Serwisanci działów utrzymania ruchu bardzo często postawieni są przed koniecznością usuwania nieszczelności w urządzeniach i maszynach przemysłowych. Niejednokrotnie dotyczą one systemów hydrauliki i pneumatyki. Stąd też konieczne okazuje się stosowanie uszczelnień zarówno ruchów posuwisto-zwrotnych i obrotowych. Dostępna na rynku oferta w tym zakresie jest bardzo obszerna.
Materiały
Dostępne na rynku uszczelnienia charakteryzują się różnorodnością materiałów, z których są wykonane. Dlatego też gwarantują odporność na smary mineralne, oleje hydrauliczne typu HL-68 i HL 48, oleje silnikowe i przekładniowe, roztwory kwasów i zasad o małym odkształcaniu trwałym przy ściskaniu, oleje roślinne, lekkie oleje opałowe, rozcieńczone roztwory kwasów i zasad, wodę i ozon. Pamiętać należy także, że materiały, z których dobierane są uszczelnienia, produkowane są z myślą zastosowaniu w górnictwie. Uszczelnienia te mogą pracować nawet w emulsjach olejowo-wodnych oraz cieczach trudnopalnych. Są one odporne nie tylko na oleje silnikowe, ale również na oleje transformatorowe, opałowe, płyny hydrauliczne oraz smary na bazie olejów mineralnych i cieczy trudnozapalnych typu HFC- 46. Dostępne są również uszczelnienia wykonane z kauczuków fluorowych (FPM), które doskonale nadają się do miejsc narażonych na działanie cieczy odpornych na ciecze trudnopalne typu MSC.
Uszczelnienia tłoków w hydraulice
Kompletny zestaw pozwalający na usuwanie nieszczelności tłoków i tłoczysk obejmuje zarówno statyczne, jak i dynamiczne uszczelki oraz taśmy prowadzące. Istotne jest, że na rynku nabyć można rozwiązania tego typu, dostosowane do różnych wzorów i wykonane z wielu materiałów. Tym sposobem istnieje możliwość rozwiązania wielu problemów związanych z nieszczelnościami. Budowa elementów systemu uszczelniającego bazuje na aktywatorach, które pokryte są materiałem o podwyższonej twardości oraz większej odporności na zużycie. Ze względu na to, że dynamiczna część uszczelki ma za zadanie ślizganie się po powierzchni, ważne są dodatkowe właściwości chemiczne. Nowoczesne systemy uszczelniające cechują się przede wszystkim odpornością na niemal wszystkie typy mediów. Interesujące jest to, że uszczelki tego typu mogą być używane przy bardzo wysokich prędkościach. Nie bez znaczenia w warunkach przemysłowych pozostaje zachowanie parametrów uszczelniających w szerokim zakresie temperatur (od -40 do 180ºC). Producenci podkreślają także, że zarówno statyczne, jak i dynamiczne współczynniki tarcia są niemal identyczne. Tym sposobem zyskuje się bezdrganiowy start, a także łagodny i bezwstrząsowy przesuw z możliwością dokładnego pozycjonowania.
Dostępne na rynku uszczelki, które znajdują zastosowanie przy uszczelnianiu tłoków w hydraulice, cechują się jednostronnym lub dwustronnym działaniem. Uszczelki o przeznaczeniu jednostronnym charakteryzują się specjalnym kształtem, dzięki czemu siły są skoncentrowane na krawędzi uszczelki. Tym sposobem zyskuje się zwiększoną kontrolę wyciekania w całym zakresie ciśnień. Krawędź, która odpowiedzialna jest za uszczelnianie, zgarnia do sucha uszczelnianą powierzchnię. Interesujące jest to, że tym sposobem zyskuje się możliwość zainstalowania na suchej powierzchni uszczelek pracujących w tandemie. Zastosowanie takiego rozwiązania pozwala na rozdzielanie ciśnienia na dwie uszczelki. Ważne jest, że nie ma konieczności przewietrzania przestrzeni między uszczelkami.
