Zalecenia dotyczące uszczelnień łożysk

 

Awarie urządzeń oraz obniżona trwałość podzespołów to w wielu przypadkach konsekwencje stosowania niewłaściwych uszczelnień do ochrony łożysk zabudowanych m.in. w pompach, silnikach elektrycznych, wentylatorach, oprawach, przekładniach i wielu innych urządzeniach. Odpowiednio dobrane i zamontowane uszczelnienia zapewniają efektywną barierę ochronną, która zatrzymuje środek smarny, jak również chroni łożysko przed wodą, korozją oraz innymi zanieczyszczeniami.

Krótko mówiąc, uszczelnienia wałów obrotowych są stosowane w celu stworzenia bariery o dwóch podstawowych funkcjach: zatrzymania środka smarnegoi zabezpieczenia przed przedostawaniem się zanieczyszczeń do wewnątrz łożyska. W typowych zastosowaniach uszczelnienie olejowe — nazywane także uszczelnieniem ruchu obrotowego lub uszczelnieniem wargowym — w przypadku większości węzłów łożyskowych jest umieszczane bezpośrednio przy łożysku. Aby zapobiec wydostawaniu się środka smarnego na zewnątrz węzła, uszczelnienia te zostały zaprojektowane tak, aby zabezpieczały przestrzeń pomiędzy stacjonarnymi a obrotowymi elementami mechanicznymi, takimi, jak obudowa i wał. Elementy te znajdują się niemal w każdym pojeździe czy maszynie.

 

Wybór właściwego materiału uszczelnienia

Wybór odpowiedniego materiału (elastomeru) jest kluczowe dla zapewnienia właściwego działania uszczelnienia i ochrony przed zanieczyszczeniami. Przed wyborem odpowiedniego materiału należy wziąć pod uwagę parametry pracy oraz warunki środowiskowe. W przypadku typowych zastosowań przemysłowych najczęściej wykorzystywanym elastomerem jest nitryl, ze względu na jego doskonałą odporność na ścieranie. Drugim najczęściej wykorzystywanym materiałem jest fluoroelastomer, który wybierany jest z uwagi na odporność na wysoką temperaturę i działanie substancji chemicznych.

Dwa najistotniejsze parametry to temperatura i rodzaj środka smarnego. Jednak należy również określić, czy zewnętrzne zanieczyszczenia mogą mieć niekorzystne działanie na materiał uszczelnienia. Producenci uszczelnień udostępniają tabele kompatybilności chemicznej, jednak zawierają one jedynie ogólne wskazówki. W celu uzyskania szczegółowej analizy kompatybilności elastomeru należy skonsultować się ze specjalistą ds. uszczelnień.

 

W najbardziej wymagających warunkach trwałość standardowych uszczelnień łożysk okazuje się często niewystarczająca. Dlatego przed wyborem materiału najlepiej skonsultować się z ekspertem

 

 

Inne parametry, na które należy zwrócić uwagę, to bicie promieniowe powierzchni wału, niewspółosiowość wału, a także prędkość obrotowa i ciśnienie medium. Należy pamiętać o tym, że parametry te mogą znacząco różnić się w zależności od zastosowania. Gdy uszczelnienie pracuje w warunkach, gdzie tylko jeden parametr osiąga wartości graniczne, nie ma to wielkiego wpływu na wydajność pracy uszczelnienia, natomiast jeśli w danym układzie kilka parametrów osiąga maksymalne dopuszczalne wartości, mogą one wywierać znacznie większy wpływ na uszczelnienie.

Ograniczenia temperatury oraz ogólna kompatybilność cieczy/środków smarnych dla najczęściej stosowanych elastomerów klasy premium zostały pokazane w tabelach A i B. Należy jednak pamiętać, że producenci uszczelnień stosują własne opatentowane składy elastomerów, a poniższe informacje mogą różnić się w zależności od producenta.

 

Tabela A: Popularne materiały stosowane w produkcji uszczelnień

Elastomer Zalety Wady/

Ograniczenia

Zakres temperatur
Nitrylowy (NBR) Niski koszt.

Dobre właściwości w niskich temperaturach i odporność na ścieranie.

Niskie pęcznienie w cieczach węglowodorowych.

