Anelli di tenuta per alberi rotanti - Sezione tecnica

Meccanismo della

tenuta nell'area di contatto

Il funzionamento di un anello di tenuta si basa sul concetto che la superficie rotante dell’albero “scivola” sotto lo spigolo di tenuta del labbro. 

La forza radiale che preme sull’albero genera un micro-schiacciamento dello spigolo e la formazione di una piccola superficie piana di tenuta mentre la combinazione tra gli angoli definiti dal design del labbro e l’azione a leva della molla, genera una distribuzione asimmetrica della pressione lungo l’area di contatto. 

Il grafico della fig. 1 mostra come si distribuisce la pressione unitaria lungo la superficie di contatto:

• pressione massima e in ripida salita sul lato olio
• pressione in graduale decadimento lungo la superficie di contatto verso il lato aria

La distribuzione asimmetrica della pressione di contatto ha una importanza fondamentale nella funzione di tenuta. 

Nella condizione di albero fermo, lo schiacciamento differenziato dello spigolo di tenuta determina una perfetta adesione alla superficie dell’albero e ne assicura la sigillatura.

Nella condizione di albero in movimento, in combinazione con le forze circonferenziali prodotte dalla rotazione dell’albero, determina una “deformazione caratteristica” della struttura del labbro di tenuta lungo la superficie di contatto con l’albero.

Questa “deformazione caratteristica”, che si manifesta solo quando l’albero è in rotazione, è una ben precisa modifica di forma della struttura in gomma, così come mostrato nella fig.3.

La forma così assunta dalla gomma, crea una azione di tipo idrodinamico vantaggiosa per la tenuta, cioè crea un micro-pompaggio del fluido dal lato aria verso il lato olio.

Tra lo spigolo di tenuta e la superficie dell’albero, nel punto di contatto, è interposta una pellicola di lubrificante formato dal fluido da ritenere. La presenza del lubrificante è importante in quanto impedisce una usura precoce e la distruzione termica del labbro di tenuta. 



Labbro di tenuta con effetto pompaggio di ritorno

Per incrementare la capacità della tenuta quando sottoposta a forti sollecitazioni derivate dall’alta temperatura e velocità di rotazione, l’effetto idrodinamico può essere rafforzato negli effetti e nell’efficacia inserendo sul cono del labbro di tenuta, lato aria, dei rilievi opportunamente sagomati e orientati.

I rilievi vengono angolati e direzionati nel senso di rotazione dell’albero e penetrano all’interno della zona di contatto sommandosi e rafforzando l’azione di pompaggio dei micro-rilievi già presenti sulla gomma sotto spigolo per effetto della asimmetrica distribuzione della pressione di tenuta.

Esistono due tipologie di rilievi idrodinamici: 

• mono-direzionali orientati nel senso di rotazione dell’albero quando ruota solo in senso orario o solo in senso antiorario.
• bi-direzionali quando l’albero ruota alternativamente orario e antiorario. Questo tipo di rigatura ha una efficacia idrodinamica inferiore a quella mono-direzionale.

Una freccia incisa sul lato posteriore dell’anello di tenuta ne identifica l’orientamento.

Tutti questi tipi di anelli hanno i rilievi idrodinamici e lo spigolo di tenuta preformati dallo stampo e quindi privi di qualsiasi lavorazione meccanica.

Principali cause di perdita del fluido

Le perdite di fluido dagli anelli di tenuta avvengono quando un fattore esterno disturba il meccanismo della tenuta cioè rompe l’equilibrio che si instaura tra gli elementi del sistema.

Le cause principali:

• contaminazione e decomposizione del fluido di contatto
• errato grado di rugosità superficiale dell’albero o rettifica elicoidale.
• incisioni, ammaccature, porosità o altri danni nell’area di contatto dell’albero o dell’anello di tenuta
• indurimento e criccature dello spigolo di tenuta
• pressioni anomale o movimenti assiali non previsti nel progetto