La tenuta dell'albero è una componente fondamentale nella progettazione delle pompe per fanghi. Un sistema di tenuta adeguato contribuisce a prevenire perdite eccessive, a proteggere l'albero della pompa e il gruppo cuscinetti, a ridurre le esigenze di manutenzione e a migliorare l'affidabilità operativa complessiva.

A differenza delle pompe per acqua pulita, le pompe per fanghi spesso gestiscono fluidi abrasivi, ad alto contenuto di solidi e talvolta corrosivi. Queste condizioni rendono la scelta della tenuta dell'albero più complessa. Un sistema di tenuta che funziona bene con acqua pulita potrebbe non essere adatto a un fango altamente abrasivo.

Nelle applicazioni con pompe per fanghi si utilizzano tre metodi comuni di tenuta dell'albero: tenute a espulsione, tenute a premistoppa e tenute meccaniche . Ciascuno di essi presenta un proprio principio di funzionamento, vantaggi, limitazioni e applicazioni idonee.

Non esiste una tenuta dell'albero "migliore" in assoluto per tutte le pompe per fanghi. La scelta corretta dipende dalle caratteristiche del fango, dalle condizioni operative della pompa, dai requisiti di tenuta, dalla disponibilità di acqua di tenuta, dalle possibilità di manutenzione e dal costo operativo totale.

1. Che cos'è una guarnizione per albero di una pompa per fanghi?

Una tenuta dell'albero viene installata attorno all'albero rotante o al manicotto dell'albero nel punto in cui quest'ultimo attraversa il corpo della pompa. La sua funzione principale è quella di controllare il passaggio di fanghi, liquidi o aria attraverso quest'area durante il funzionamento della pompa.

Un sistema di tenuta dell'albero efficace dovrebbe:

• Ridurre al minimo le perdite indesiderate di fanghi;

• Evitare che entri aria in eccesso nella pompa;

• Proteggere l'albero e la boccola dell'albero;

• Mantenere un funzionamento stabile della pompa;

• Ridurre, ove possibile, il consumo di acqua ed energia;

• Consentire ispezioni e manutenzioni pratiche.

I tre principali sistemi di tenuta utilizzati nelle pompe per fanghi sono le tenute a espulsione, le tenute a premistoppa e le tenute meccaniche .

2. Guarnizione a espulsore per pompe per fanghi

Una tenuta a espulsore utilizza un componente rotante secondario, noto come espulsore, per generare pressione centrifuga durante il funzionamento della pompa. L'espulsore è posizionato dietro la girante principale e ruota con l'albero della pompa.

Durante la rotazione della pompa, l'espulsore genera una pressione che contribuisce a contrastare la pressione della sospensione attorno alla zona di tenuta dell'albero. Ciò riduce la quantità di sospensione che raggiunge la camera di tenuta e può ridurre significativamente la necessità di acqua di tenuta esterna.

Come funziona una guarnizione a espulsione?

Il principio di funzionamento di base può essere semplificato come segue:

Rotazione della pompa → Rotazione dell'estrattore → Pressione centrifuga → La poltiglia viene spinta lontano dalla zona di tenuta dell'albero

Poiché l'effetto di tenuta è generato meccanicamente dall'espulsore rotante, una tenuta a espulsore può funzionare con poca o nessuna acqua di tenuta esterna continua in applicazioni idonee.

Tuttavia, l'effettiva idoneità di una tenuta a espulsore dipende da fattori quali la velocità della pompa, la pressione di mandata, le condizioni di aspirazione, le caratteristiche della sospensione e la progettazione specifica della pompa e della tenuta.

Vantaggi delle guarnizioni a espulsione

Le guarnizioni a espulsione sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni con fanghi abrasivi perché offrono diversi vantaggi pratici:

• Riduzione della dipendenza dall'acqua proveniente dalle ghiandole esterne;

• Minore consumo di acqua di tenuta nelle applicazioni idonee;

• Buona tolleranza alle sospensioni abrasive;

• Nessuna regolazione di routine dell'imballaggio;

• Adatto a numerose applicazioni nel settore minerario e della lavorazione dei minerali;

• Può contribuire a ridurre la diluizione della sospensione causata dall'acqua presente nelle guarnizioni.

Limitazioni delle guarnizioni a espulsione

La tenuta dell'espulsore non è esente da manutenzione. L'espulsore e gli altri componenti di tenuta sono esposti al fluido pompato e possono usurarsi nel tempo.

