Dobór uszczelnienia technicznego nie zaczyna się od nazwy produktu, lecz od warunków pracy maszyny lub instalacji. Medium robocze, temperatura, ciśnienie oraz rodzaj ruchu decydują o tym, czy potrzebne jest rozwiązanie statyczne, obrotowe czy posuwisto-zwrotne, a materiał należy oceniać łącznie z odpornością chemiczną i wymaganiami eksploatacyjnymi.
Jak określić warunki pracy przed doborem uszczelnienia technicznego
Przed wyborem uszczelnienia technicznego trzeba opisać rzeczywiste warunki pracy, a nie ograniczać się do nazwy maszyny. Uszczelnienie ma zapewniać szczelność oraz chronić układ przed wyciekiem medium roboczego i przedostawaniem się zanieczyszczeń. Znaczenie mają zarówno parametry procesu, jak i sposób eksploatacji urządzenia.
W pierwszej kolejności należy zebrać następujące informacje:
- medium robocze – jego rodzaj, skład oraz ewentualna agresywność chemiczna; trzeba uwzględnić także środek smarny, jeśli występuje,
- temperatura – nie tylko nominalna, lecz także możliwe wahania i krótkotrwałe skoki temperatury medium oraz otoczenia,
- ciśnienie – ciśnienie robocze, jego zmienność i ewentualne chwilowe obciążenia,
- charakter pracy – informacja, czy element pozostaje nieruchomy, czy wykonuje ruch; przy ruchu znaczenie mają również jego prędkość i częstotliwość,
- środowisko zewnętrzne – obecność pyłu, wilgoci, chemikaliów i innych zanieczyszczeń,
- wymagania eksploatacyjne – oczekiwana trwałość, dopuszczalny poziom wycieku, częstotliwość konserwacji oraz konsekwencje awarii.
Istotne jest rozróżnienie warunków stałych od zmiennych. Urządzenie może zwykle pracować przy umiarkowanym ciśnieniu, ale okresowo doświadczać jego wzrostu. Podobnie temperatura otoczenia i medium mogą się różnić. Zebrane dane powinny obejmować najbardziej wymagający przewidywany scenariusz pracy, bez przypisywania uszczelnieniu parametrów, których producent nie potwierdził dla danego zastosowania.
W przypadku elementów wykonujących ruch, takich jak uszczelnienia siłowników, trzeba dodatkowo opisać prędkość i częstotliwość ruchu oraz warunki występowania tarcia. Kompletny zestaw informacji pozwala przejść do dalszego wyboru konstrukcji i materiału, ponieważ decyzje te zależą od wzajemnego wpływu medium, temperatury, ciśnienia, ruchu i zanieczyszczeń.
Dobór uszczelnienia do rodzaju ruchu: statycznego, obrotowego lub posuwisto-zwrotnego
Rodzaj ruchu współpracujących elementów jest jednym z podstawowych kryteriów wyboru uszczelnienia. Wyróżnia się uszczelnienia statyczne oraz dynamiczne, przeznaczone do ruchu obrotowego lub posuwisto-zwrotnego.
| Rodzaj pracy | Charakterystyka | Główne zadanie uszczelnienia |
|---|---|---|
| Statyczna | Uszczelniane części nie przemieszczają się względem siebie | Utrzymanie szczelności nieruchomego połączenia |
| Obrotowa | Jedna z części obraca się względem drugiej | Ograniczanie wycieku i ochrona przed zanieczyszczeniami podczas obrotu |
| Posuwisto-zwrotna | Element wykonuje ruch liniowy w dwóch przeciwnych kierunkach | Zapewnienie szczelności przy powtarzającym się przesuwie |
Uszczelnienia statyczne pracują w połączeniach, w których po zamontowaniu części pozostają względem siebie nieruchome. Nie występuje wówczas ruch współpracujących powierzchni, a rozwiązanie koncentruje się na prawidłowym wypełnieniu powierzchni styku i utrzymaniu docisku.
Uszczelnienia obrotowe są stosowane tam, gdzie jedna część obraca się względem drugiej. Ograniczają wycieki, mogą chronić łożyska i zapobiegać przedostawaniu się zanieczyszczeń do wnętrza układu. Przy ich doborze trzeba uwzględnić warunki występujące na styku podczas obrotu.
Uszczelnienia posuwisto-zwrotne współpracują z elementem przemieszczającym się liniowo, na przykład w układzie siłownika. Dobiera się je do powtarzalnego przesuwu, a nie do obrotu. Ze względu na odmienny charakter pracy rozwiązanie przeznaczone do ruchu liniowego nie powinno być automatycznie zastępowane uszczelnieniem do wału obrotowego.
Typ uszczelnienia a konstrukcja maszyny lub instalacji
Konstrukcja maszyny określa, gdzie znajduje się węzeł uszczelniający, jak jest osadzony i z jakimi elementami współpracuje. Trzeba więc rozpoznać geometrię gniazda, sposób osadzenia oraz funkcję uszczelnianego połączenia.
