Soluzioni di accoppiamento elastomerico per applicazioni di pompe
Sebbene venga posta molta enfasi sulla selezione di motori e pompe, l'importanza di selezionare l'accoppiamento ideale che collega questi due costosi componenti è spesso sottovalutata.
Inoltre, viene spesso trascurata la procedura corretta per l'installazione e l'allineamento del giunto selezionato. Un'installazione errata e/o un disallineamento incontrollato possono causare usura prematura e potenziale guasto del giunto, nonché possibili danni alla pompa e/o al motore.
La funzione di base di un giunto è di trasmettere potenza, compensare il disallineamento e compensare il movimento assiale (movimento finale degli alberi). A volte, ci si aspetta che un giunto assorba urti o vibrazioni. La scelta del giunto giusto dipende da quattro condizioni fondamentali di disallineamento o movimento dell'albero:
Il disallineamento parallelo si verifica quando i due alberi non condividono lo stesso asse di rotazione. Le loro facce terminali possono essere parallele, ma i loro assi centrali sono spostati lateralmente l'uno rispetto all'altro.
Il disallineamento angolare si applica quando gli alberi non sono né coassiali né paralleli. L'angolo al quale gli alberi sono disallineati può essere simmetrico o asimmetrico.
Il galleggiante assiale si verifica quando uno o entrambi gli alberi mostrano un movimento assiale, entrando e uscendo. Un motore con cuscinetto a manicotto, ad esempio, "galleggia" mentre il rotore cerca il centro magnetico dell'avvolgimento. La variazione di temperatura può anche causare dilatazioni termiche e variazioni di posizione degli alberi.
La flessibilità torsionale è il movimento torsionale su piani perpendicolari all'asse dell'albero. In genere questo è causato da urti o vibrazioni. Un giunto torsionalmente flessibile assorbe e smorza questi movimenti.1
Per essere considerato flessibile, un giunto deve gestire il disallineamento parallelo e angolare. I giunti con flessibilità a quattro vie consentono sia il gioco assiale che il movimento torsionale.1 La seguente panoramica dei vari tipi di accoppiamento disponibili rivela i pro ei contro di ciascuno.
Giunti per applicazioni ad alta velocità e coppia elevata
Mentre i giunti elastomerici sono comunemente usati per numerose applicazioni di pompe industriali generiche fino a 115 cavalli (CV)/100 giri al minuto (rpm), i limiti dei materiali elastomerici vengono superati nelle applicazioni che richiedono la trasmissione di coppie e velocità più elevate.
I giunti a ingranaggi hanno prestazioni eccellenti nelle applicazioni con coppia più elevata. Tuttavia, questi giunti più rigidi non forniscono molto smorzamento torsionale, il che si traduce in una maggiore trasmissione di vibrazioni dal motore alla pompa (immagine 2). I giunti a griglia sono torsionalmente flessibili e forniscono un certo smorzamento torsionale.
I giunti a disco possono ruotare a velocità elevate, il che li rende una buona scelta per le pompe che funzionano a regimi elevati. Tuttavia, questi giunti consentono solo piccole quantità di disallineamento assiale. La flessione di un disco o di un componente metallico oltre il suo punto di snervamento può causare affaticamento e un ampio movimento assiale può causare guasti.
Scelte di accoppiamento elastomerico
Esistono tre tipi fondamentali di giunti elastomerici: tipo pneumatico, tipo a manicotto e tipo a ganasce. I giunti del tipo a pneumatico e del tipo a manicotto funzionano a taglio (rispetto alla compressione) per assorbire gli urti e proteggere l'attrezzatura. L'elemento flessibile elastomerico in questi giunti può deformarsi a taglio, spostandosi sotto un carico. La quantità di spostamento torsionale o avvolgimento dell'elastomero è una misura dell'urto che può essere assorbito. L'elemento si comprime anche facilmente e può ospitare il galleggiante di estremità.
La flessibilità torsionale consente a questi due giunti elastomerici di smorzare l'ampiezza delle vibrazioni, isolando un albero dagli effetti dell'altro.