L'efficacia della tenuta dipende anche dalla velocità di rotazione della pompa. Quando la pompa è ferma, l'estrusore non genera più la pressione centrifuga necessaria per la tenuta. Pertanto, è necessario considerare l'intero sistema di tenuta in fase di avviamento, arresto e in condizioni statiche.

Le tenute a espulsore possono presentare limitazioni anche quando la pompa funziona ad alta pressione di aspirazione o in altre condizioni che riducono la differenza di pressione disponibile attraverso la tenuta.

Per questo motivo, la scelta della tenuta dell'estrusore dovrebbe sempre basarsi sulle effettive condizioni operative della pompa, piuttosto che sul solo tipo di fango.

3. Guarnizione di tenuta per pompe per fanghi

A La tenuta a premistoppa , detta anche tenuta a baderna , utilizza anelli di materiale comprimibile installati attorno all'albero o al manicotto dell'albero. Il pressore della baderna comprime il materiale di tenuta per creare un'interfaccia di tenuta controllata.

Le tenute a premistoppa sono tra i sistemi di tenuta più diffusi per le pompe per fanghi grazie alla loro semplicità costruttiva, alla facile manutenzione e alla buona resistenza ai fluidi abrasivi.

Come funziona un sigillo ghiandolare?

Gli anelli di tenuta sono installati all'interno della camera di premistoppa attorno al manicotto dell'albero. Il premistoppa applica una compressione controllata alla tenuta.

Il principio fondamentale è:

Compressione della guarnizione → Contatto controllato attorno all'albero → Perdite ridotte

In molte applicazioni con pompe per fanghi, l'acqua pulita proveniente dalla tenuta viene immessa nella camera di tenuta. Una pressione dell'acqua di tenuta opportunamente controllata contribuisce a impedire che i fanghi penetrino nella camera di tenuta e protegge la guarnizione e il manicotto dell'albero.

Vantaggi della sigillatura della ghiandola

Le guarnizioni per ghiandole salivari sono particolarmente interessanti laddove semplicità e facilità di manutenzione sul campo siano fattori importanti.

I principali vantaggi includono:

• Costruzione semplice e robusta;

• Facile ispezione e regolazione;

• Costo iniziale relativamente basso;

• Buona tolleranza alle sospensioni abrasive;

• La guarnizione può essere sostituita senza dover sostituire l'intero gruppo di tenuta meccanica;

• Adatto a una vasta gamma di applicazioni convenzionali con pompe per fanghi;

• L'usura progressiva rende relativamente facile monitorare le condizioni delle guarnizioni.

Una caratteristica importante delle guarnizioni di tenuta è che, di norma, è prevista una piccola perdita controllata. Gli operatori possono monitorare le perdite e regolare la compressione della guarnizione man mano che questa si usura.

Limitazioni dei sigilli ghiandolari

Le sigillature delle ghiandole presentano anche diversi svantaggi.

Potrebbero richiedere un flusso continuo di acqua dalla guarnizione, il che può aumentare il consumo idrico. Anche una pressione eccessiva dell'acqua nella guarnizione o una regolazione errata della guarnizione stessa possono accelerare l'usura della guarnizione e del manicotto dell'albero.

Se la guarnizione viene stretta eccessivamente, l'attrito e la generazione di calore possono aumentare. Se è troppo allentata, possono verificarsi perdite eccessive.

Pertanto, le prestazioni della tenuta della guarnizione dipendono non solo dalla qualità della guarnizione, ma anche dalla corretta installazione, regolazione e controllo del livello dell'acqua nella guarnizione.

4. Tenuta meccanica per pompe per fanghi

A La tenuta meccanica utilizza una superficie di tenuta rotante e una superficie di tenuta fissa per creare un'interfaccia di tenuta controllata attorno all'albero della pompa.

Rispetto a una tenuta a premistoppa, una tenuta meccanica, se selezionata, installata e utilizzata correttamente, può garantire perdite visibili molto inferiori.

Le tenute meccaniche vengono generalmente prese in considerazione quando il controllo delle perdite, il contenimento del processo o i requisiti ambientali sono particolarmente importanti.

Come funziona una tenuta meccanica?