W nieruchomych połączeniach analizuje się kształt powierzchni styku i dostępne miejsce montażowe. Innego rozwiązania wymaga połączenie dwóch płaszczyzn, a innego gniazdo przeznaczone na element o przekroju okrągłym. Uszczelnienie może być umieszczone w rowku, pomiędzy kołnierzami albo w specjalnie przygotowanym gnieździe. Konstrukcja powinna zapewniać jego prawidłowe ułożenie i utrzymanie docisku po skręceniu części.
W elementach ruchomych uszczelnienie musi współpracować z wałem, tłoczyskiem, tłokiem lub inną powierzchnią przemieszczającą się względem obudowy. Forma rozwiązania zależy więc od kierunku ruchu i miejsca jego występowania. Uszczelnienie wału obrotowego nie pełni tej samej funkcji co element stosowany w siłowniku. W siłowniku trzeba dodatkowo rozróżnić uszczelnienie tłoka, tłoczyska, element prowadzący i zgarniacz, ponieważ każdy z tych elementów ma inne miejsce zabudowy.
Praktycznym punktem wyjścia jest prześledzenie przekroju urządzenia i określenie drogi, którą mogłoby wydostać się medium. Następnie ustala się, czy uszczelnienie ma zamknąć nieruchome połączenie, czy pracować na powierzchni ruchomej. W przypadku siłownika samo określenie funkcji jako uszczelniacz siłownika nie wystarcza — trzeba jeszcze wskazać, którego elementu dotyczy uszczelnienie.
Oringi, uszczelki płaskie i uszczelnienia zakuwane do połączeń statycznych
W połączeniach statycznych uszczelnienie nie pracuje przy względnym ruchu łączonych części. O wyborze rozwiązania decydują przede wszystkim geometria styku, dostępne gniazdo oraz sposób utrzymania elementu po skręceniu lub zaciśnięciu.
| Rozwiązanie | Budowa i sposób osadzenia | Kiedy stosować |
|---|---|---|
| Oring | Elastyczny element o okrągłym przekroju, umieszczany w odpowiednim rowku lub gnieździe. | Gdy konstrukcja połączenia przewiduje uszczelnienie o przekroju okrągłym i zapewnia jego prawidłowe ułożenie oraz docisk. |
| Uszczelka płaska | Płaski element dopasowany do powierzchni łączenia; może być wykonywany między innymi z płyt gumowych lub tworzyw konstrukcyjnych. | Gdy szczelność ma powstać pomiędzy dwiema powierzchniami, na przykład w połączeniu kołnierzowym. |
| Uszczelnienie zakuwane | Element z otworami wzmacnianymi blachą stalową lub miedzianą, osadzany w połączeniu wymagającym takiego wzmocnienia. | Gdy konstrukcja przewiduje uszczelnienie z metalowym wzmocnieniem otworów i odpowiednim sposobem jego zamocowania. |
Oring sprawdza się wtedy, gdy korpus lub pokrywa mają przygotowane gniazdo utrzymujące jego okrągły przekrój. Uszczelka płaska odpowiada połączeniom, w których istotna jest ciągła powierzchnia styku między łączonymi elementami. Przy rozwiązaniu zakuwanym znaczenie ma nie tylko sama powierzchnia uszczelniająca, lecz także obecność blachy wzmacniającej w obszarze otworów.
Przed wyborem trzeba sprawdzić przekrój połączenia: miejsce osadzenia, kształt powierzchni styku, sposób skręcania oraz możliwość utrzymania równomiernego docisku. W przypadku nieruchomego połączenia siłownika może to dotyczyć między innymi styku cylindra z pokrywą; określenie „uszczelniacz siłownika” nie przesądza jednak jeszcze o rodzaju elementu.
Simeringi, uszczelnienia siłowników i taśmy prowadzące do układów ruchomych
Simering jest uszczelnieniem promieniowym wału przeznaczonym do pracy w ruchu obrotowym. Ogranicza wyciek środka smarnego z obszaru wału i utrudnia przedostawanie się zanieczyszczeń do wnętrza mechanizmu. Może mieć metalowe wzmocnienie usztywniające, dlatego przy ocenie rozwiązania trzeba uwzględnić sposób osadzenia w gnieździe oraz współpracę z obracającym się wałem.
Uszczelnienia siłowników hydraulicznych i pneumatycznych pracują przy ruchu posuwisto-zwrotnym. Współpracują z tłokiem, tłoczyskiem lub innym elementem przemieszczającym się wzdłuż osi. Określenie „uszczelniacz siłownika” nie oznacza więc jednego uniwersalnego elementu, lecz rozwiązanie dopasowane do konstrukcji siłownika i pozostałych części układu.
