Esistono molti tipi diversi di apparecchiature che richiedono la sigillatura di un albero rotante che passa attraverso un alloggiamento fisso. Due esempi comuni sono pompe e miscelatori (o agitatori). Mentre quello di base
i principi di sigillatura di apparecchiature diverse sono simili, esistono distinzioni che richiedono soluzioni diverse. Questo malinteso ha portato a conflitti come il ricorso all’American Petroleum Institute
(API) 682 (uno standard di tenuta meccanica della pompa) quando si specificano le guarnizioni per i miscelatori. Quando si considerano le tenute meccaniche per pompe rispetto ai miscelatori, ci sono alcune ovvie differenze tra le due categorie. Ad esempio, le pompe sospese hanno distanze più brevi (tipicamente misurate in pollici) dalla girante al cuscinetto radiale rispetto a un tipico miscelatore con ingresso dall'alto (tipicamente misurato in piedi).
Questa lunga distanza non supportata si traduce in una piattaforma meno stabile con maggiore eccentricità radiale, disallineamento perpendicolare ed eccentricità rispetto alle pompe. L’aumento del runout delle apparecchiature pone alcune sfide progettuali per le tenute meccaniche. Cosa succederebbe se la deflessione dell'albero fosse puramente radiale? La progettazione di una tenuta per questa condizione può essere realizzata facilmente aumentando il gioco tra i componenti rotanti e fissi e ampliando le superfici di scorrimento della faccia della tenuta. Come sospettato, la questione non è così semplice. Il carico laterale sulle giranti, ovunque si trovino sull'albero del miscelatore, conferisce una deflessione che si traduce attraverso la tenuta fino al primo punto di supporto dell'albero: il cuscinetto radiale della scatola del cambio. A causa della deflessione dell'albero insieme al movimento del pendolo, la deflessione non è una funzione lineare.
Ciò avrà una componente radiale e una angolare che creano un disallineamento perpendicolare sulla tenuta che può causare problemi alla tenuta meccanica. La deflessione può essere calcolata se sono noti gli attributi chiave dell'albero e il carico sull'albero. Ad esempio, API 682 afferma che la deflessione radiale dell'albero sulle facce della tenuta di una pompa dovrebbe essere uguale o inferiore a 0,002 pollici di lettura totale indicata (TIR) nelle condizioni più severe. Gli intervalli normali su un mixer con ingresso dall'alto sono compresi tra 0,03 e 0,150 pollici TIR. I problemi all'interno della tenuta meccanica che possono verificarsi a causa dell'eccessiva deflessione dell'albero includono una maggiore usura dei componenti della tenuta, il contatto dei componenti rotanti con componenti fissi dannosi, il rotolamento e il pizzicamento dell'O-ring dinamico (causando il guasto a spirale dell'O-ring o il blocco della faccia ). Tutto ciò può portare a una durata ridotta della guarnizione. A causa del movimento eccessivo inerente ai miscelatori, le tenute meccaniche possono presentare maggiori perdite rispetto a tenute similiguarnizioni della pompa, che possono portare ad un'inutile tiratura della guarnizione e/o addirittura a guasti prematuri se non attentamente monitorati.
Quando si lavora a stretto contatto con i produttori di apparecchiature e si comprende la progettazione dell'apparecchiatura, ci sono casi in cui un cuscinetto a rotolamento può essere incorporato nelle cartucce di tenuta per limitare l'angolarità sulle facce della tenuta e mitigare questi problemi. È necessario prestare attenzione a implementare il tipo corretto di cuscinetto e a comprendere completamente i potenziali carichi del cuscinetto, altrimenti il problema potrebbe peggiorare o addirittura crearne uno nuovo, con l'aggiunta di un cuscinetto. I fornitori di guarnizioni dovrebbero lavorare a stretto contatto con gli OEM e i produttori di cuscinetti per garantire una progettazione adeguata.
