Skuteczność uszczelnienia technicznego zależy nie tylko od jego nazwy, lecz także od rodzaju ruchu, konstrukcji oraz zgodności materiału z temperaturą, ciśnieniem i medium. Inaczej pracuje element w nieruchomym połączeniu, inaczej uszczelnienie wału, a jeszcze inne wymagania dotyczą ruchu posuwisto-zwrotnego; dlatego przy doborze liczą się również geometria gniazda i konkretne warunki pracy.
Podział uszczelnień technicznych według sposobu pracy i konstrukcji
Podstawą klasyfikacji uszczelnień technicznych jest sposób, w jaki współpracujące elementy poruszają się względem siebie. Taki podział określa rodzaj pracy uszczelnienia, ale sam nie przesądza o przydatności konkretnego wyrobu.
Uszczelnienia statyczne pracują między elementami, które nie przemieszczają się względem siebie. Służą do ograniczania wycieków oraz ochrony przed zanieczyszczeniami. Uszczelnienia dynamiczne stosuje się natomiast tam, gdzie współpracujące elementy wykonują ruch względem siebie. Dzielą się one na rozwiązania do ruchu obrotowego oraz ruchu posuwisto-zwrotnego.
Wyróżnia się również uszczelnienia semi-statyczne, stosowane przy ruchu ograniczonym lub nieregularnym. Stanowią one grupę pośrednią między uszczelnieniami statycznymi a dynamicznymi. Taka klasyfikacja porządkuje analizę, ale wybór konkretnego rozwiązania wymaga osobnego uwzględnienia warunków pracy urządzenia.
Uszczelnienia statyczne, dynamiczne oraz do ruchu obrotowego i posuwisto-zwrotnego
W obrębie uszczelnień dynamicznych wyróżnia się rozwiązania do:
- ruchu obrotowego – przeznaczone do współpracy z obracającymi się elementami, w tym wałami,
- ruchu posuwisto-zwrotnego – stosowane wtedy, gdy element wykonuje ruch liniowy tam i z powrotem, między innymi w siłownikach hydraulicznych i pneumatycznych.
Sam podział według sposobu pracy ułatwia wstępne określenie zastosowania, ale nie wystarcza do doboru konkretnego uszczelnienia.
Najczęściej stosowane rodzaje uszczelnień w maszynach i instalacjach
W maszynach i instalacjach występują różne formy konstrukcyjne uszczelnień. Do najczęściej rozpoznawanych należą oringi, simeringi, uszczelki płaskie oraz rozwiązania specjalistyczne.
Oringi, simeringi, uszczelki płaskie i uszczelnienia specjalistyczne
Różnice między podstawowymi grupami wynikają przede wszystkim z kształtu elementu, miejsca pracy i podstawowej funkcji.
| Rodzaj | Cecha konstrukcyjna lub miejsce pracy | Podstawowa funkcja |
|---|---|---|
| Oring | Elastyczny pierścień o okrągłym przekroju | Uszczelnianie współpracujących powierzchni |
| Simering | Uszczelnienie promieniowe wału, często z metalowym wzmocnieniem | Uszczelnianie wału w ruchu obrotowym |
| Uszczelka płaska | Płaski element przeznaczony do łączenia powierzchni | Uzyskanie szczelnego połączenia |
| Uszczelnienie specjalistyczne | Rozwiązanie dobierane do określonej konstrukcji lub wymagań aplikacji | Dostosowanie uszczelnienia do konkretnej funkcji |
Oringi mają okrągły przekrój i mogą pracować zarówno w elementach statycznych, jak i ruchomych. Simeringi są uszczelnieniami promieniowymi wału przeznaczonymi do ruchu obrotowego, a uszczelki płaskie służą do szczelnego łączenia powierzchni. Uszczelnienia specjalistyczne wymagają uwzględnienia miejsca pracy i funkcji elementu, ponieważ sama nazwa lub kształt nie zawsze wystarczają do klasyfikacji.
Materiały uszczelnień a temperatura, ciśnienie i kontakt z mediami
Materiał uszczelnienia wpływa na jego przydatność w określonym środowisku pracy. Przy ocenie trzeba sprawdzić odporność chemiczną i temperaturową, zachowanie pod ciśnieniem oraz właściwości mechaniczne. Znaczenie ma zgodność materiału z konkretnym medium, a nie tylko kształt wyrobu.
| Materiał lub grupa | Właściwości istotne przy ocenie | Znaczenie dla doboru |
|---|---|---|
| NBR | Dobra odporność na oleje oraz właściwości ograniczające przepuszczalność powietrza i gazów | Może być stosowany przy kontakcie z olejami, jeśli pozostałe warunki pracy są zgodne z właściwościami konkretnego wariantu |
| Viton (FPM/FKM) | Kauczuk fluorowy o odporności chemicznej i temperaturowej | Jego przydatność zależy od zgodności z konkretnym medium i warunkami pracy |
| PTFE | Podwyższona odporność chemiczna i temperaturowa | Może być stosowany w uszczelnieniach przeznaczonych do wymagającego kontaktu z mediami, po ocenie konkretnej aplikacji |
| EPDM i silikon | Odrębne właściwości chemiczne, temperaturowe i mechaniczne | Wymagają sprawdzenia zgodności z medium i warunkami pracy; sama nazwa materiału nie wystarcza do wyboru |
Przy obciążeniu mechanicznym znaczenie mają między innymi twardość i elastyczność materiału. Płyty gumowe mogą różnić się twardością oraz odpornością chemiczną i temperaturową, dlatego właściwości nie są uniwersalne dla całej grupy. Ostateczna ocena wymaga sprawdzenia konkretnego wariantu, konstrukcji elementu, temperatury, ciśnienia, medium i obciążeń mechanicznych.
