'applicazione, potrebbe essere necessario:
- dirigere l'acqua di lavaggio lontano dal processo per evitare contaminazioni.
- impedire che l'acqua di scarico si raccolga sul pavimento (spruzzi eccessivi), il che è un problema sia per l'OSHA che per la pulizia.
- proteggere la scatola del cuscinetto dall'acqua di lavaggio, che può contaminare l'olio e portare alla rottura del cuscinetto.
Come per ogni pompa, è consigliabile testarla per scoprire i costi annuali di funzionamento. Una pompa a tenuta stagna può essere economica da installare e mantenere, ma se si calcola quanti litri d'acqua consuma al minuto o all'anno, il costo potrebbe sorprendere. Una pompa con tenuta meccanica potrebbe potenzialmente farvi risparmiare notevolmente sui costi annuali.
Data la geometria generale di una tenuta meccanica, ovunque ci sia una guarnizione o un o-ring, si crea un potenziale punto di perdita:
- Un o-ring dinamico (o guarnizione) eroso, usurato o rovinato durante il movimento della tenuta meccanica.
- Sporcizia o contaminazione tra le tenute meccaniche.
- Un'operazione fuori progettazione all'interno delle tenute meccaniche.
I CINQUE TIPI DI GUASTI DEI DISPOSITIVI DI SIGILLATURA
Se la pompa centrifuga presenta una perdita incontrollata, è necessario controllare attentamente tutte le possibili cause per determinare se sono necessarie riparazioni o una nuova installazione.
1. Guasti operativi
Trascurare il Punto di Migliore Efficienza: la pompa viene utilizzata al Punto di Migliore Efficienza (BEP) su una curva di prestazione? Ogni pompa è progettata con un Punto di Efficienza specifico. Quando si utilizza la pompa al di fuori di tale intervallo, si creano problemi di portata che causano guasti al sistema.
Prevalenza di aspirazione netta positiva (NPSH) insufficiente: se la pompa non ha una prevalenza di aspirazione sufficiente, il gruppo rotante può diventare instabile, causare cavitazione e causare un guasto della guarnizione.
Operazione Dead-Headed:Se si imposta la valvola di controllo su un valore troppo basso per regolare la pompa, si rischia di strozzare il flusso. Un flusso strozzato causa il ricircolo all'interno della pompa, generando calore e favorendo la rottura della guarnizione.
Funzionamento a secco e sfiato non corretto della tenuta: una pompa verticale è la più vulnerabile, poiché la tenuta meccanica è posizionata in alto. Se lo sfiato non è corretto, l'aria può rimanere intrappolata intorno alla tenuta e non riuscire a evacuare la camera di premistoppa. La tenuta meccanica si romperà presto se la pompa continua a funzionare in queste condizioni.
Margine di vapore basso:Si tratta di fluidi che emettono flash; gli idrocarburi caldi emettono flash una volta esposti alle condizioni atmosferiche. Quando il film di fluido attraversa la tenuta meccanica, può emettere flash sul lato atmosferico e causare un guasto. Questo guasto si verifica spesso nei sistemi di alimentazione delle caldaie: l'acqua calda a 120-135 °C (250-280 °F) emette flash a causa della caduta di pressione sulle superfici di tenuta.
2. Guasti meccanici
Disallineamento dell'albero, sbilanciamento del giunto e sbilanciamento della girante possono contribuire a guasti della tenuta meccanica. Inoltre, dopo l'installazione della pompa, se si hanno tubi disallineati e imbullonati, si trasmetteranno notevoli sollecitazioni alla pompa. È inoltre necessario evitare una base inadeguata: la base è stabile? È cementata correttamente? Si verifica un piede zoppo? È imbullonata correttamente? Infine, controllare i cuscinetti. Se la tolleranza dei cuscinetti si assottiglia, gli alberi si muoveranno e causeranno vibrazioni nella pompa.
3. Guasti dei componenti di tenuta
Hai una buona coppia tribologica (lo studio dell'attrito)? Hai scelto le corrette combinazioni di superfici? Che dire della qualità del materiale delle superfici di tenuta? I tuoi materiali sono adatti alla tua specifica applicazione? Hai selezionato le tenute secondarie appropriate, come guarnizioni e o-ring, preparate per attacchi chimici e termici? Le tue molle non devono essere intasate o i tuoi soffietti corrosi. Infine, fai attenzione alle distorsioni delle superfici dovute a pressione o calore, poiché una tenuta meccanica sottoposta a forti pressioni tende a piegarsi e il profilo obliquo può causare perdite.
4. Errori di progettazione del sistema
È necessario un sistema di lavaggio della tenuta adeguato, insieme a un raffreddamento adeguato. I sistemi doppi utilizzano fluidi barriera; il serbatoio di tenuta ausiliario deve essere posizionato correttamente, con la strumentazione e le tubazioni appropriate. È necessario tenere conto della lunghezza del tubo dritto in aspirazione: alcuni vecchi sistemi di pompaggio, spesso forniti come skid preassemblati, includono un gomito a 90° in aspirazione, subito prima che il flusso entri nell'occhio della girante. Il gomito causa un flusso turbolento che crea instabilità nel gruppo rotante. Anche tutte le tubazioni di aspirazione/scarico e di bypass devono essere progettate correttamente, soprattutto se alcune tubazioni sono state riparate nel corso degli anni.
5. Tutto il resto
Altri fattori vari sono responsabili solo dell'8% circa di tutti i guasti. Ad esempio, a volte è necessario che i sistemi ausiliari forniscano un ambiente operativo accettabile per una tenuta meccanica. Per quanto riguarda i sistemi doppi, è necessario un fluido ausiliario che agisca da barriera e impedisca la contaminazione o la fuoriuscita del fluido di processo nell'ambiente. Tuttavia, per la maggior parte degli utenti, affrontare una delle prime quattro categorie fornirà la soluzione di cui hanno bisogno.
CONCLUSIONE
Le tenute meccaniche sono un fattore fondamentale per l'affidabilità delle apparecchiature rotanti. Sono responsabili di perdite e guasti del sistema, ma sono anche il segnale di problemi che potrebbero causare gravi danni nel lungo periodo. L'affidabilità delle tenute è fortemente influenzata dalla progettazione delle stesse e dall'ambiente operativo.
Data di pubblicazione: 26 giugno 2023