Funzione di una guarnizione metallica resiliente



Dinamica della guarnizione

L’efficacia delle guarnizioni metalliche resilienti si basa sul relativo elevato carico di contatto specifico esistente tra la guarnizione e la superficie di accoppiamento. Questa forza di serraggio (o lineare) è generata dalla compressione della guarnizione rispetto a una certa profondità della sede e su una certa resilienza o ritorno elastico della guarnizione metallica (dotata o meno di molla).

La figura rappresenta le caratteristiche di compressione e decompressione di un C-ring standard energizzato da molla. La curva “A-B-C” raffigura l'aumento del carico di serraggio in base al tasso di compressione, laddove la curva “C-D-E” rappresenta la riduzione del carico lineare quando le flange della guarnizione si separano e la compressione si riduce.

La curva mostra una deformazione plastica della guarnizione metallica. Il punto “B” sulla curva della compressione indica il punto di transizione tra la deformazione elastica e quella plastica. In questo esempio viene raggiunto quasi l'80% del massimo carico di serraggio. Il punto “C” indica il punto di massima compressione (profondità minima della sede). Le guarnizioni metalliche dovrebbero subire una compressione di circa il 20%, poiché aumentando il rapporto di compressione si corre il rischio di pregiudicare la tenuta.

Il ritorno o recupero elastico totale è situato dal punto “C” al punto “E”. Come regola generale, il ritorno elastico varia fra il 4 e il 6% della sezione originale della guarnizione. Chiaramente non appena la separazione della flangia sarà uguale al ritorno elastico, la forza di serraggio tornerà ad azzerarsi. A questo punto l'efficacia della tenuta ne risentirà notevolmente. Pertanto si consiglia caldamente di progettare flangia e bulloni in modo tale che la rotazione della flangia nel punto di tenuta sia inferiore a 1/3 del ritorno elastico totale. Quest'ultimo è delineato dalle sezione colorata di verde della curva di compressione.

Per un utilizzo sicuro della guarnizione, questa deve mantenersi nella sezione verde (linea C-D) della curva di compressione. A seconda del numero delle variabili potrebbe essere necessario dover spostare verso l'alto il punto “D”, ovvero ridurre il ritorno utile.

Forza di serraggio

La linea di tenuta iniziale tra la guarnizione e la superficie di accoppiamento aumenterà gradualmente in base al tasso di compressione per formare un'impronta. L'ampiezza dell'impronta dipende dal tipo, dalla sezione e dal tasso di compressione della guarnizione. La forza di serraggio della guarnizione sarà uguale al carico lineare diviso per l'ampiezza dell'impronta.

I carichi lineari variano da una circonferenza della guarnizione compresa tra 20 N/mm e 500 N/mm. L'ampiezza o l'impronta della guarnizione varia da meno di 1 mm fino a circa 3 mm per le guarnizioni a sezioni più grandi. Sulla base di tali fattori, la forza di serraggio varierà da un minimo di 30 MPa fino a oltre 150 MPa. In presenza di una molla per carico pesante, il suddetto valore può superare i 300 MPa.

L'elevata forza di serraggio è necessaria per consentire alla placcatura o al rivestimento prescelti di riempire le irregolarità delle flange, assicurandone la perfetta tenuta in caso di perdite.









Scelta della guarnizione

A seconda del livello di tenuta richiesto, della finitura della superficie della sede e del fluido da tenere, si può optare per una placcatura o un rivestimento diverso. Per una placcatura o un rivestimento con materiale più tenero, per creare lo stress necessario a far fluire il materiale scelto per la placcatura, potrebbe essere sufficiente la forza di serraggio di un C-ring a basso carico. In presenza di temperature più elevate o qualora altre condizioni di utilizzo richiedano l'uso di una placcatura più dura, invece, la migliore scelta potrebbe essere una guarnizione energizzata da molla.

Ad ogni modo si consiglia sempre di optare per la sezione più grande possibile per un dato diametro. In questo modo, infatti, ci sarà il maggiore ritorno elastico utile garantendo prestazioni all'interno della più ampia gamma possibile di tolleranze per quel determinato diametro (linea C-D del grafico a pagina 6), creando così una soluzione di tenuta più robusta. Un ritorno elastico più elevato consente una maggiore rotazione della flangia dovuta a carichi interni o esterni.

Scelta del materiale

Il tipo di materiale da utilizzare è determinato non solo dall'applicazione ma anche dalle specifiche tecniche. In genere, tuttavia, per i C-ring e i C-ring energizzati con molla si ricorre più comunemente a leghe ad alto contenuto di nichel. Per gli O-ring metallici i materiali utilizzati sono l'acciaio inossidabile ad alta resistenza e leghe ad alto contenuto di nichel.

Design non standard

Le guarnizioni metalliche resilienti spesso devono essere impiegate in condizioni di esercizio estreme. Le soluzioni standard contenute nel presente catalogo potrebbero non bastare per soddisfare queste esigenze.

Nel caso in cui l'applicazione richieda proprietà di tenuta diverse da quelle previste dai design standard, HTMS è in grado di sviluppare una guarnizione con le proprietà fisiche necessarie.

Grazie alla sua stretta collaborazione con il mondo accademico e i fornitori di materiali, HTMS riesce a ottimizzare le caratteristiche di tenuta.

Placcatura - Rivestimento

Grazie ad attrezzature tecnologicamente all'avanguardia, HTMS è in grado di fornire servizi di placcatura e rivestimento di prim'ordine. Il nostro impianto di placcatura interno consente placcature in oro, argento, rame, nichel e stagno.

HTMS gestisce inoltre un impianto di placcatura per l'applicazione di uno strato tenero in PTFE sulla superficie di accoppiamento della guarnizione. Lo spessore di placcatura o rivestimento abituale per le guarnizioni è di 50 micron. Aderendo al materiale della base, questo strato riempirà le irregolarità della superficie della sede per effetto della forza di serraggio. Materiali più teneri come lo stagno e il PTFE richiedono una forza inferiore rispetto ad esempio all'argento o all'oro. Il nichel, che è invece un materiale da placcatura relativamente duro, richiede la forza di serraggio più elevata.

La placcatura basata su metalli teneri può raggiungere un flusso di perdita (He) di 10-10 Pa.m³/s. Il rivestimento in PTFE avrà un limite di 10-6 Pa.m³/s data la porosità del PTFE per l'elio.