Aspekt ekonomiczny ma dziś podstawowe znaczenie w utrzymaniu ruchu urządzeń i maszyn w zakładzie produkcyjnym. W ten trend wpisują się także inwestycje w uszczelnienia techniczne.
Uszczelnienia techniczne stosuje się praktycznie w każdej branży przemysłu. Różnorodność stosowanych rozwiązań technicznych i materiałowych jest bardzo duża. Uszczelnienia zyskują coraz bardziej na znaczeniu, bowiem są elementem nie tylko znacząco wpływającym na trwałość maszyn i urządzeń pracujących w przemyśle, ale też ograniczają tzw. emisję niekontrolowaną, czyli nieprzewidywane wycieki z urządzeń realizujących procesy (na przykład lotne węglowodory, tlenki węgla, azotu, siarki itp.). Oczywiście jest to bezpośrednia strata, którą można przeliczyć na niepotrzebnie zużytą energię.
Rynek uszczelnień
Według tegorocznego raportu Global Industry Analysts (GIA), światowy rynek uszczelek i uszczelnień technicznych osiągnie w 2015 roku wartość 27,5 mld USD. Po okresie spowolnienia wzrostu, przede wszystkim ze względu na mniejsze zamówienia ze strony kluczowych użytkowników, oczekuje się, że odzyska on równowagę i utrzyma stałe tempo wzrostu przez najbliższe lata. Wpłynie na to zarówno wzrost popytu ze strony przemysłu, jak i bardziej rygorystyczne przepisy związane z ochroną środowiska. Zgodnie z opublikowanymi danymi USA nadal pozostaną największym regionalnym rynkiem, ale najszybciej rozwijającym się regionem będą kraje Dalekiego Wschodu, a przede wszystkim Chiny i Indie. W tym rejonie, w analizowanym okresie, należy się spodziewać wzrostu o około 4,2%. Jeśli chodzi o rodzaje asortymentu uszczelek i uszczelnień, to największy wzrost jest przewidywany, jeśli chodzi o uszczelki niemetalowe wykonane z elastomerów, zarówno z zastosowaniem kauczuku syntetycznego, jak i elastomerów termoplastycznych.
Specjaliści z GIA zwracają uwagę na zwiększone zapotrzebowanie na uszczelnienia związane zarówno ze starzeniem się maszyn przemysłowych, jak i rosnącym znaczeniem konserwacji prewencyjnej. Warto zauważyć, że w zakresie utrzymania ruchu coraz powszechniej docenia się długoterminowe oszczędności i korzyści z konserwacji prewencyjnej (proaktywnej). Choć na kontrole i naprawy ponosi się koszty, a nie ma w danej chwili takiej potrzeby, to dzięki temu można uniknąć awarii i z reguły dużo wyższych kosztów jej usunięcia. Równocześnie coraz więcej uwagi poświęca się ochronie ludzi i środowiska naturalnego. Zapobieganie wyciekom smarów i płynów hydraulicznych to dziś nie tylko ochrona eksploatowanych maszyn i urządzeń, ale i spełnianie wymagań coraz bardziej rygorystycznych przepisów ochrony środowiska.
W raporcie GIA wśród głównych światowych producentów działających na rynku uszczelnień wymienia się firmy, takie jak: Blue Diamond Technologies, Bode Hultec Russia, BRUSS, Dana Corporation, ElringKlinger, Federal-Mogul Corporation, Flowserve, Greene, Tweed Company, Hutchinson, Parker Hannifin, Reinz Dichtungs, SIEM Supranite, Saint Gobain Performance Plastics, SKF Group, Smiths Group, The Freudenberg Group, Trelleborg Sealing Solutions, W.L. Gore & Associates i Zone Reed Industries.