Le applicazioni di tenuta del miscelatore sono generalmente a bassa velocità (da 5 a 300 rotazioni al minuto [rpm]) e non possono utilizzare alcuni metodi tradizionali per mantenere freddi i fluidi barriera. Ad esempio, in un Plan 53A per tenute doppie, la circolazione del fluido barriera è fornita da una funzione di pompaggio interna come una vite di pompaggio assiale. La sfida è che la funzione di pompaggio si basa sulla velocità dell'apparecchiatura per generare il flusso e le velocità di miscelazione tipiche non sono sufficientemente elevate per generare portate utili. La buona notizia è che il calore generato dalla faccia della tenuta generalmente non è ciò che provoca l'aumento della temperatura del fluido barriera in aguarnizione del miscelatore. È l'assorbimento di calore derivante dal processo che può causare un aumento della temperatura del fluido barriera oltre a rendere i componenti di tenuta inferiori, le facce e gli elastomeri, ad esempio, vulnerabili alle alte temperature. I componenti inferiori della tenuta, come le facce della tenuta e gli O-ring, sono più vulnerabili a causa della vicinanza al processo. Non è il calore che danneggia direttamente le facce della tenuta, ma piuttosto la ridotta viscosità e, quindi, il potere lubrificante del fluido barriera sulle facce inferiori della tenuta. Una scarsa lubrificazione provoca danni alla faccia a causa del contatto. Altre caratteristiche di progettazione possono essere incorporate nella cartuccia della tenuta per mantenere basse le temperature della barriera e proteggere i componenti della tenuta.
Le tenute meccaniche per miscelatori possono essere progettate con serpentine o camicie di raffreddamento interne a diretto contatto con il fluido barriera. Queste caratteristiche sono un sistema a circuito chiuso, a bassa pressione e a basso flusso al cui interno circola acqua di raffreddamento che funge da scambiatore di calore integrale. Un altro metodo consiste nell'utilizzare una bobina di raffreddamento nella cartuccia della tenuta tra i componenti della tenuta inferiore e la superficie di montaggio dell'apparecchiatura. Una bobina di raffreddamento è una cavità attraverso la quale può scorrere l'acqua di raffreddamento a bassa pressione per creare una barriera isolante tra la guarnizione e il recipiente per limitare l'assorbimento di calore. Una bobina di raffreddamento progettata correttamente può prevenire temperature eccessive che possono causare dannifacce di tenutaed elastomeri. L'assorbimento di calore derivante dal processo provoca invece un aumento della temperatura del fluido barriera.
Queste due caratteristiche di progettazione possono essere utilizzate insieme o singolarmente per facilitare il controllo delle temperature sulla tenuta meccanica. Molto spesso, le tenute meccaniche per miscelatori sono specificate per essere conformi alla norma API 682, 4a edizione, categoria 1, anche se queste macchine non sono conformi ai requisiti di progettazione della norma API 610/682 dal punto di vista funzionale, dimensionale e/o meccanico. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che gli utenti finali hanno familiarità e si sentono a proprio agio con API 682 come specifica di tenuta e non sono a conoscenza di alcune delle specifiche di settore che sono più applicabili a queste macchine/tenute. Process Industry Practices (PIP) e Deutsches Institut fur Normung (DIN) sono due standard di settore più appropriati per questi tipi di tenute: gli standard DIN 28138/28154 sono stati specificati da tempo per gli OEM di miscelatori in Europa e PIP RESM003 è stato utilizzato come un requisito di specifica per le tenute meccaniche sulle apparecchiature di miscelazione. Al di fuori di queste specifiche, non esistono standard di settore comunemente praticati, il che porta a un'ampia varietà di dimensioni della camera di tenuta, tolleranze di lavorazione, deflessione dell'albero, design della scatola del cambio, disposizioni dei cuscinetti, ecc., che varia da OEM a OEM.
La posizione e il settore dell'utente determineranno in gran parte quale di queste specifiche sarebbe più appropriata per il proprio sitotenute meccaniche del miscelatore. Specificare API 682 per una guarnizione del miscelatore può rappresentare una spesa aggiuntiva e una complicazione non necessarie. Sebbene sia possibile incorporare una tenuta base qualificata API 682 in una configurazione di miscelatore, questo approccio generalmente comporta un compromesso sia in termini di conformità alla norma API 682 sia di idoneità del progetto per le applicazioni del miscelatore. L'immagine 3 mostra un elenco delle differenze tra una tenuta API 682 Categoria 1 rispetto a una tipica tenuta meccanica del miscelatore
Orario di pubblicazione: 26 ottobre 2023