Il principio di base della tenuta è:

Superficie di tenuta rotante + superficie di tenuta fissa → Interfaccia di tenuta controllata → Bassa perdita

Le superfici di tenuta operano a stretto contatto con un sottilissimo film di fluido interposto tra di esse. Materiali adeguati per le superfici, lubrificazione, raffreddamento e condizioni operative sono essenziali per un funzionamento affidabile.

Vantaggi delle tenute meccaniche

Le tenute meccaniche possono offrire diversi vantaggi:

• Perdite minime se progettato e utilizzato correttamente;

• Migliore contenimento del fluido pompato;

• Nessuna regolazione di routine dell'imballaggio;

• Riduzione delle perdite visibili attorno all'albero;

• Adatto ad applicazioni in cui è necessario ridurre al minimo la contaminazione o la perdita di prodotto;

• Può essere utilizzato in applicazioni a funzionamento continuo con sistemi di supporto della tenuta adeguati.

Per fluidi corrosivi o chimicamente aggressivi, è possibile selezionare combinazioni idonee di materiali per le superfici di tenuta ed elastomeri in base alle caratteristiche del fluido.

Limitazioni delle tenute meccaniche

Le tenute meccaniche sono più sensibili alle condizioni operative rispetto alle tenute di tenuta convenzionali.

Le particelle abrasive possono danneggiare le superfici di tenuta se queste non sono progettate o protette adeguatamente. Le sospensioni ad alto contenuto di solidi possono quindi rappresentare una sfida significativa.

A seconda dell'applicazione, una tenuta meccanica può richiedere un sistema di lavaggio, raffreddamento, tamponamento o barriera appropriato per proteggere le superfici di tenuta e mantenere condizioni operative idonee.

Le tenute meccaniche presentano in genere costi iniziali di acquisto e installazione più elevati e richiedono un'installazione e una manutenzione più precise.

Pertanto, una tenuta meccanica non dovrebbe essere scelta semplicemente perché rappresenta una tecnologia di tenuta più sofisticata. Deve essere adattata al tipo di fango, alla pressione, alla temperatura, alla velocità e alle condizioni di supporto della tenuta.

5. Tenuta a espulsore vs tenuta a premistoppa vs tenuta meccanica

Il seguente confronto fornisce una guida generale per le applicazioni delle pompe per fanghi:

Questa tabella è una guida generale alla selezione. Le prestazioni effettive della tenuta dipendono dal design della pompa, dalle proprietà della miscela, dai parametri operativi e dalla configurazione della tenuta.

6. Come scegliere la guarnizione giusta per una pompa per fanghi

La scelta delle guarnizioni dovrebbe partire dalle effettive condizioni operative, piuttosto che dal tipo di guarnizione in sé.

Fase 1: Valutare le caratteristiche della sospensione

Innanzitutto, consideriamo le proprietà del mezzo pompato:

• Concentrazione di solidi;

• Dimensione delle particelle;

• Durezza delle particelle;

• Abrasività;

• Corrosità;

• Temperatura;

• Viscosità.

Per fanghi altamente abrasivi e ricchi di solidi, le tenute a espulsione e le tenute a baderna sono spesso scelte pratiche grazie alla loro tolleranza alle particelle abrasive.

Per fluidi corrosivi, tossici, di valore o sensibili dal punto di vista ambientale, una tenuta meccanica può essere preferibile quando sono richieste perdite minime e un migliore contenimento.

Tuttavia, è possibile che si verifichino anche condizioni abrasive e corrosive combinate. In questi casi, i materiali di tenuta e l'intero sistema di tenuta devono essere selezionati con cura.

Fase 2: Verificare le condizioni operative della pompa

Nella scelta della guarnizione è necessario considerare anche i seguenti aspetti:

• Portata;

• Testa della pompa;

• Velocità della pompa;

• Pressione di scarico;

• Pressione di aspirazione;

• Temperatura di esercizio;

• Funzionamento continuo o intermittente.

L'alta pressione, l'alta temperatura o l'alta velocità da sole non determinano automaticamente il tipo di tenuta.

Ad esempio, una pompa per fanghi ad alta velocità potrebbe comunque richiedere un sistema di tenuta a espulsione o a premistoppa se il fango è altamente abrasivo. Al contrario, un'applicazione a pressione relativamente bassa potrebbe richiedere una tenuta meccanica a causa di rigorosi requisiti di controllo delle perdite.

