Simmeringi – jak dobrać materiał i typ uszczelniacza do warunków pracy wału obrotowego

Dobór simmeringu do wału obrotowego nie kończy się na sprawdzeniu średnicy. Znaczenie mają także temperatura, rodzaj medium, kontakt z pyłem lub wilgocią oraz prędkość obrotowa i ciśnienie, dlatego inne rozwiązanie może pasować do standardowej aplikacji olejowej, a inne do środowiska z błotem czy chemikaliami. Najczytelniej oddzielić dobór wymiarowy od wyboru materiału, konstrukcji i parametrów pracy.

Jak dobrać simmering do wymiarów wału i gniazda

Dobór wymiarowy simmeringu obejmuje sprawdzenie trzech podstawowych parametrów: średnicy wału, średnicy gniazda oraz grubości uszczelniacza. Średnica wału odpowiada średnicy wewnętrznej simmeringu, średnica gniazda — jego średnicy zewnętrznej, a grubość powinna być zgodna z dostępną przestrzenią w obudowie.

• Średnica wewnętrzna — dopasowana do średnicy wału.
• Średnica zewnętrzna — zgodna ze średnicą gniazda w obudowie.
• Grubość — odpowiednia do przewidzianego miejsca montażowego.

Przed wyborem należy zmierzyć wał i gniazdo, a następnie porównać wyniki z oznaczeniem wymiarów konkretnego simmeringu. Jeśli dostępny jest stary element, jego oznaczenie może ułatwić identyfikację, ale powinno zostać zestawione z pomiarami. Przy niejednoznacznym oznaczeniu pomocny może być katalog simmeringów, pod warunkiem porównania wybranego wariantu z wymiarami wału i gniazda.

W przypadku nietypowych maszyn trzeba również sprawdzić, czy potrzebny jest wariant metryczny, czy simmering calowy. Samo dopasowanie średnicy wewnętrznej nie wystarczy: niezgodna średnica zewnętrzna lub grubość uniemożliwi prawidłowe osadzenie uszczelniacza.

Materiał simmeringu a temperatura, medium i odporność chemiczna

Materiał simmeringu powinien odpowiadać temperaturze pracy oraz rodzajowi medium. Innych właściwości wymaga kontakt z olejem mineralnym lub smarem, a innych środowisko zawierające wodę czy chemikalia. Nie istnieje jeden uniwersalny materiał odpowiedni dla każdego zastosowania.

NBR stosuje się przy olejach mineralnych i smarach, gdy temperatura mieści się w podanym zakresie. FPM sprawdza się tam, gdzie istotna jest odporność na wyższą temperaturę, chemikalia oraz starzenie. Nie oznacza to automatycznej zgodności z każdym medium — konkretną ciecz lub preparat trzeba ocenić osobno.

VMQ zachowuje elastyczność w niskiej temperaturze i jest odporny na wodę oraz oleje. PTFE wybiera się przede wszystkim wtedy, gdy najważniejsza jest wysoka odporność chemiczna i cieplna. Opis materiału należy zestawić z rzeczywistą temperaturą oraz medium występującym w danym układzie.

Typ konstrukcji a ochrona przed pyłem, wodą i innymi zanieczyszczeniami

Ochrona przed zanieczyszczeniami zależy przede wszystkim od liczby warg oraz zastosowania dodatkowych barier konstrukcyjnych. Jednowargowy simmering typu A jest podstawowym rozwiązaniem do standardowych aplikacji, w których najważniejsze jest zatrzymanie oleju lub smaru. Sprawdza się, gdy otoczenie wału nie stwarza podwyższonego ryzyka kontaktu z kurzem, wodą czy brudem.

W środowisku bardziej zapylonym lepszym wyborem może być typ AO. Oprócz głównej wargi uszczelniającej ma on dodatkową wargę przeciwpyłową, która ogranicza dopływ zanieczyszczeń z zewnątrz. Nie zapewnia ona jednak pełnej szczelności w każdych warunkach — skuteczność ochrony zależy także od warunków pracy.

Simmeringi kasetowe tworzą bardziej rozbudowaną barierę dzięki konstrukcji labiryntowej. Są wskazywane przy osiach i mechanizmach pracujących w trudnym środowisku, gdzie samo zastosowanie dodatkowej wargi może nie zapewniać wystarczającej ochrony.