W uszczelkach tłokowych o dwustronnym działaniu istotna jest część ślizgowa, która aktywowana jest przez gumowy o-ring. Interesujące jest, że celem uniknięcia wyciskania przez wysokie ciśnienie, niektóre uszczelki są fazowane. Tym sposobem zyskuje się możliwość pracy przy ciśnieniach do 400 barów. Dostępne na rynku uszczelki do tłoków mogą pracować z różnymi rodzajami cieczy, do której dobierany jest materiał do wykonania części ślizgowej. Dla przykładu uszczelka Slip Ring model 2532 z oferty firmy TEST stanowi uszczelkę o dwustronnym działaniu. Pierścień ślizgowy nie jest fazowany, stąd też nie powinna ona być stosowana przy ciśnieniu, które przekracza 200 barów. Warto zwrócić uwagę, że uszczelki z tej serii produkowane są także z myślą o pracy w ekstremalnie niskim tarciu.
Na rynku nabyć można także uszczelki, które mogą być montowane w rowkach do o-ringów. Uszczelnienie tego typu składa się z dynamicznego pierścienia zewnętrznego oraz o-ringa.
Uszczelnienia tłoczysk w hydraulice
Dostępne na rynku uszczelki, przeznaczone do tłoczysk, produkowane są w wersjach kompaktowych o dwustronnym działaniu. Budowa bazuje na pierścieniu profilowanym oraz o-ringu, odpowiedzialnym za napinanie. Nabyć można modele uszczelek, które w zależności od materiału cechują się szerokim zakresem temperatury pracy (od -50 do 200ºC). Uszczelki, które znajdują zastosowanie przy uszczelnianiu tłoczysk, dostępne są także w wersjach elastomerowych, z dodatkową krawędzią uszczelniającą po dynamicznej i statycznej stronie uszczelnienia oraz z pierścieniem podporowym, zamykającym szczelinę. W zależności od budowy tłoczyska, zastosować można także pierścienie rowkowe z asymetrycznym profilem warg uszczelniających, z pierścieniem podporowym jako elementem zamykającym szczelinę oraz ze wzmocnioną tkaniną po stronie dynamicznej uszczelnienia. W przypadku gdy wymagają uszczelnienia części o mniejszym znaczeniu, użyć można pierścienie samouszczelniające, stanowiące uszczelki wargowe prostego działania, z częściowym dociskiem sprężyny.
Interesujące rozwiązania stanowią także zestawy pierścieni samouszczelniających. Dla przykładu zestawy pierścieni samouszczelniających daszkowych – ES ESV z oferty firmy Simrit stanowią wieloczęściowe elementy do uszczelniania tłoczysk. Składają się z pierścienia dociskowego, pierścieni samouszczelniających i pierścienia podporowego. Pierścienie mogą pracować przy ciśnieniu 40 MPa oraz temperaturze od -30 do 140°C (zależnie od materiału). Prędkość pracy nie powinna przekraczać 0,5 m/s. Zestawy tego typu znajdują zastosowanie przede wszystkim w przemyśle hutniczym (prasy, nożyce do cięcia złomu, linie odlewania ciągłego), a także hydraulice okrętowej i stalowym budownictwie wodnym.
Uszczelnienia pakietowe w hydraulice
Na rynku dostępne są także tzw. uszczelnienia pakietowe. Bardzo często znajdują one zastosowanie przy usuwaniu nieszczelności w ruchach posuwisto-zwrotnych hydrauliki siłowej. Pamiętać należy, że w hydraulice mają miejsce znaczne obciążenia poprzeczne i uderzeniowe oraz zwiększone szczeliny, a elementy suwakowe charakteryzują się dużą niewspółosiowością.
Interesujące jest to, że nowoczesne technologie, które znajdują zastosowanie przy produkcji uszczelnień pakietowych, pozwalają na zminimalizowanie tarcia. Specjalnie wykończona warga uszczelniająca pokryta jest dodatkową warstwą teflonu (PTFE). Decydując się na zastosowanie takiego rozwiązania, pamiętać należy o uwzględnieniu maksymalnego obciążenia. Stąd też warto zwrócić uwagę na możliwość pracy uszczelnienia w normalnych warunkach (do 35 MPa) lub w ciężkich obciążeniach do (63 Mpa).
Normalne warunki pracy to przede wszystkim urządzenia, takie jak cylindry hydrauliczne, praso-nożyce, prasy do płyt wiórowych, a także urządzenia elektrowni wodnych. Typowe uszczelnienia pakietowe można zastosować zarówno do naprawy tłoków, jak i tłoczysk. Istotne jest, że podczas usuwania awarii w technologii uszczelnień pakietowych wymagany jest wstępny zacisk osiowy, czyli pierścień pośredni rozwierany jest pierścieniem rozpierającym. Nabywając tego typu uszczelnienia, pamiętać należy, że dostępne są one w wersji przeciętej, tzw. split, oraz bezkońcowej.