L'approccio corretto consiste nel valutare l'intero ambito operativo.

Fase 3: Determinare il requisito di tenuta

La tolleranza alle perdite è uno dei fattori di selezione più importanti.

Se una piccola perdita controllata è accettabile, una guarnizione di tenuta può rappresentare una soluzione pratica ed economica.

Se la riduzione del consumo di acqua di tenuta è una priorità e le condizioni della pompa sono idonee, una tenuta a espulsione può risultare vantaggiosa.

Se l'applicazione richiede perdite visibili minime o un contenimento rigoroso del fluido pompato, una tenuta meccanica potrebbe essere più appropriata.

Fase 4: Valutare la disponibilità di acqua di foca

Il fabbisogno idrico delle foche può avere un impatto significativo sui costi operativi.

Le guarnizioni delle tenute richiedono generalmente acqua di tenuta pulita. La pressione e il flusso dell'acqua devono essere controllati correttamente. Una pressione eccessiva può aumentare il consumo di acqua e l'usura delle guarnizioni, mentre una pressione insufficiente può consentire alla melma di penetrare nella camera di tenuta.

In condizioni operative adeguate, una tenuta a espulsione può ridurre o eliminare la presenza continua di acqua nella guarnizione esterna.

Le tenute meccaniche possono anche richiedere un sistema dedicato di lavaggio, raffreddamento, tamponamento o barriera, a seconda del design della tenuta e dell'applicazione.

Pertanto, nella fase di selezione è necessario considerare la qualità dell'acqua disponibile, la pressione, la portata e i costi operativi.

Fase 5: Valutare le capacità di manutenzione

Anche le condizioni di manutenzione del sito influenzano la scelta migliore.

Scegliere una guarnizione per la ghiandola quando:

• Una semplice manutenzione del campo è importante;

• La regolazione dell'imballaggio può essere eseguita dagli operatori;

• Le guarnizioni di ricambio sono facilmente reperibili;

• Una certa quantità di perdite controllate è accettabile;

• È necessario ridurre al minimo i costi iniziali di sigillatura.

Valutare l'utilizzo di una guarnizione a espulsione quando:

• La poltiglia è abrasiva;

• Ridurre il consumo di acqua da parte delle foche è importante;

• Le condizioni operative della pompa sono adatte alla tenuta dell'espulsore;

• È necessaria una soluzione robusta per il pompaggio di fanghi.

Scegliere una tenuta meccanica quando:

• È necessaria una perdita minima;

• Il controllo ambientale o della contaminazione è importante;

• Il fluido pompato è tossico, prezioso o pericoloso;

• È disponibile personale di manutenzione qualificato;

• L'applicazione può fornire le condizioni di lavaggio, raffreddamento, tamponamento o barriera richieste.

7. È possibile utilizzare le tenute a espulsione senza acqua di tenuta?

In molte applicazioni idonee per pompe per fanghi, una tenuta a espulsore può funzionare senza un continuo afflusso d'acqua esterno, poiché l'espulsore rotante genera pressione centrifuga durante il funzionamento della pompa.

Tuttavia, ciò non significa che ogni pompa per fanghi a tenuta espulsiva possa funzionare completamente senza acqua in tutte le condizioni.

L'idoneità del funzionamento senza acqua o con acqua ridotta dipende da diversi fattori, tra cui:

• Velocità della pompa;

• Pressione di mandata della pompa;

• Condizioni di aspirazione;

• Caratteristiche della sospensione;

• Progettazione dell'espulsore;

• Configurazione della pompa;

• Condizioni di avvio e arresto.

Per questo motivo, nella scelta del sistema di tenuta dell'espulsore, è necessario attenersi all'intervallo operativo raccomandato dal produttore.

8. È possibile utilizzare tenute meccaniche per fanghi altamente abrasivi?

Sì, ma la tenuta meccanica deve essere progettata e supportata specificamente per l'applicazione.

Una sospensione altamente abrasiva può causare rapidi danni alle superfici di tenuta meccaniche se le particelle abrasive penetrano nell'interfaccia di tenuta. La tenuta richiede pertanto materiali e condizioni operative adeguati.

A seconda dell'applicazione, una tenuta meccanica specializzata può utilizzare:

• Superfici di tenuta resistenti all'abrasione;

• Materiali elastomerici appropriati;

• Lavaggio esterno;

• Liquido tampone;

• Fluido di barriera;

• Altri sistemi di supporto per le guarnizioni.