Na rynkach lokalnych jest też wielu producentów działających w tej branży od lat. Przykładem w Polsce jest choćby INCO Uszczelnienia (wcześniej pod nazwą Zakład Produkcji Uszczelnień Technicznych INCO-Veritas). Obecnie oferta firmy obejmuje ponad 70 typów różnych produktów uszczelniających na bazie kauczuków lub tworzyw sztucznych – PTFE, PE, PA, POM. Na naszym rynku działa też wielu dystrybutorów i firm dorabiających uszczelki. Przykładem może być firma TECHMAT z Płocka, oferująca dorabianie uszczelnień metodą toczenia ich na najnowszej generacji maszynie Seal Jet do 2500 mm średnicy ze wszystkich dostępnych materiałów na rynku, które mają niezbędne atesty i aprobaty. Oprócz produkcji nietypowych uszczelnień mają jeden z największych w Polsce magazynów uszczelnień gotowych znanych producentów z całego świata. Działający od ponad 22 lat POLWENT jest producentem uszczelnień technicznych do hydrauliki siłowej i pneumatyki w technologii Seal-Jet i SML-700. Technologia wytwarzania uszczelek Seal-Jet polega na zastosowaniu obróbki skrawaniem. Wykonuje ją maszyna sterowana cyfrowo i nie jest już potrzebne przygotowanie matryc. Zaletą jest możliwość wykonania pojedynczych sztuk uszczelnień pod konkretne zamówienie. Stosuje się też metodę Water-Jet, w której woda pod bardzo wysokim ciśnieniem wykrawa bardzo cienkim strumieniem płaskie detale z materiałów różnej grubości i twardości. Obie technologie pozwalają dorobić uszczelki dowolnego typu w dosłownie kilka minut. Z obu powyższych technologii korzysta na przykład działająca od 1991 r. firma GG Trading, producent uszczelnień do hydrauliki siłowej i pneumatyki. W wielu przypadkach uszczelnienia są też jednym z działów w ofercie firm.
Jak mówi Lidia Żaglewska z firmy Alfa Plus, poszerzając asortyment wyrobów, firma uzupełniła ofertę o uszczelnienia między innymi firmy Freudenberg-Simrit-Merkel oraz ERIX, a także Dichtomatic i polskiej INCO. Uszczelnienia są wykonywane z mieszanek gumowych oraz tworzyw sztucznych: NBR – kauczuk nitrylowy, CR – kauczuk chloroprenowy, EPDM – kauczuk etylenowo-propylenowy, FKM/FPM – kauczuk fluorowy, AU – kauczuk uretanowy, NR – kauczuk naturalny, SBR – kauczuk butadienowo-styrenowy, POM – tworzywo poliacetalowe, PA – tworzywo poliamidowe, PTFE – tworzywo policzterofluoroetylenowe. Firma wykonuje również nietypowe uszczelnienia za pomocą metody Seal-Jet. Umożliwia to wytwarzanie uszczelek i ich komponentów w przedziałach od 5 do 1000 mm średnicy – zarówno pojedyncze sztuki, kilka sztuk albo serie do 1000 sztuk i więcej. Jak podkreśla Żaglewska, minimalizuje to okresy remontów oraz okresy postojów. Można je wykonywać w jednostkach metrycznych albo calowych. Opracowany w tym celu program gwarantuje nawet przy najbardziej skomplikowanych częściach wykonanych na tokarkach wysoką jakość wytworzonych uszczelek, a zestawy uszczelniające guma – PTFE są przeznaczane do specjalnych zastosowań w hydraulice i pneumatyce.
Producentów maszyn i urządzeń niepokoi trochę łatwość, z jaką można wykonać dowolne uszczelnienie. Na jakość uszczelnienia ma wpływ nie tylko rodzaj zastosowanego materiału i zachowanie wymiarów. Znany producent – Fenner Advanced Sealing Technologies (FAST), ma ponad 500 własnych receptur tworzyw do konkretnych zastosowań. Wyłącznym dystrybutorem firmy FAST w Polsce jest firma Wiper. Stosuje się też zaawansowane technologie wytwarzania uszczelnień i nie da się ich w prosty sposób odtworzyć. Dlatego wielu producentów łożysk, maszyn oferuje swoje uszczelnienia o sprawdzonej jakości lub licencjonuje wyroby innych firm. Oczywiście przy wyborze dostawcy uszczelnień ważne jest, by jego produkty spełniały normy krajowe PN, ale również zagraniczne i międzynarodowe, takie jak: DIN, ASTM i ISO, ale to też może nie wystarczyć.