Uno dei maggiori vantaggi dei giunti elastomerici a taglio del tipo per pneumatico e del tipo a manicotto è che sono progettati per guastarsi sotto carichi d'urto eccessivi e scollegare la pompa dal motore per proteggere la pompa in caso di blocco o qualsiasi altra condizione che crei eccessivi shock.
Il risparmio sui costi e la capacità di analizzare meglio i guasti possono essere inestimabili. A seconda della marca e dell'ambiente, gli elastomeri utilizzati nei giunti a manicotto possono degradarsi a causa di variazioni eccessive di temperatura e di esposizione chimica.
I giunti per pneumatici sono popolari per l'uso su pompe ANSI (American National Standards Institute) per servizio continuo in diverse applicazioni che richiedono vibrazioni minime. Ad esempio, funzionano bene con applicazioni che richiedono portate variabili. Al variare della portata, le possibilità di vibrazione aumentano in tutta la pompa ed è più difficile per i cuscinetti. L'accoppiamento di tipo pneumatico funge da smorzatore e gestisce le vibrazioni in modo più coerente. Il grande vantaggio dei giunti di tipo pneumatico è che possono essere facilmente sostituiti senza dover spostare la pompa e il motore.
I giunti a manicotto sono una buona scelta per l'uso con molte pompe per uso generico, comprese le pompe centrifughe utilizzate con azionamenti a frequenza variabile. Questi giunti torsionalmente morbidi sono ideali per applicazioni con disallineamento moderato. Le tipiche applicazioni di accoppiamento a manicotto includono pompe da pozzo, pompe centrifughe ad aspirazione verticale, pompe a turbina verticali e alcune pompe orizzontali a cassa divisa.
I giunti a manicotto in elastomero economici hanno tipicamente una capacità di disallineamento da 1/4 a 1 grado, mentre i giunti per pneumatici in elastomero a prezzi moderati hanno tipicamente una capacità di disallineamento da 2 a 4 gradi.
I giunti a ganascia utilizzano materiale elastomerico in compressione e non hanno la stessa quantità di capacità di disallineamento o capacità di smorzamento assiale e torsionale dei giunti a taglio. In compressione, l'elemento in gomma viene schiacciato per trasmettere la coppia, anziché attorcigliato. Questi giunti sono generalmente utilizzati in applicazioni a bassa potenza in cui il costo è un criterio di selezione primario. I giunti a ganascia possono essere trovati su un'ampia gamma di applicazioni di pompaggio, inclusi ingranaggi in materiale viscoso, viti, cavità progressive e pompe volumetriche a lobi .
Un grande vantaggio degli accoppiamenti a ganasce è il loro design a prova di errore. L'attrezzatura continuerà a funzionare se l'elastomero si guasta.
Con la selezione dell'accoppiamento, gli utenti della pompa devono fare attenzione alla trappola del "più è meglio". Il sovradimensionamento di un giunto può comportare una flessibilità ridotta o una compensazione del disallineamento e un giunto troppo grande può aumentare le sollecitazioni sulla pompa e sul motore da accoppiare.
Al contrario, un giunto con una capacità di disallineamento eccessiva può essere troppo morbido o cedevole, il che può causare vibrazioni o condizioni di rotazione sbilanciate.
Dopo aver installato una pompa/motore, è sempre buona norma ricontrollare l'allineamento dopo circa sei mesi. La base della pompa/del motore potrebbe depositarsi e potrebbe disallineare la pompa. È importante quando si sceglie il giusto giunto elastomerico per controllare prima l'ambiente circostante in cui la pompa/motore funzionerà. Domanda se sarà esposto a variazioni estreme di temperatura.
Inoltre, capire quale tipo di coppia (fattore di servizio) è richiesto per pompare il materiale dal punto A al punto B. Infine, è importante considerare se la pompa sarà sottoposta a sollecitazioni sul tubo che potrebbero farla cadere fuori allineamento volta.