Il punto fondamentale è che una tenuta meccanica non deve essere considerata un componente standard che può essere installato su qualsiasi pompa per fanghi senza valutare le condizioni di processo.

Per fanghi altamente abrasivi, la tenuta tramite espulsore o premistoppa può rimanere la soluzione più pratica, a condizione che i requisiti di tenuta lo consentano.

9. Tenuta a espulsione, tenuta a premistoppa o tenuta meccanica: qual è la migliore?

Non esiste una risposta universale.

I tre metodi di sigillatura risolvono problemi diversi.

Le tenute a espulsione si concentrano sull'utilizzo dell'azione centrifuga per controllare la formazione di fanghi in prossimità della tenuta dell'albero e possono ridurre la dipendenza dall'acqua di tenuta esterna.

Le guarnizioni per le ghiandole aortiche privilegiano semplicità, robustezza, facilità di manutenzione e tolleranza alle sospensioni abrasive.

Le tenute meccaniche privilegiano la bassa dispersione e il contenimento, ma richiedono un abbinamento più accurato dei materiali, delle condizioni operative e dei sistemi di supporto della tenuta.

Un approccio pratico alla selezione può quindi essere riassunto come segue:

Fango abrasivo + risparmio idrico → Valutare una tenuta a espulsione.

Pasta abrasiva + manutenzione semplice → Valutare la possibilità di installare una guarnizione di tenuta.

Controllo rigoroso delle perdite + condizioni di supporto della tenuta adeguate → Valutare una tenuta meccanica.

Queste sono linee guida generali, non regole universali. La scelta definitiva deve essere confermata in base alle effettive condizioni della pompa e del processo.

10. Come una corretta selezione delle guarnizioni migliora l'affidabilità delle pompe per fanghi.

La tenuta dell'albero ha un effetto diretto sull'affidabilità della pompa per fanghi.

Una guarnizione inadeguata può causare:

• Perdite eccessive;

• Aumento del consumo di acqua da parte delle foche;

• Usura dell'albero o della boccola dell'albero;

• Guasto prematuro della guarnizione;

• Manutenzione non programmata;

• Contaminazione o diluizione della sospensione;

• Aumento dei costi operativi.

La scelta della guarnizione più adatta contribuisce a bilanciare le prestazioni di tenuta, le esigenze di manutenzione, il consumo di acqua, la durata dei componenti e il costo totale di proprietà.

È inoltre importante ricordare che le prestazioni della tenuta dipendono da più fattori rispetto al solo componente di tenuta. La velocità della pompa, le condizioni del manicotto dell'albero, la pressione nella camera di tenuta, la concentrazione della miscela, la precisione dell'installazione e le procedure operative possono influenzare la durata della tenuta.

Conclusione

I tre principali metodi di tenuta dell'albero utilizzati nelle pompe per fanghi (tenute a espulsione, tenute a premistoppa e tenute meccaniche ) presentano ciascuno i propri punti di forza e di debolezza.

Una tenuta a espulsione può rappresentare una scelta efficace per applicazioni con fanghi abrasivi, laddove è importante ridurre il consumo di acqua di tenuta esterna e le condizioni operative della pompa sono idonee.

A La tenuta a premistoppa rimane una soluzione robusta e pratica per molte applicazioni convenzionali con fanghi, in particolare laddove la facilità di manutenzione, la semplicità costruttiva e la buona tolleranza ai solidi abrasivi sono prioritarie.

A La tenuta meccanica è adatta per applicazioni in cui perdite minime e contenimento del processo sono fondamentali, a condizione che le caratteristiche della sospensione, i materiali di tenuta, il sistema di lavaggio o di barriera e le condizioni operative siano adeguatamente compatibili.

La migliore tenuta per l'albero di una pompa per fanghi non è quindi necessariamente la più avanzata o la più economica. La scelta migliore è quella che si adatta alle caratteristiche del fango, alla pressione, alla velocità, alla temperatura, ai requisiti di tenuta, alle condizioni dell'acqua di tenuta e alle possibilità di manutenzione dell'applicazione specifica.

Per un funzionamento affidabile della pompa per fanghi, la scelta delle guarnizioni dovrebbe essere considerata come parte integrante dell'intero sistema di pompaggio, piuttosto che come un componente isolato.