Ograniczona odporności na wysoką temperaturę. Słaba odporność na smary zawierające siarkę lub dodatki EP, mieszanki węglowodorów/ związków tlenowych (benzyna/metanol).

Niska odporność na ozon.

od -40 °F do 225 °F

 

od -40 °C do 107 °C

Poliakrylowy Odporność na smary EP. Lepsze właściwości w wysokich temperaturach niż NBR.

Małe pęcznienie w cieczach węglowodorowych.

Zastosowanie tylko w niskich temperaturach.

Słabe właściwości mechaniczne przy pracy na sucho.

Podatny na niekorzystne działanie w środowiskach wodnych.

Droższy od NBR.

od -20 °F do 300 °F

 

od -29 °C do 149 °C

Silikonowy Dobra odporność na gorące powietrze Doskonałe właściwości w niskich temperaturach.

Dobra odporność na ozon.

Podatny na uszkodzenia w trakcie montażu.

Słaba odporność chemiczna na niektóre dodatki EP i utleniony olej.

Wysokie pęcznienie, słabe właściwości mechaniczne przy pracy na sucho. Droższy od NBR.

od -80 °F do 350 °F

 

od -62 °C do 176 °C

Fluorowy Doskonałe właściwości w wysokich temperaturach.

Kompatybilny z wieloma cieczami.

Długi okres żywotności.

Słaba odporność na podstawowe ciecze (o wysokim pH>7). Podatny na działanie dobrej jakości olejów przekładniowych. Drogi w porównaniu z innymi materiałami. od -30 °F do 400 °F

 

od -34 °C do 204 °C

 

 

Tabela B: Materiały Premium stosowane w produkcji uszczelnień

Elastomer Zalety Wady/

Ograniczenia

Zakres temperatur
Etylen akrylowy (Vamac®) Lepsze właściwości w wysokich temperaturach niż NBR i poliakrylanowy.

Lepsze właściwości w niskich temperaturach niż poliakrylan.

Dobre właściwości ścierne i podczas pracy na sucho.

Średnia cena.

Wysokie pęcznienie w cieczach węglowodorowych.

Ograniczone właściwości w przypadku wałów mimośrodowych lub w zastosowaniach wymagających częstego działania.

od -30 °F do 325 °F

 

od -34 °C do 163 °C

Tetrafluoroetylen Propylen (Aflas®) Lepsza odporność chemiczna na wszystkie ciecze węglowodorowe, kwasy, bazy i środki utleniające niż przypadku fluoroelastomerów. Może być stosowany w obecności wszystkich cieczy hydraulicznych.

Stała odporność na wysokie temperatury powyżej 204 °C. Dobra odporność na ścieranie przy pracy na sucho oraz promieniowanie.

Słaba odporność chemiczna na mieszanki węglowodorów/ związki tlenowe (benzyna/metanol). Słabe właściwości w niskich temperaturach

Droższy niż fluoroelastomery.

od -30 °F do 400 °F

 

od -34 °C do 204 °C

 

Przygotowanie systemu uszczelnienia

Po wybraniu odpowiedniego materiału uszczelnienia, w celu zapewnienia jego właściwej pracy należy zapoznać się ze specyfikacją techniczną wszystkich elementów współpracujących. Uszczelnienie to tylko jedna z części systemu uszczelniającego, a jego działanie zależy od właściwego funkcjonowania i odpowiednich parametrów wału i otworu osadzenia.

Według organizacji Rubber Manufacturers Association (RMA), należy rozważyć kilka istotnych wymagań dotyczących przygotowania wału już podczas projektowania lub udoskonaleń systemu. Te parametry to chropowatość powierzchni wału, metoda obróbki, twardość, tolerancja średnicy, sfazowanie, materiał, potencjalna niewspółosiowość wału i otworu oraz bicie promieniowe. Z powyższych, najistotniejsze elementy to powierzchnia wału, metoda obróbki i twardość.