Jak dobrać uszczelnienie do warunków pracy urządzenia
Dobór uszczelnienia powinien wynikać z rzeczywistych warunków pracy urządzenia, a nie wyłącznie z nazwy, kształtu lub materiału elementu. Przed zamówieniem albo wymianą trzeba zebrać dane dotyczące uszczelnienia, gniazda oraz współpracujących powierzchni. Znaczenie ma także konkretny wariant materiałowy, ponieważ właściwości danej grupy materiałów nie muszą być identyczne w każdym wykonaniu.
- Określ rodzaj ruchu. Ustal, czy uszczelnienie pracuje statycznie, podczas ruchu obrotowego czy posuwisto-zwrotnego. Od tego zależy ocena konstrukcji elementu i jego współpracy z powierzchnią.
- Sprawdź geometrię i wymiary. Zmierz lub odczytaj z dokumentacji wymiary gniazda, elementów łączonych oraz dostępnej przestrzeni zabudowy. Kształt i rozmiar uszczelnienia muszą odpowiadać konkretnej konstrukcji.
- Zidentyfikuj medium. Określ, z czym element będzie miał kontakt, oraz sprawdź kompatybilność chemiczną wybranego materiału z tym medium. Sama nazwa materiału nie wystarcza do potwierdzenia przydatności.
- Zbierz parametry pracy. Uwzględnij temperaturę, ciśnienie i prędkość ruchu. Jeżeli warunki zmieniają się w cyklu pracy, dobór powinien odnosić się do całego zakresu występującego w urządzeniu.
- Zweryfikuj wymagania jakościowe. Dokumentacja urządzenia może określać wymagania dotyczące wykonania, kontroli lub jakości elementu. W zastosowaniach przemysłowych należy sprawdzić je przed wyborem zamiennika.
Ostateczną decyzję należy oprzeć na dokumentacji urządzenia oraz danych dotyczących konkretnego wariantu materiałowego. Jeśli brakuje wymiarów, informacji o medium albo parametrów pracy, wybór na podstawie podobnego wyglądu uszczelnienia może być niewystarczający.
Zastosowanie uszczelnień w hydraulice, pneumatyce i instalacjach przemysłowych
W siłownikach hydraulicznych i pneumatycznych stosuje się uszczelnienia przeznaczone do ruchu posuwisto-zwrotnego. Ich zadaniem jest utrzymanie szczelności podczas pracy tłoka lub tłoczyska, a konkretne rozwiązanie zależy od konstrukcji siłownika.
- Siłowniki hydrauliczne: mogą wykorzystywać między innymi o-ringi, pierścienie tłokowe i pierścienie tłoczyskowe. Elementy te współpracują z częściami roboczymi siłownika i ograniczają przedostawanie się medium poza wyznaczoną przestrzeń.
- Siłowniki pneumatyczne: wykorzystują uszczelnienia utrzymujące szczelność układu sprężonego powietrza podczas ruchu tłoka i tłoczyska.
- Elementy prowadzące: taśmy prowadzące wspomagają prowadzenie ruchomych części siłowników. Nie zastępują uszczelnień, lecz mogą z nimi współpracować w jednym układzie.
- Instalacje przemysłowe: uszczelnienia techniczne znajdują zastosowanie między innymi w przemyśle chemicznym, energetycznym, hutniczym i petrochemicznym. Mogą występować zarówno przy połączeniach, jak i w urządzeniach wykonujących ruch.
W hydraulice uszczelnienia pomagają utrzymać medium w układzie, a w pneumatyce zachować szczelność podczas pracy siłownika. W instalacjach przemysłowych ich rodzaj wynika z miejsca zabudowy i funkcji urządzenia. Nie ma więc jednego rozwiązania odpowiedniego dla wszystkich zastosowań — uszczelnienia dobiera się do konkretnej konstrukcji i warunków pracy.
Uszczelnienia niestandardowe i wykonywane na wymiar
Standardowy wyrób może nie wystarczyć, gdy uszczelka ma nietypowy obrys, niestandardowe wymiary albo musi odpowiadać konkretnemu gniazdu. W takich przypadkach uszczelnienie wykonuje się według rysunku technicznego, dostarczonego wzoru lub dokumentacji elementu. Uszczelki płaskie mogą mieć różne kształty i rozmiary, zależnie od wymagań konkretnej aplikacji.
Do wyceny lub realizacji warto przygotować informacje pozwalające określić geometrię oraz przeznaczenie części:
- rysunek techniczny lub wzór uszczelki – z zaznaczonym obrysem, otworami i istotnymi szczegółami;
- wymiary – w tym grubość oraz wymiary zewnętrzne i wewnętrzne, jeśli dotyczą danego elementu;
- kształt i sposób zabudowy – informację, w jakim miejscu uszczelka pracuje i z jakimi powierzchniami współpracuje;
- wymagania aplikacji – dane dotyczące warunków pracy oraz oczekiwanej odporności na występujące media;
- informacje o rozwiązaniu wzmacnianym – w przypadku uszczelek zakuwanych należy określić konstrukcję otworów wzmacnianych blachą stalową lub miedzianą.
Dokładny wzór lub dokumentacja ułatwiają odwzorowanie kształtu i wymiarów wymaganych w konkretnej aplikacji. Jeśli nie ma rysunku, można dostarczyć fizyczny wzór uszczelki, o ile zachował pierwotny kształt i pozwala odczytać potrzebne wymiary.