Np. uszczelnienia pakietowe do hydrauliki siłowej CARCOTEX/SL firmy CARCO przeznaczone są do mniejszych obciążeń. Stanowią dobre rozwiązanie przede wszystkim jako uszczelnienia tłokowe, jednak mogą być również użyte jako uszczelnienia tłoczysk. Wymagają wstępnego zacisku osiowego, a dostępne są tylko w wersji bezkońcowej.
Uszczelnienia pakietowe przeznaczone do ciężkich obciążeń w hydraulice siłowej (do 63 MPa) znajdują zastosowanie między innymi w prasach kuźniczych, prasach do wytłaczania aluminium oraz cylindrach hydraulicznych w stalowniach. Niektóre modele uszczelnień pakietowych o podwyższonej wytrzymałości cechują się wzmocnionym pierścieniem zabezpieczającym. Istotny jest także specjalnie zaprojektowany pierścień rozpierający, który nie traci skuteczności nawet w niskich ciśnieniach. Dla przykładu pakiet uszczelniający typu DT2 z oferty firmy Passerotti jest wieloelementowym, tkaninowo-gumowym pakietem uszczelniającym, służącym do uszczelniania tłoczysk cylindrów hydraulicznych, pracujących w średnich warunkach (np. prasy nurnikowe, maszyny rolnicze itp.) pakiet pięcioelementowy DT2 składa się z:
- pierścienia podporowego tkaninowo-gumowego DTP (1 szt.),
- pierścienia wargowego uszczelniającego tkaninowo–gumowego DTT (2 szt.),
- pierścienia wargowego uszczelniającego gumowego DTG (1 szt.),
- pierścienia ciśnieniowego (oporowego) tkaninowo-
-gumowego DTC (1 szt.).
Z myślą o pneumatyce
Dostępne na rynku uszczelnienia, które znajdują zastosowanie w pneumatyce, przeznaczone są zarówno do tłoków, jak i tłoczysk. Uszczelnienia tłokowe najczęściej wykonane są z poliuretanu, który cechuje się dużą odpornością na zużycie. Profile są asymetryczne lub symetryczne. W uszczelnieniach dedykowanych dla pneumatyki zastosowanie znajdują także dodatkowe krawędzie uszczelniające. Za zapewnienie osadzenia na dnie rowków odpowiedzialna jest kompaktowa statyczna warga. W zależności od modelu uszczelki tłokowe mogą być obustronnie obciążalne ciśnieniowo z rowkami umieszczonymi po stronie czołowej. Służą one do aktywacji ciśnieniowej. Dzięki budowie modułowej niektóre uszczelnienia pozwalają na skrócenie tłoków. Warto zwrócić uwagę na fakt, że istotną rolę w uszczelkach w pneumatyce odgrywa zaokrąglony profil uszczelniający oraz elastyczna część środkowa. Pamiętać należy także, że na rynku dostępne są gotowe do wbudowania, kompletne tłoki, które mogą być obustronnie obciążalne ciśnieniowo. Niektóre modele wyposażone są w zintegrowany magnes, dzięki czemu odbywa się precyzyjne pozycjonowanie. Montaż nie wymaga dodatkowych elementów, odpowiedzialnych za uszczelnianie.
Przy uszczelnianiu tłoczysk w pneumatyce zastosowanie znajdują uszczelki, które w zależności od modelu mogą być wzmocnione elementem metalowym. Dostępne są także elementy kombinowane uszczelniająco-zgarniające. Warto zwrócić uwagę na fakt, że przy montażu niektórych modeli elementów kombinowanych nie ma konieczności demontażu cylindra. W pneumatyce istotną rolę odgrywają także uszczelki tłumiące. Dodatkowo cechują się one zintegrowaną funkcją zaworu zwrotnego, co zyskuje się dzięki uszczelce osiowej, krzywkom dystansowym i kanałom przelewowym.