Jak mówi Adam Kowalczyk, dyrektor ds. rozwoju platform niełożyskowych w SKF Polska, firma na pierwszym miejscu stawia na jakość oferowanych produktów i zdaje sobie sprawę, że kwestia ta przekłada się na wymierne korzyści dla klienta. Jest to związane z zagadnieniem całkowitych kosztów użytkowania stosowanych rozwiązań, zarówno przy produkcji nowych urządzeń, jak i zastosowań w utrzymaniu ruchu. Równocześnie, jak podkreśla, jeśli chodzi o nowości w technice uszczelnień, dużo się dzieje w kwestii zastosowań nowych materiałów. W SKF od kilku lat mocno rozwijane są materiały należące do grupy poliuretanów o podwyższonej twardości. Mają one zastosowanie w uszczelnieniach ruchu posuwisto-zwrotnego i obrotowego. Odznaczają się między innymi możliwością pracy w bardzo wysokim ciśnieniu, znakomitą szczelnością oraz łatwością montażu. Stosowane są jako zamiennik uszczelnień wykonanych z PTFE. Jego zdaniem warto również wspomnieć o pracach nad materiałem przeznaczonym do pracy w środowisku, gdzie czynnikiem roboczym jest czysta woda. Obecnie wielu liczących się w świecie producentów urządzeń pracuje nad takimi właśnie maszynami i SKF musi odpowiedzieć na takie zapotrzebowanie.
Szukanie oszczędności
Od wielu lat obserwujemy systematyczny wzrost udziału kosztów utrzymania ruchu w kosztach zmiennych przedsiębiorstw. Przy rosnącej konkurencji na rynku wzrasta też nacisk na oszczędności. Między innymi szuka się ich w uszczelnieniach. Jak mówi Adam Kowalczyk, rynek uszczelnień w Polsce jest jeszcze mocno niedojrzały. W wielu przypadkach decyzja o zakupie uszczelnienia jest według niego podejmowana na podstawie ceny produktu, a nie kosztów lub oszczędności, które powstają w związku z jego zastosowaniem. Jedną z najważniejszych rad, jakich SKF udziela klientom, jest ta zalecająca zmianę tego podejścia.
– Problem jest szczególnie widoczny w szeroko pojętej technice uszczelnień, gdzie element o stosunkowo niskiej wartości, jak na przykład uszczelnienie wałków obrotowych, daje gwarancję poprawnej pracy łożyska o znacznie wyższej wartości. Może więc mieć decydujące znaczenie dla powstawania kosztów lub oszczędności w danej aplikacji – dodaje Kowalczyk.
Z kolei Lidia Żaglewska zwraca uwagę, że w technice uszczelnień spotyka się dużą gamę pierścieni pomocniczych, mających za zadanie zabezpieczyć pracę zasadniczych uszczelnień, od których zależy szczelność układu i zespołu. Szczególnie odpowiedzialna rola spada na pierścienie pracujące w warunkach dużego zapylenia, na przykład w: kopalniach, maszynach budowlanych itp. Dlatego jakość tych elementów konstrukcyjnych uszczelnień ma duże znaczenie.
Przyszłość
Z badań rynku wynika, że obecnie w połowie przypadków stosowane systemy uszczelniające są nieefektywne. Jest tu jeszcze dużo do zrobienia, by poprawić wydajność. Wybór właściwych rozwiązań, czyli takich, które obniżą koszty w całym cyklu życia uszczelnienia, wymaga przygotowania odpowiednich planów działania. Stosuje się różne systemy analizy MTBR (średni czas między naprawami), porównując różne alternatywne systemy uszczelnień. Prowadząc takie analizy (np. pomp), należy brać pod uwagę między innymi: koszt naprawy (części i robocizna), koszt demontażu i ponownej instalacji, koszty inwestycyjne, koszt energii, koszt obsługi serwisowej, koszt wyłączeń z eksploatacji lub redukcji wydajności, koszt utraconych korzyści oraz koszt zainwestowanego kapitału w stosunku do oczekiwanych korzyści. Wielu z wymienionych elementów nie bierze się u nas jeszcze pod uwagę. Jednak tylko taka analiza pozwala wybrać optymalne rozwiązanie i to pod warunkiem, że przeprowadzi się ją dla dłuższego (kilka lat) okresu.
