Esistono molti tipi diversi di apparecchiature che richiedono la tenuta di un albero rotante che passa attraverso un alloggiamento fisso. Due esempi comuni sono le pompe e i miscelatori (o agitatori). Mentre il principio di base
Sebbene i principi di tenuta di diverse apparecchiature siano simili, esistono delle differenze che richiedono soluzioni diverse. Questa incomprensione ha portato a conflitti come quello che ha coinvolto l'American Petroleum Institute.
(API) 682 (uno standard per le tenute meccaniche delle pompe) quando si specificano le tenute per i miscelatori. Quando si considerano le tenute meccaniche per pompe rispetto ai miscelatori, ci sono alcune differenze evidenti tra le due categorie. Ad esempio, le pompe a sbalzo hanno distanze più brevi (in genere misurate in pollici) tra la girante e il cuscinetto radiale rispetto a un tipico miscelatore a ingresso superiore (in genere misurate in piedi).
Questa lunga distanza senza supporto si traduce in una piattaforma meno stabile con maggiore eccentricità radiale, disallineamento perpendicolare ed eccentricità rispetto alle pompe. L'aumento dell'eccentricità dell'apparecchiatura pone alcune sfide di progettazione per le tenute meccaniche. Cosa succederebbe se la flessione dell'albero fosse puramente radiale? Progettare una tenuta per questa condizione potrebbe essere realizzato facilmente aumentando i giochi tra i componenti rotanti e fissi, oltre ad allargare le superfici di scorrimento della tenuta. Come sospettato, i problemi non sono così semplici. Il carico laterale sulla/e girante/i, ovunque si trovino sull'albero del miscelatore, imprime una flessione che si trasmette attraverso la tenuta fino al primo punto di supporto dell'albero: il cuscinetto radiale del riduttore. A causa della flessione dell'albero e del moto pendolare, la flessione non è una funzione lineare.
Questo 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 superfici di tenuta di una pompa dovrebbe essere uguale o inferiore a 0,002 pollici di lettura totale indicata (TIR) nelle condizioni più severe. I valori normali su un miscelatore a ingresso superiore sono compresi tra 0,03 e 0,150 pollici TIR. I problemi all'interno della tenuta meccanica che possono verificarsi a causa di un'eccessiva deflessione dell'albero includono una maggiore usura dei componenti della tenuta, il contatto dei componenti rotanti con componenti fissi che li danneggiano, il rotolamento e lo schiacciamento dell'O-ring dinamico (che causa la rottura a spirale dell'O-ring o il blocco della superficie). Tutto ciò può portare a una riduzione della durata della tenuta. A causa dell'eccessivo movimento intrinseco nei miscelatori, le tenute meccaniche possono presentare maggiori perdite rispetto a quelle similiguarnizioni della pompa, il che può portare allo strappo non necessario della guarnizione e/o addirittura a guasti prematuri se non monitorata attentamente.
In alcuni casi, lavorando a stretto contatto con i produttori di apparecchiature e comprendendo la progettazione delle stesse, è possibile integrare un cuscinetto a rulli nelle cartucce di tenuta per limitare l'angolazione delle superfici di tenuta e mitigare questi problemi. È fondamentale scegliere il tipo di cuscinetto più adatto e assicurarsi di comprendere appieno i potenziali carichi a cui sarà sottoposto, altrimenti il problema potrebbe aggravarsi o addirittura crearne di nuovi con l'aggiunta del cuscinetto. I fornitori di tenute dovrebbero collaborare strettamente con l'OEM e i produttori di cuscinetti per garantire una progettazione adeguata.
