Pompa a palette

Una pompa a palette è una pompa volumetrica in cui delle palette a spostamento radiale ruotano all’interno di uno statore disposto in posizione eccentrica rispetto al rotore, aumentando e diminuendo alternativamente il volume delle celle. Questo principio genera la portata necessaria per i sistemi idraulici a pressioni di esercizio medie fino a circa 150 bar e si contraddistingue per le basse pulsazioni e il basso livello di rumorosità.

Nozioni di base e funzionamento della pompa a palette

La pompa a palette, denominata anche pompa a palette rotanti nella letteratura specialistica, appartiene alla famiglia delle pompe volumetriche. Il suo principio di funzionamento si basa sulla variazione di volume delle camere che si formano tra le palette del rotore e la parete interna dello statore. Grazie alla disposizione eccentrica del rotore e dello statore, queste camere modificano il loro volume ad ogni giro, determinando il processo di pompaggio.

Il principio di pompaggio in dettaglio

Il processo di pompaggio di una pompa a palette può essere suddiviso in quattro fasi. Durante l’aspirazione, il rotore gira e le celle si espandono sul lato di aspirazione, consentendo al fluido idraulico di affluire attraverso il canale di aspirazione. Sul lato opposto, le celle si restringono nuovamente, il fluido viene compresso ed espulso attraverso il canale di mandata. Il cambio di pressione avviene nel punto di transizione tra il lato di aspirazione e quello di mandata. Le palette vengono premute contro la parete dell’alloggiamento dalla forza centrifuga, dalla pressione idraulica o da aste di spinta meccaniche, formando così camere di mandata sigillate in modo affidabile.

Struttura e caratteristiche costruttive

Il cuore di una pompa a palette è costituito da pochi componenti, ma perfettamente coordinati tra loro. Il rotore accoglie le pale spostabili radialmente e ruota all’interno dello statore, realizzato come cilindro cavo con profilo interno eccentrico. Le piastre laterali e il coperchio garantiscono la tenuta assiale delle camere di pompaggio. In molte versioni industriali, il rotore, le pale e l’anello di scorrimento sono raggruppati in un gruppo intercambiabile, il che semplifica notevolmente la manutenzione e la riparazione.

Tipi di pompe a palette

Le pompe a palette sono disponibili in diversi modelli, che si differenziano per caratteristiche di mandata, gradazione di pressione e regolabilità. La scelta del modello corretto dipende dai requisiti specifici dell’impianto idraulico.

Pompa a palette con portata costante

Il tipo più semplice e diffuso eroga una portata volumetrica costante a velocità costante. I volumi di spostamento tipici nell’uso industriale sono compresi tra 10 e 25 cm³ per giro; a velocità nominali di circa 1500 min⁻¹ si ottengono portate comprese tra circa 60 e 70 l/min. Questo tipo di costruzione è adatto per applicazioni che richiedono una portata continua e a bassa pulsazione.

Pompa a doppia camera

Le pompe a doppia camera combinano due stadi di pompaggio in un unico corpo. Ciascuno stadio può avere una cilindrata diversa, in modo che due circuiti di pressione indipendenti possano essere alimentati da un unico azionamento. In pratica si trovano combinazioni di pompe a palette e a pistoni assiali che forniscono portate da circa 62 a 69 l/min a pressioni di esercizio fino a 150 bar. Questo tipo di costruzione riduce l’ingombro e semplifica la struttura dell’impianto.

Pompa a palette regolabile

Le pompe a palette regolabili consentono di adattare la portata al fabbisogno effettivo. La regolazione avviene tramite un compensatore di pressione meccanico che, al raggiungimento della pressione nominale impostata, riduce la portata. Nel funzionamento a corsa media, la pompa eroga solo la quantità effettivamente necessaria, riducendo notevolmente il consumo energetico. Serie come la serie PV7 o la serie PVD applicano questo principio e sono adatte ad applicazioni con fabbisogno di portata volumetrica fortemente variabile.

Caratteristiche tecniche e limiti di funzionamento

Le pompe a palette funzionano in un campo di funzionamento definito, che si distingue da quello di altri tipi di pompe. La conoscenza di questi parametri è indispensabile per la corretta progettazione dei sistemi idraulici.

Pressione di esercizio e portata

La pressione di esercizio tipica di una pompa a palette è compresa tra 100 e 150 bar, anche se alcune versioni consentono di raggiungere temporaneamente i 160 bar. Per pressioni più elevate, a partire da 200 bar, le pompe a pistoni assiali o radiali rappresentano la scelta migliore. La portata dipende direttamente dalla velocità di rotazione e dal volume di spostamento. A velocità nominali di 1500 min⁻¹ e viscosità intorno a 24 mm²/s, le pompe industriali raggiungono portate effettive da 62 a 64 l/min con una pressione di sistema di 150 bar.

