Considerazioni chiave per la scelta dell'acqua

I cuscinetti lubrificati ad acqua sono utilizzati in molti settori tra cui l'energia idroelettrica, marina, offshore, pompe, pozzi profondi di grande diametro e petrolchimica (dove il funzionamento senza scintille è fondamentale), purificazione dell'acqua e servizi igienico-sanitari.

In tutti gli ambienti, tutti i cuscinetti presentano problemi nel tempo. I cuscinetti lubrificati ad acqua presentano sfide specifiche per i cuscinetti e l'acqua abrasiva comporta un altro livello di sfide.

Lo scopo di qualsiasi materiale dei cuscinetti è quello di fungere da interfaccia sacrificale tra un'unità fissa e un albero rotante. Il materiale del cuscinetto non deve possedere troppa attrito (l'attrito statico che deve essere superato per consentire il movimento relativo di oggetti fissi in contatto) ed essere sufficientemente rigido da sopportare i carichi, ma non così duro da rigare l'albero rotante. La scelta del cuscinetto è fondamentale quando si considerano queste proprietà.

Che i cuscinetti siano di metallo, polimero/plastica o materiale naturale, dovrebbero funzionare senza intoppi ed evitare interventi di manutenzione tra interruzioni pianificate. Ecco le considerazioni chiave da tenere a mente quando si decide il tipo di cuscinetto da utilizzare.

Sapendo che ridurre l'attrito è l'obiettivo finale, trovare un materiale che abbia uno smalto autolubrificante per rompere l'attrito e quindi passare facilmente allo stato idrodinamico è l'ideale. È meglio trovare materiali che consentano solo la guida e il cuscinetto stesso senza cuscinetti a sfera interni, rulli o altre parti mobili.

I cuscinetti metallici come bronzo, ottone e Babbitt hanno il più alto coefficiente di attrito (COF) all'avvio e generalmente non vengono utilizzati sott'acqua. I metalli, compresi i cuscinetti a rulli in acciaio duro, per funzionare fanno affidamento esclusivamente su una pellicola fluida di olio o grasso, il che rende difficile la loro corretta tenuta in un ambiente acquatico. Una configurazione di cuscinetti oliati presenta due rischi principali: in primo luogo, la fuoriuscita di olio nell'acqua e, in secondo luogo, il guasto se si verifica un'intrusione di acqua solo del 2%.

La chimica delle plastiche e dei polimeri è un esperimento in corso con più di 20 formule. I materiali plastici/polimerici generalmente hanno un COF basso ma possono presentare "scorrimento e rigonfiamento" a lungo termine, che possono far sì che gli alberi facciano fatica a superare l'aumento dell'attrito operativo o si grippino completamente. Inoltre, gli abrasivi presenti nella tipica acqua fluviale possono portare a un'usura eccessiva e a guasti di questi materiali. La maggior parte delle materie plastiche e dei polimeri si affida a giochi ampi che consentono un'usura prematura e modelli di usura a forma di uovo sul fondo del cuscinetto.

I materiali naturali lignum vitae e gomma furono entrambi introdotti come materiali portanti idonei a metà del 1800 e da allora vengono utilizzati. Il lignum vitae ha un COF basso e la gomma ha un COF alto, ma entrambi superano la resistenza in presenza di acqua. Una proprietà del lignum vitae è la resina di guaiaco che crea uno smalto che gli consente di autolubrificarsi mentre l'acqua viene pompata nel cuscinetto. È questa caratteristica che consente al lignum vitae di operare in pozzi profondi poiché l'acqua viene aspirata dal basso per coprire il cuscinetto.

Il materiale del cuscinetto deve avere un'elevata resistenza alla compressione per impedire l'estrusione del materiale e resistere al carico sui bordi. Una bassa resistenza alla compressione può causare cedimento e gioco eccessivo.

È auspicabile un'elevata resistenza alla fatica o tenacità per evitare crepe superficiali nel metallo e l'idrolisi nella plastica, dove l'acqua rompe i legami chimici. L'idrolisi porta al deterioramento della plastica e all'introduzione di contaminanti. Una caratteristica fondamentale dei materiali naturali gomma e lignum vitae è l'elevata elasticità e tenacità che consente alle impurità di migrare e scorrere via nel canale dell'acqua di raffreddamento. La struttura molecolare e l'elevata densità del lignum vitae legato in una struttura cellulare circondata da resina di guaiaco gli conferiscono una tenacità distinta. Grazie alla sua durezza, simile a quella dell'alluminio, il lignum vitae può resistere agli abrasivi nell'acqua marrone senza filtrarli.

Ciò garantisce che le dimensioni del cuscinetto rimangano costanti durante i periodi di cambiamento di temperatura.

Il materiale del cuscinetto deve essere sufficientemente elastico da consentire al cuscinetto di ritornare alla forma originale una volta alleviata la sollecitazione che potrebbe causare distorsioni temporanee, disallineamento e sovraccarico. Molti alberi non sono perfetti. Ciò conferisce all'albero un effetto camma che può causare un martellamento sul cuscinetto, rendendo la memoria una caratteristica importante.