Le applicazioni di tenuta con miscelatore sono in genere 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 doppie tenute, la circolazione del fluido barriera è fornita da una funzione di pompaggio interna come una vite di pompaggio assiale. La difficoltà è che la funzione di pompaggio si basa sulla velocità dell'apparecchiatura per generare il flusso e le tipiche velocità di miscelazione non sono sufficientemente elevate per generare portate utili. La buona notizia è che il calore generato dalla superficie di tenuta non è generalmente ciò che causa l'aumento della temperatura del fluido barriera in unguarnizione del miscelatoreÈ il surriscaldamento generato dal processo che può causare un aumento della temperatura del fluido barriera, rendendo al contempo i componenti inferiori della tenuta, come le superfici di tenuta e gli elastomeri, vulnerabili alle alte temperature. I componenti inferiori della tenuta, come le superfici di tenuta e gli O-ring, sono più vulnerabili a causa della vicinanza al processo. Non è il calore a danneggiare direttamente le superfici di tenuta, bensì la ridotta viscosità e, di conseguenza, la lubrificazione del fluido barriera a livello delle superfici di tenuta inferiori. Una lubrificazione insufficiente provoca danni alle superfici a causa del contatto. Altre caratteristiche progettuali possono essere integrate nella cartuccia di tenuta per mantenere basse le temperature del fluido 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 di barriera. Queste caratteristiche costituiscono un sistema a circuito chiuso, a bassa pressione e a bassa portata, in cui l'acqua di raffreddamento circola al loro interno fungendo da scambiatore di calore integrato. Un altro metodo consiste nell'utilizzare una serpentina di raffreddamento nella cartuccia di tenuta tra i componenti inferiori della tenuta e la superficie di montaggio dell'apparecchiatura. Una serpentina di raffreddamento è una cavità attraverso la quale può fluire acqua di raffreddamento a bassa pressione per creare una barriera isolante tra la tenuta e il recipiente, limitando così il surriscaldamento. Una serpentina di raffreddamento progettata correttamente può prevenire temperature eccessive che possono causare danni.faccia di sigilloe elastomeri. Il calore generato dal processo provoca invece un aumento della temperatura del fluido barriera.
Queste due caratteristiche progettuali possono essere utilizzate congiuntamente o singolarmente per contribuire al controllo delle temperature a livello della tenuta meccanica. Molto spesso, le tenute meccaniche per i miscelatori sono specificate in conformità alla norma API 682, 4a edizione, Categoria 1, anche se queste macchine non soddisfano i requisiti di progettazione delle norme API 610/682 dal punto di vista funzionale, dimensionale e/o meccanico. Ciò può dipendere dal fatto che gli utenti finali hanno familiarità con la norma API 682 come specifica per le tenute e non sono a conoscenza di alcune specifiche di settore più appropriate per queste macchine/tenute. Le norme Process Industry Practices (PIP) e Deutsches Institut für Normung (DIN) sono due standard di settore più adatti a questo tipo di tenute: le norme DIN 28138/28154 sono da tempo specificate per i produttori di miscelatori in Europa, e la norma PIP RESM003 è diventata un requisito di specifica per le tenute meccaniche sulle apparecchiature di miscelazione. Al di fuori di queste specifiche, non esistono standard industriali comunemente adottati, il che comporta un'ampia varietà di dimensioni della camera di tenuta, tolleranze di lavorazione, flessione dell'albero, design del riduttore, disposizioni dei cuscinetti, ecc., che variano da un produttore all'altro.
La posizione geografica e il settore di appartenenza dell'utente determineranno in larga misura quale di queste specifiche sia più appropriata per il suo sito.guarnizioni meccaniche del miscelatoreSpecificare la norma API 682 per una tenuta di miscelatore può rappresentare una spesa e una complicazione aggiuntive non necessarie. Sebbene sia possibile integrare una tenuta di base conforme alla norma API 682 in una configurazione di miscelatore, questo approccio comporta generalmente dei compromessi sia in termini di conformità alla norma API 682 sia in termini di idoneità del progetto per applicazioni di miscelazione. L'immagine 3 mostra un elenco delle differenze tra una tenuta di categoria 1 API 682 e una tipica tenuta meccanica di miscelatore.
Data di pubblicazione: 26 ottobre 2023