Antivibranti per Pompe ad Alta Pressione e Sistemi Waterjet

Dinamica delle vibrazioni nelle pompe ad alta pressione: la natura delle sollecitazioni dinamiche

Le pompe a pistoni o a tuffante impiegate nei sistemi ad alta pressione generano un campo vibrazionale continuo e complesso, derivante dalla conversione del moto rotatorio dell’albero a gomiti in moto alternativo dei pistoni. Ogni ciclo di pompaggio produce variazioni volumetriche e fluttuazioni di pressione cicliche nel fluido, traducendosi in impulsi d’inerzia ad elevata frequenza. In applicazioni quali i sistemi di taglio ad acqua o i gruppi di idrolavaggio industriale, tali forze alterne non bilanciate causano un’intensa sollecitazione dinamica sul basamento della macchina.

A differenza delle macchine rotative continue, la sovrapposizione tra la frequenza fondamentale di pompaggio e le relative armoniche superiori produce componenti di accelerazione ad ampiezza elevata. Se queste onde elastiche non vengono isolate alla fonte, si trasmettono sotto forma di rumore strutturale alla carpenteria portante e all’ambiente circostante. L’assenza di un adeguato sistema di disaccoppiamento elastico genera fenomeni di fatica meccanica che compromettono i serraggi filettati, deformano la struttura di supporto e accelerano l’usura delle tenute dinamiche della pompa stessa.

Isolamento attivo e prevenzione della frequenza di risonanza nel basamento

Nei sistemi di pompaggio ad alta pressione, l’obiettivo primario dell’isolamento attivo è prevenire la trasmissione delle forze dinamiche generate dalla macchina verso le strutture di fondazione. Il parametro fisico di riferimento è la frequenza propria f0 del supporto antivibrante, espressa in Hertz (Hz), che deve essere opportunamente calibrata rispetto alla frequenza di sollecitazione fe indotta dai cicli del motore e dei pistoni.

Quando la frequenza di sollecitazione della pompa coincide con la frequenza propria del sistema basamento-supporto, si verifica il fenomeno della frequenza di risonanza. In questo stato critico, l’ampiezza delle vibrazioni viene fortemente amplificata, con il rischio di cedimenti strutturali. L’impiego di supporti antivibranti in gomma-metallo ad alto smorzamento consente di limitare i picchi di ampiezza durante i transitori di avvio e arresto della pompa, garantendo una stabilità operativa costante a regime.

Confronto tra supporti antivibranti a campana SUCON, linea SURMAC e a flange per grandi carichi

La selezione della tipologia di supporto dipende dall’entità del carico statico, dalle sollecitazioni dinamiche multidirezionali e dalle condizioni ambientali dell’installazione. Con oltre 40 anni di esperienza nel settore, DAB Antivibranti distribuisce differenti prodotti in gomma-metallo progettate per far fronte alle esigenze dell’ingegneria impiantistica e industriale.

Mentre gli antivibranti a campana SUCON offrono un eccellente isolamento per macchinari di media taglia al riparo da strappi anomali, la linea SURMAC e i supporti a flange garantiscono la massima resistenza meccanica in presenza di forti sollecitazioni di spunto e carichi sbilanciati tipici dei grossi gruppi di pompaggio industrializzati.

Dimensionamento tecnico: calcolo del carico statico, carico dinamico e selezione della durezza Shore

Un corretto dimensionamento richiede la determinazione accurata delle forze agenti sui singoli punti di appoggio del gruppo pompa-motore. Il processo analitico si articola in fasi sequenziali:

1. Calcolo del carico statico Fs: Determinazione della massa totale del gruppo (pompa, motore, basamento, fluido contenuto) e ripartizione del peso sui singoli punti di appoggio tramite la formula Fs = (m * g) / n, dove m è la massa in kg, g è l’accelerazione di gravità (9,81 m/s²) e n è il numero di supporti.
2. Valutazione delle sovrastimazioni per carico dinamico Fd: Applicazione di un fattore di sicurezza in funzione dell’inerzia dei pistoni, delle spinte di avviamento e della pressione di esercizio del circuito idraulico.
3. Calcolo della freccia statica (deflessione): Valutazione del cedimento elastico del supporto in gomma sotto l’azione del carico statico. La deflessione influisce direttamente sulla frequenza propria f0 del supporto.
4. Selezione della durezza Shore: Scelta dell’elastomero in base alla rigidezza necessaria per bilanciare l’isolamento delle vibrazioni e il contenimento degli spostamenti ammessi sotto carico statico e dinamico.

La scelta di una durezza Shore inappropriata vanifica l’isolamento: un supporto troppo rigido trasmette le vibrazioni alla struttura portante, mentre uno troppo cedevole rischia di lavorare a tampone, azzerando la propria capacità di smorzamento.