- Wał obracający się – stosuje się simering, czyli uszczelnienie promieniowe przeznaczone do ruchu obrotowego.
- Element przemieszczający się osiowo – stosuje się uszczelnienie siłownika hydraulicznego lub pneumatycznego, przeznaczone do ruchu posuwisto-zwrotnego.
- Ruchomy element wymagający prowadzenia – układ może obejmować także taśmy prowadzące, które wspomagają prowadzenie części siłownika.
Taśma prowadząca nie zastępuje uszczelnienia. Wspomaga prowadzenie ruchomych elementów siłownika, podczas gdy za szczelność odpowiada układ uszczelniający. Oba rozwiązania mogą więc współpracować w jednym zespole, ale pełnią różne funkcje.
Materiał uszczelnienia dopasowany do temperatury, ciśnienia i medium
Materiał uszczelnienia trzeba oceniać łącznie z medium roboczym, temperaturą, ciśnieniem oraz wymaganą elastycznością. Nie istnieje jeden materiał odpowiedni do wszystkich zastosowań. Ta sama geometria elementu może wymagać innego tworzywa w instalacji olejowej, innego przy kontakcie z wodą, a jeszcze innego w środowisku o podwyższonej temperaturze.
| Materiał | Najważniejsze właściwości | Znaczenie przy doborze |
|---|---|---|
| NBR | Dobra odporność na oleje, elastyczność, nieprzepuszczalność powietrza i gazów | Rozwiązanie brane pod uwagę tam, gdzie istotny jest kontakt z olejami oraz zachowanie elastyczności |
| Viton, FPM, FKM | Kauczuk fluorowy o odporności chemicznej i temperaturowej | Materiał przeznaczony do wymagającego środowiska chemicznego lub podwyższonej temperatury |
| EPDM | Elastomer stosowany wśród materiałów do uszczelek technicznych | Wymaga sprawdzenia zgodności z konkretnym medium i warunkami pracy |
| Silikon | Elastyczny materiał gumowy wykorzystywany w uszczelnieniach technicznych | Dobór powinien uwzględniać jednocześnie temperaturę, medium oraz wymaganą sprężystość |
| PTFE | Wysoka odporność chemiczna i właściwości ślizgowe | Przydatny, gdy ważna jest odporność chemiczna oraz ograniczenie tarcia |
Ciśnienie nie powinno być analizowane w oderwaniu od pozostałych parametrów. O wyborze decyduje nie tylko jego poziom, lecz także to, czy materiał zachowuje szczelność i elastyczność w kontakcie z danym medium oraz w określonej temperaturze. Materiał uszczelnienia siłownika lub innego uszczelniacza siłownika powinien być oceniany razem z warunkami konkretnego układu, a nie wyłącznie na podstawie nazwy zastosowania.
Dobór materiału opiera się więc na zestawieniu odporności chemicznej, odporności temperaturowej, zachowania przy ciśnieniu i wymaganej elastyczności. Dopiero zgodność wszystkich tych cech uzasadnia wybór konkretnego materiału lub jego wariantu.
Wymiary, wykonanie i normy wpływające na trwałość oraz bezpieczeństwo
Wymiary uszczelnienia należy określić na podstawie dokumentacji elementu, a nie wyłącznie jego nazwy lub wyglądu. Przy zamawianiu trzeba przekazać średnice, grubość, szerokość, układ otworów oraz informacje o rowkach, fazach i innych cechach wpływających na osadzenie.
Jeżeli wariant katalogowy nie odpowiada konstrukcji maszyny, uszczelka może zostać wykonana według rysunku technicznego, dostarczonego wzoru albo dokumentacji. Produkcja CNC umożliwia uzyskanie zróżnicowanych kształtów. Do wyceny i weryfikacji potrzebne są zwykle:
- rysunek techniczny z wymiarami i tolerancjami albo dokładny wzór,
- informacja o miejscu montażu i sposobie osadzenia,
- liczba sztuk oraz wymagania dotyczące powtarzalności wykonania,
- ewentualne wymagania jakościowe, dokumentacyjne lub branżowe.
Uszczelki płaskie mogą być wykonywane według norm PN, DIN, ASME i EN. Samo wskazanie normy nie zastępuje jednak sprawdzenia konkretnego wyrobu i zastosowania. Normy oraz certyfikaty mogą określać wymagania dotyczące wymiarów, jakości lub bezpieczeństwa, ale ich znaczenie trzeba odnosić do konkretnego produktu i aplikacji.
Przed akceptacją wykonania należy porównać rysunek z częścią wzorcową i ustalić, jakie dokumenty potwierdzają wymagania dla konkretnej aplikacji. Przy nietypowej geometrii lub wymaganiach bezpieczeństwa dodatkowe uzgodnienie techniczne jest ważniejsze niż dobór wyłącznie na podstawie podobnego wymiaru.