Ringi
Bogata oferta rynkowa pozwala także na szeroki wybór uszczelek typu o-ring oraz v-ring. Uszczelki dobierane są w zależności od kształtu uszczelnianych powierzchni. O-ringi stanowią rodzaj uszczelki, cechujący się kształtem pierścienia o kołowym przekroju. Wymiary o-ringów są znormalizowane. W zależności od modelu grubość sznura kształtuje się w zakresie od 0,35 do 12 mm. Średnice typowych uszczelek nie przekraczają 5000 mm. Nowoczesne technologie w zakresie produkcji uszczelek pozwalają na ich wykonywanie z wielu materiałów, z których typowe to najczęściej materiały elastomerowe, takie jak: NBR, HEBR., ACM, VMQ, FVMQ, IIR, SBR, NR, FKM czy też FFKM, AU oraz CSM. Dobierając o-ring, szczególną uwagę należy zwrócić na jego twardość. Zarówno wartości twardości, jak i ich tolerancje dotyczą pomiarów, które przeprowadzane są na próbkach według normy DIN 53505/ASTM D 2240.
Ważne jest, że dostępne na rynku o-ringi mogą pracować w szerokim zakresie temperatur, kształtującym się od – 40 do 200ºC. Pierścienie o-ring charakteryzują się samoczynnym oraz dwustronnym działaniem elementów uszczelniających. Zacisk wstępny, który działa promieniowo lub osiowo, odpowiedzialny jest za zapewnienie szczelności przy braku ciśnienia. Obecność ciśnienia powoduje, że siły pochodzące od zacisku wstępnego i ciśnienia pokrywają się. Tym sposobem powstaje całkowita siła uszczelniająca, która zwiększa się wraz z rosnącym ciśnieniem.
Uszczelki typu o-ring znajdują zastosowanie przede wszystkim w kontakcie z olejami oraz z cieczami hydraulicznymi. Niektóre modele mogą być używane do mediów agresywnych chemicznie i przy wyższych temperaturach oraz do cieczy hydraulicznych na bazie glikoli płynów hamulcowych oraz gorącej wody. Na rynku dostępne są także wykonania specjalne, dzięki którym istnieje możliwość stosowania o-ringów przy uszczelnianiu instalacji wody pitnej. Dobierając pierścień typu o-ring, pamiętać należy o odpowiednich parametrach, które warunkują dobór tworzywa elastomerowego. Jest to przede wszystkim ciśnienie przy eksploatacji statycznej i dynamicznej oraz temperatura. Pamiętać należy także, że od ciśnienia zależy wzmocnienie uszczelki. Stąd też przyjmuje się, że do 5 MPa o-ringi mogą pracować bez pierścienia podporowego. W przypadku ciśnienia nieprzekraczającego 40 MPa uszczelki powinny być wyposażone w pierścień podporowy, zaś do 200 MPa istotny jest pierścień podporowy w wykonaniu specjalnym.
Z pewnością w procesie usuwania nieszczelności przydadzą się uszczelki o przekroju „V”. Tzw. v-ringi znajdują zastosowanie przede wszystkim przy statycznym, jednostronnym uszczelnianiu wałów, a także pokryw i dławic hydraulicznych. Dzięki swojej konstrukcji mogą pracować przy ciśnieniu 500 barów. Elementy te są odporne na oleje mineralne oraz emulsje olejowo-wodne. Nie bez znaczenia pozostaje również duża sprężystość.
Piotr Gorzkowicz, Inżynier Produktu – Uszczelnienia Techniczne, FIN Brammer
Należy zauważyć, że obecnie zanikło pojęcie pojedynczego pierścienia uszczelniającego. Dziś mówi się o całych systemach uszczelniających, a dobór ich elementów nie może być przypadkowy. Tylko właściwe współdziałanie uszczelnień kompaktowych, wargowych, zgarniaczy oraz elementów prowadzących gwarantuje uzyskanie oczekiwanych rezultatów. Producenci w tym sektorze oferują szereg gotowych rozwiązań systemów uszczelniających, zarówno do ogólnie pojętego przemysłu ciężkiego, jak również do hydrauliki mobilnej i pneumatyki. Rosnące wymagania konstrukcyjne węzłów uszczelniających powodują wprowadzanie do obrotu uszczelnień o doskonalszej geometrii, a także wykonanych z nowych, lepszych materiałów, pracujących często w ekstremalnie trudnych warunkach. Pozwala to uniknąć niekontrolowanych wycieków, co ma znaczący wpływ na wydłużenie czasu eksploatacji i tym samym obniżenie kosztów.
Autor: Damian Żabicki