Rendimento e rumorosità

Le pompe a palette raggiungono buoni rendimenti volumetrici e meccanici, poiché le palette aderiscono alla parete dello statore grazie alla forza centrifuga e alla pressione idraulica, regolandosi così automaticamente. L’usura viene in parte compensata da questo effetto di autoregolazione, il che mantiene stabile il rendimento per tutta la durata di esercizio. Un ulteriore vantaggio è il basso livello di rumorosità, che rende le pompe a palette ideali per l’impiego in ambienti sensibili al rumore.

Pompa a palette a confronto con altri tipi di pompe

La scelta a favore o contro una pompa a palette viene spesso effettuata nella pratica confrontandola con le pompe a ingranaggi e a pistoni. Ogni tipo di costruzione ha i suoi punti di forza e di debolezza.

Rispetto alle pompe a ingranaggi, la pompa a palette offre migliori caratteristiche di aspirazione e una minore pulsazione. Rispetto alle pompe a pistoni, si distingue per la struttura più compatta, il livello di rumorosità più basso e il prezzo più conveniente in caso di esigenze di pressione medie. Per fluidi abrasivi o altamente viscosi sono tuttavia preferibili le pompe a pistoni.

Campi di applicazione nell’idraulica industriale

Le pompe a palette si trovano in numerose applicazioni industriali che richiedono un flusso di mandata a bassa pulsazione a pressioni medie. Tra i campi di applicazione tipici figurano macchine utensili, presse a iniezione, presse e banchi di prova. Nell’idraulica mobile vengono impiegate in sistemi in cui sono richiesti un basso livello di rumorosità e una struttura compatta, ad esempio in piattaforme di sollevamento o piccole pale gommate. L’idoneità all’uso con oli minerali delle classi di viscosità ISO VG 32, 46 e 68, nonché con fluidi difficilmente infiammabili delle classi HFC e HFD, amplia il campo di applicazione agli impianti rilevanti per la sicurezza.

Norme e standard per le pompe a palette

La progettazione e il collaudo delle pompe a palette sono regolati da diverse norme e standard. La norma DIN 51389 definisce il collaudo del comportamento all’usura dei fluidi idraulici nelle pompe a palette. La norma DIN EN ISO 20763 regola il collaudo dei fluidi idraulici per quanto riguarda la loro protezione dall’usura. I requisiti di sicurezza per gli impianti idraulici con pompe a palette rientrano nella norma DIN EN ISO 4413. Gli oli idraulici devono soddisfare i requisiti della norma DIN 51524 e la filtrabilità dei lubrificanti viene valutata secondo la norma DIN ISO 13357-2. La simbologia delle pompe negli schemi elettrici si basa sulla norma DIN ISO 1219.

Manutenzione e riparazione

La manutenzione regolare di una pompa a palette ne garantisce il corretto funzionamento e ne prolunga la durata. Poiché le parti soggette a maggiore usura, ovvero le palette, l’anello di scorrimento, il rotore, le boccole laterali e le piastre di comando, sono raggruppate in un gruppo intercambiabile, è possibile eliminare i segni di usura sostituendo l’intera unità. L’usura viene determinata in condizioni di prova per oltre 250 ore in condizioni definite, utilizzando come criteri di valutazione la perdita di massa delle pale e dell’anello di scorrimento, nonché la diminuzione della portata.

Importanza della qualità dell’olio e della filtrazione

La pulizia del fluido idraulico ha un’influenza decisiva sulla durata di una pompa a palette. Per rispettare la classe di purezza secondo la norma ISO 4406 sono necessari filtri con una maglia nominale di 25 µm o più fine, con un rapporto di filtrazione ß10 ≥ 100. Il rispetto degli intervalli di cambio dell’olio specificati dal produttore e il controllo regolare della qualità dell’olio secondo la norma DIN 51524 prevengono l’usura prematura delle superfici di scorrimento.

Segni tipici di usura

L’usura delle pale si manifesta con una diminuzione della portata e un aumento delle perdite. Scricchiolii o picchiettamenti sull’anello di scorrimento indicano una lubrificazione insufficiente o olio contaminato. I danni ai cuscinetti e alle guarnizioni si manifestano con un aumento del rumore, un aumento della temperatura o perdite visibili. Il riconoscimento tempestivo di questi sintomi consente di effettuare una manutenzione programmata ed evitare fermi macchina non pianificati.

Sviluppi futuri

Lo sviluppo delle pompe a palette si concentra su livelli di pressione più elevati, una maggiore efficienza energetica e l’integrazione di sistemi di controllo intelligenti. I produttori stanno lavorando a serie in grado di coprire pressioni fino a 3000 PSI SAE, mantenendo al contempo la struttura compatta e il basso livello di rumorosità. L’integrazione di sensori per il rilevamento di pressione, temperatura e portata direttamente sulla pompa consente concetti di manutenzione basati sulle condizioni e una regolazione adattiva della portata. I progressi nella scienza dei materiali contribuiscono a rivestimenti più resistenti all’usura e a intervalli di manutenzione più lunghi. La crescente importanza dei sistemi idraulici ad alta efficienza energetica aumenterà ulteriormente la domanda di pompe a palette regolabili, poiché queste riducono sensibilmente il consumo energetico in condizioni di carico parziale.