Prędkość obrotowa, ciśnienie i tarcie w warunkach pracy uszczelnienia

Prędkość obrotowa wału wpływa na prędkość obwodową w miejscu kontaktu z wargą simmeringu. Im większa prędkość, tym większe znaczenie mają warunki tarcia, odprowadzanie ciepła oraz zgodność uszczelnienia z konkretnym medium. Parametry ruchowe trzeba więc odnosić jednocześnie do materiału, konstrukcji i zastosowania.

Ciśnienie robocze jest równie istotne. Simmering przeznaczony do pracy przy niewielkim ciśnieniu może nie sprawdzić się w układzie, w którym występuje stałe lub chwilowe nadciśnienie. Przy ocenie zastosowania trzeba uwzględnić wartość i charakter ciśnienia oraz współpracę z wałem. Dopuszczalne parametry zależą od konkretnego wariantu uszczelnienia.

Tarcie decyduje o obciążeniu wargi podczas ruchu obrotowego. Jego poziom wpływa na trwałość uszczelnienia i powinien być analizowany razem z prędkością, ciśnieniem oraz rodzajem medium. Testy tarcia są jednym z elementów oceny wytrzymałości simmeringów wykonanych z mieszanek NBR GRN. Nie zastępuje to jednak weryfikacji danych dla konkretnego produktu i warunków pracy.

Praktyczna weryfikacja powinna obejmować te trzy parametry łącznie, a informacje o dopuszczalnych warunkach należy sprawdzać w dokumentacji konkretnego produktu lub w katalogu simeringów.

Budowa simmeringu: obudowa, sprężyna i wargi uszczelniające

Simmering, czyli uszczelniacz promieniowy wału, składa się z elastomerowej wargi uszczelniającej, obudowy oraz sprężyny dociskowej. Warga przylega do powierzchni obracającego się wału i tworzy strefę uszczelnienia między medium znajdującym się po jednej stronie a przestrzenią po drugiej stronie.

Obudowa nadaje elementowi sztywność i pomaga utrzymać jego kształt. Może być wykonana z metalu lub elastomeru; w konstrukcji może występować także metalowa wkładka usztywniająca. Rozwiązania te różnią się sposobem podparcia wargi i wykonaniem zewnętrznej powierzchni simmeringu.

Sprężyna dociskowa utrzymuje nacisk wargi na wale podczas jego obrotu. Warga pozostaje w kontakcie z powierzchnią wału i może pełnić funkcję uszczelniającą. Obudowa stabilizuje konstrukcję, elastomerowa warga tworzy strefę kontaktu, a sprężyna wspiera utrzymanie jej docisku.

Montaż simmeringu oraz najczęstsze przyczyny przedwczesnego zużycia

Prawidłowe osadzenie simmeringu powinno odbywać się prostopadle do osi wału, bez gwałtownego wciskania i nadmiernego nacisku. Do tego celu stosuje się tuleję montażową albo odpowiednie narzędzie, które przenosi siłę na właściwą część uszczelniacza, a nie na jego wargę. Przed instalacją trzeba sprawdzić czystość elementów oraz stan wargi, a po osadzeniu upewnić się, że simmering nie jest przekrzywiony ani zdeformowany.

Podczas nasuwania uszczelniacza na wał szczególnej ochrony wymaga warga uszczelniająca. Ostre krawędzie, zabrudzenia lub niekontrolowany nacisk mogą ją przeciąć albo odkształcić, nawet jeśli uszkodzenie nie będzie od razu widoczne. W konstrukcjach dwuwargowych przestrzeń między wargą uszczelniającą a przeciwpyłową należy wypełnić smarem. Ogranicza to tarcie podczas rozruchu i wspiera pracę obu warg.

Przedwczesne zużycie może wynikać z błędów instalacyjnych, zabrudzeń w miejscu montażu albo pogorszenia stanu współpracującej powierzchni. Objawami wymagającymi oględzin są:

• widoczny wyciek oleju lub smaru w rejonie uszczelnienia,
• pęknięcia, przetarcia albo inne uszkodzenia wargi,
• rowkowanie lub zużycie powierzchni wału,
• zwiększone drgania albo hałas mechanizmu, które mogą wskazywać na nieszczelność.

Wystąpienie takich objawów uzasadnia oględziny i wymianę simmeringu, a także sprawdzenie miejsca jego osadzenia oraz powierzchni wału.