Wykończenie powierzchni wału to bardzo istotny czynnik właściwego funkcjonowania uszczelnienia i należy go określić z dokładnością do 10-25 mikrocali Ra (0,20–0,60 mikrometrów Ra) z zerowym szlifem. Odnośnie materiału wału, uszczelnienie najlepiej pracuje zabudowane na wałach wykonanych ze stali miękkiej, żeliwa szarego lub ciągliwego. W normalnych warunkach roboczych część wału stykająca się z wargą uszczelnienia powinna być utwardzona przynajmniej do stopnia C30 według skali twardości Rockwella. Gdy wał jest zarysowany lub uszkodzony podczas eksploatacji lub montażu lub w przypadku wałów, pracujących w trudnych warunków ściernych, zaleca się twardość C45 w skali Rockwella.

Raz jeszcze należy nadmienić, iż zalecana jest bardziej szczegółowa analiza parametrów wykonania wału, którą można uzyskać po kontakcie ze specjalistą ds. uszczelnień i omówieniu szczegółów zastosowania.

Jednocześnie w sytuacjach, gdy wał nie spełnia wymagań dla optymalnej pracy uszczelniania, dostępne są tuleje regeneracyjne, które zapewniają niezbędną powierzchnię do prawidłowego działania uszczelnienia. Tuleja regeneracyjna nie tylko zapewnia odpowiednią powierzchnię, ale także umożliwia ograniczenie kosztów w stosunku do rozwiązania alternatywnego w postaci regeneracji wału, gwarantującego odpowiednią powierzchnię roboczą dla wargi uszczelniającej.

Zapewnienie właściwej specyfikacji gniazda jest również bardzo istotnym aspektem integralności systemu uszczelnienia. W celu właściwego doboru uszczelnienia należy dokładnie przestrzegać zaleceń producentów dotyczących tolerancji otworów i pasowań.

Należy także wziąć pod uwagę sposób wykonania gniazda pod uszczelnienie. W celu ułatwienia montażu uszczelnienia, otwór gniazda powinien posiadać sfazowanie. Należy również uważać na ostre krawędzie lub zadziory, które mogą uszkodzić zewnętrzną powierzchnię uszczelnienia i tym samym stworzyć potencjalne ryzyko wycieku środka smarnego.

 

Podstawowe konstrukcje uszczelnień

Obecnie najczęściej stosowanym uszczelnieniem jest uszczelnienie przedstawione na rys. C – pierścień z podwójną wargą. Sprężyna dociskowa znajduje się nad główną wargą uszczelniającą, która zatrzymuje środek smarny. Uszczelnienie to posiada także wargę przeciwpyłową, która znajduje się po przeciwległej stronie i zatrzymuje zanieczyszczenia.

 

Rys. C: Szczegóły konstrukcyjne uszczelnienia dwuwargowego, z powierzchnią zewnętrzną pokrytą gumą

 

Cztery najpopularniejsze konstrukcje uszczelnień zostały przedstawione na rys. D. Główna różnica pomiędzy konstrukcjami to średnica zewnętrzna uszczelnienia. Uszczelnienia w osłonie metalowej zapewniają nieco lepsze osadzenie w gnieździe obudowy niż uszczelnienia z powierzchnią gumową. Jednakże osłony wykonane ze stali węglowej mogą rdzewieć w zależności od środowiska, podczas gdy gumowa powłoka zapewnia dodatkową ochronę metalowej wkładki. W przypadku wielu standardowych zastosowań uszczelnienia te można stosować zamiennie. Uszczelnienia o konstrukcji dwuwargowej posiadają dodatkową wargę przeciwpyłową i należy ich używać w środowiskach o wysokim poziomie zanieczyszczenia. Wszystkie te uszczelnienia dostępne są w wymiarach metrycznych jak i calowych.

 

Rys. D: Najpopularniejsze konstrukcje uszczelnień

 

Właściwy montaż pozwala osiągnąć maksymalną trwałość i efektywność uszczelnienia

Nawet jeśli wszelkie wskazówki i wytyczne w stosunku do materiału uszczelnienia, rodzaju oraz konstrukcji zostaną spełnione, niezawodność uszczelnienia w dużej mierze będzie zależała od jej prawidłowego montażu. W związku z tym należy przestrzegać poniższych wytycznych:

  1. Sprawdzić gniazdo osadzenia uszczelnienia, aby upewnić się, że jest czyste i nie posiada zadziorów, które mogłyby zniekształcić lub uszkodzić zewnętrzną powierzchnię uszczelnienia. Sprawdzić zaokrąglenia i upewnić się, że krawędź gniazda jest zaokrąglona lub sfazowana.
  2. Sprawdzić powierzchnię wału pod kątem ewentualnych uszkodzeń/zadziorów pozostałych po obróbce, obecności brudu lub pozostałości farby, które mogą uszkodzić wargę uszczelnienia, co może prowadzić do powstawania wycieków. Jeśli w trakcie wymiany uszczelnienia wykryto rowek na powierzchni wału, obszar ten należy zregenerować lub założyć odpowiednią tuleję.
  3. Sprawdzić koniec wału i usunąć wszelkie zadziory lub ostre krawędzie. Koniec wału powinien być sfazowany lub posiadać zaokrąglenie, tak, aby zapobiegał ewentualnemu uszkodzeniu wargi uszczelnienia podczas jego montażu. Jeśli powyższe jest niemożliwe, należy zastosować tuleję zabezpieczającą.
  4. Sprawdzić wypusty i rowki klinowe pod kątem ostrych krawędzi. Jeśli te występują, należy je osłonić tuleją, podkładką lub taśmą w celu zabezpieczenia wargi uszczelnienia.
  5. Sprawdzić samo uszczelnienie pod kątem uszkodzeń, które mogły powstać podczas transportu lub przenoszenia, tj. nacięć, przecięć, zadrapań lub zniekształceń.
  6. Upewnić się, czy uszczelnienie jest montowane w prawidłowym kierunku. Główna warga uszczelnienia jest zazwyczaj umieszczona po stronie środka smarnego. Jeśli miejsce zabudowy pozwala na montaż dodatkowego uszczelnienia, główna warga uszczelnienia dodatkowego może być skierowana na zewnątrz, aby zapewnić dodatkowe uszczelnienie w trudnym środowisku pracy.
  7. Przed montażem uszczelnienia wstępnie przesmarować wargę uszczelniającą srodkiem smarnym, który będzie użyty w węźle łożyskowym. Nie ma konieczności smarowania zewnętrznej osłony metalowej uszczelnienia, natomiast osłona gumowa powinna być pokryta cienką warstwę oleju. Zmniejszy to naprężenia i ułatwi montaż. Wstępne nasmarowanie ograniczy lub wyeliminuje ryzyko wypchnięcia zewnętrznej osłony uszczelnienia z gniazda.
  8. Przed przystąpieniem do montażu wybrać odpowiednie narzędzie montażowe do wielkości uszczelnienia. Tuleja montażowa powinna mieć średnicę nieco mniejszą niż otwór obudowy. W przypadku braku dostępności narzędzi tulei, do montażu uszczelnienia można użyć pierścienia łożyskowego.
  9. Pod żadnym pozorem nie należy uderzać bezpośrednio w uszczelnienie. Podczas montażu nie używać śrubokrętów, punktaków czy wybijaków. Nie zaleca się także stosowania stalowych młotków, ponieważ uderzenie takiego młotka może spowodować wypadnięcie sprężyny dociskowej. Uszczelnienie należy wprowadzać do gniazda w sposób równomierny i z odpowiednią siłą.

 

Dodatkowe opcje do ciężkich warunków pracy

Do bardziej wymagających warunków pracy dostępne są uszczelnienia w wielu różnych odmianach, w tym o konstrukcji wielowargowej. Standardowa konstrukcja z dwoma wargami wykonana z elastomeru nitrylowego lub fluoroelastomeru może zostać wykorzystana jako podstawowy element uszczelniający. Jednak w bardzo trudnych środowiskach po zewnętrznej stronie uszczelnienia wału należy dodać pierścień uszczelniający typu V, który będzie zapewniać dodatkowe zabezpieczenie przeciw zanieczyszczeniom, jak pokazano na rys. E.

 

Rys. E: Pierścień uszczelniający typu V

 

Zaletą takiego uszczelnienia jest jego elastyczność, a co za tym idzie łatwy montaż na większości rozmiarów wałów. Pierścienie typu V mogą być także stosowane w przypadku wałów mimośrodowych lub niewspółosiowych.

 

Źródło: Timken

Authors

Related posts

Góra
English