Na przestrzeni lat zmieniało się podejście do utrzymania ruchu urządzeń i maszyn. Dzieli się je zazwyczaj na trzy etapy. Pierwszy to reaktywne utrzymanie ruchu (reactive maintenance), w którym remonty prowadzono po pojawieniu się uszkodzenia, i drugi, czyli prewencyjne utrzymanie ruchu (preventive maintenance) z planowo-zapobiegawczymi remontami. Przyszłością jest model prognostycznego (proaktywnego) utrzymania ruchu (proactive maintenance), w którym prowadzi się aktywne monitorowanie stanu technicznego, inspekcje zapobiegawcze i włącza operatorów urządzeń i maszyn do aktywnego systemu utrzymania ruchu. Monitorowanie pracy dla konkretnego uszczelnienia jest jeszcze trudne w praktycznej realizacji, ale trwają prace nad wykorzystaniem na przykład nanotechnologii do produkcji odpowiednich czujników. W przypadku modelu proaktywnego jako zaletę podaje się szybki zwrot z inwestycji, jednak równocześnie do wad zalicza się wysoki koszt początkowy. Krótko mówiąc – bez dokładnego rachunku ekonomicznego się nie obejdzie.
Warto na bieżąco śledzić wszystkie nowości, zarówno w technologii, jak i nowe tendencje w utrzymaniu ruchu. Można tu między innymi korzystać z wiedzy gromadzonej i udostępnianej przez takie organizacje międzynarodowe, jak działająca od 1933 r. Fluid Sealing Association (FSA) czy założona w 1992 r. European Sealing Association (ESA). Pierwsza z wymienionych opracowała nawet program do prognozy kosztów w cyklu życia uszczelnień mechanicznych. Oczywiście na co dzień sami musimy podejmować decyzje zastosowania konkretnego uszczelnienia. Choć wydaje się to oczywiste, to wielu użytkowników nie czyta instrukcji dołączanych przez producentów. Dystrybutorzy często spotykają się z błędami popełnianymi przy doborze uszczelnień, choćby takimi jak źle dobrana mieszanka oraz inne media. Na przykład, jeśli w urządzeniu występuje ciśnienie i dobiera się zwykły uszczelniacz, który wytrzymuje ciśnienie do 0,05 Mpa, a powinien zostać założony odporny na ciśnienie powyżej 0,5 Mpa.
Z praktycznych porad związanych z użytkowaniem uszczelek należy zwrócić uwagę na czas i sposób, w jaki były przechowywane. Choć wiele materiałów, z których wykonane są uszczelki, może być długo przechowywanych, to starzenie ma wpływ na materiały spajane za pomocą elastomerów. Ocenia się, że nie powinny one być wykorzystywane po upływie 4 lat od daty produkcji. Degradację właściwości tworzywa przyspiesza działanie światła słonecznego i podwyższona temperatura. Powinno się je chronić przed działaniem: wody, olejów i chemikaliów. Trudno ocenić, jak na konkretny elastomer wpływają warunki przechowywania – źródłem informacji mogą tu być tylko dane producenta. Oczywiście w żadnym wypadku nie należy wykorzystywać uszczelek ponownie, choćby nie wykazywały uszkodzeń czy zniekształceń. Koszty ewentualnych napraw na pewno znacznie przekroczą koszt nawet najdroższej nowej uszczelki. Przy wszelkich pracach montażowych konieczne jest zachowanie czystości na każdym etapie pracy i stosowanie odpowiednich narzędzi. Nawet niewidoczne „gołym okiem” uszkodzenie uszczelnienia może być powodem przecieków i skrócenia żywotności maszyny lub urządzenia.
Często patrzy się na koszty tylko z punktu widzenia działu utrzymania ruchu, bez szerszej perspektywy całego zakładu, i szuka się najtańszych rozwiązań dostępnych na rynku. Trudno wtedy przekonać do inwestycji w systemy monitoringu i wprowadzać zasady proactive maintenance. Jednak aspekt ekonomiczny i ochrona środowiska będą miały coraz większe znaczenie. Nie da się już uzyskiwać w łatwy sposób spektakularnych oszczędności. Teraz potrzebne są systematyczne działania. Zawsze trzeba pamiętać, że o jakości wytwarzanych wyrobów decyduje jakość środków produkcji, czyli urządzeń i maszyn, a to zależy od jakości pracy służb utrzymania ruchu.
Autor: Bohdan Szafrański