Isolamento delle vibrazioni lungo le tubazioni di aspirazione e mandata ad alta pressione

Le onde di pressione generate dai cicli alternati dei pistoni si trasmettono sia sotto forma di rumore strutturale attraverso il basamento, sia come pulsazioni di pressione e fluidodinamiche all’interno delle condotte idrauliche. L’assenza di disaccoppiamento elastico tra la testa della pompa e le linee di distribuzione causa l’innesco di vibrazioni lungo il piping. Questo fenomeno può portare alla fessurazione per fatica dei giunti saldati, all’allentamento delle flange di tenuta e a trafilamenti di fluido.

Per garantire la continuità d’esercizio dell’impianto, è necessario isolare fisicamente i condotti rigidi tramite opportuni elementi smorzanti. L’impiego di antivibranti in gomma per tubazioni e collarini antivibranti permette di assorbire i micro-spostamenti assiali e radiali indotti dal flusso idraulico. Tali componenti interrompono la continuità acustica e meccanica della condotta, prevenendo il cedimento delle staffe di ancoraggio e proteggendo i trasduttori di pressione. Maggiori dettagli sulle soluzioni per impianti completi si trovano nella sezione dedicata ai sistemi di pompaggio e autoclave.

Applicazioni industriali: dal lavaggio ad alta pressione al settore navale e idrico

L’impiego degli antivibranti per pompe ad alta pressione trova applicazione in molteplici comparti dell’ingegneria industriale, nei quali l’affidabilità continuativa rappresenta un requisito essenziale:

• Sistemi di taglio ad acqua (Waterjet): In questi impianti ad altissima pressione, l’isolamento delle vibrazioni è determinante per preservare la struttura e prevenire sollecitazioni parassite sulle componenti della testa di taglio.
• Impianti di desalinizzazione e osmosi inversa (Settore Nautico e Navale): Le pompe ad alta pressione installate a bordo di imbarcazioni trasmettono vibrazioni e rumore strutturale allo scafo. L’isolamento mediante supporti in gomma-metallo idonei all’ambiente marino riduce la rumorosità e protegge le strutture metalliche.
• Settore idrolavaggio e pulizia industriale: Basamenti e skid per idrodemolizione o lavaggio di condotte richiedono antivibranti industriali in grado di resistere a sollecitazioni meccaniche gravose e continui cicli di avviamento.
• Agricoltura e irrorazione: Pompe ad alta pressione per macchine irroratrici dove lo smorzamento protegge il telaio dalle sollecitazioni indotte sia dal terreno sia dal moto alternativo della pompa.

L’isolamento delle vibrazioni non è solo un presidio per il comfort acustico, ma un requisito primario di sicurezza ed efficienza meccanica che prolunga la vita utile dell’intero gruppo idraulico.

DAB Antivibranti

Errori critici di installazione che vanificano lo smorzamento e il disaccoppiamento

Anche il miglior supporto antivibrante in gomma-metallo perde la sua efficacia se l’installazione presenta criticità strutturali. Uno degli errori più ricorrenti negli impianti industriali è il corto circuito vibrazionale. Questo si verifica quando la pompa viene montata su supporti elastomerici corretti, ma rimane collegata rigidamente alle condotte di mandata o alle strutture di contenimento, fornendo una via di trasmissione diretta alle onde elastiche.

Un secondo errore critico riguarda il serraggio errato dei bulloni di fissaggio. Un serraggio eccessivo o non conforme può precomprimere in modo anomalo l’elastomero, alterando la sua curva di deflessione e riducendo il potere smorzante. Inoltre, il mancato allineamento planare dei punti di appoggio provoca una ripartizione disomogenea del carico statico: un supporto lavorerà in sovraccarico (accelerando il degrado della gomma), mentre un altro lavorerà scarico, consentendo oscillazioni incontrollate del gruppo di pompaggio.

Personalizzazione gomma-metallo per ambienti con agenti chimici aggressivi o alte temperature

Le condizioni operative nelle quali lavorano le pompe ad alta pressione impongono una selezione meticolosa della mescola elastomerica e della protezione anticorrosiva delle parti metalliche. DAB Antivibranti propone soluzioni standard e con misure e mescole speciali  basate sulle specifiche esigenze dell’applicazione.

La gomma naturale (NR) offre eccellenti caratteristiche meccaniche in termini di elasticità e smorzamento, rappresentando una scelta diffusa per installazioni industriali standard. In presenza di trafilamenti di oli idraulici o idrocarburi, l’elastomero NBR garantisce un’elevata resistenza al degrado chimico. Per ambienti caratterizzati da temperature elevate o contatto con agenti chimici aggressivi, vengono impiegate mescole speciali come EPDM. Le parti metalliche, oltre all’esecuzione standard in acciaio zincato, possono essere realizzate in acciaio inox AISI 304 o AISI 316 per l’impiego nei settori navale, alimentare e chimico.