Simering i pierścień zgarniający w obwodach obrotowych – jak prawidłowo dobrać i zamontować uszczelnienie wału
Uszczelnienie wału jest jednym z tych elementów maszyny, które kosztują relatywnie niewiele, ale ich awaria może doprowadzić do kosztownego postoju całego urządzenia. W przekładniach, motoreduktorach, pompach, silnikach, układach napędowych i wielu maszynach przemysłowych prawidłowo dobrany simering odpowiada za utrzymanie środka smarnego wewnątrz mechanizmu oraz ograniczenie przedostawania się zanieczyszczeń z otoczenia.
W praktyce serwisowej problemy z wyciekiem oleju nie zawsze wynikają jednak z wad samego uszczelnienia. Równie często przyczyną jest niewłaściwy materiał elastomeru, uszkodzona powierzchnia wału, błędny montaż, brak smarowania wargi przed pierwszym uruchomieniem albo zastosowanie uszczelnienia w warunkach, do których nie zostało zaprojektowane.
Dlatego przy wymianie uszczelnienia wału nie powinno się ograniczać jedynie do odczytania jego wymiarów. Trzeba uwzględnić również medium, temperaturę, prędkość obrotową, stan powierzchni wału oraz warunki panujące po zewnętrznej stronie maszyny.
Simering a pierścień zgarniający – to nie są te same uszczelnienia
W nomenklaturze warsztatowej określenia dotyczące uszczelnień bywają stosowane zamiennie, co może prowadzić do błędnego doboru części.
Simering, czyli promieniowy pierścień uszczelniający wału, przeznaczony jest przede wszystkim do uszczelniania elementów wykonujących ruch obrotowy. Jego zadaniem jest oddzielenie dwóch środowisk – najczęściej zatrzymanie oleju lub smaru wewnątrz przekładni, pompy albo obudowy łożyska i jednoczesne ograniczenie dostępu zanieczyszczeń z zewnątrz.
Należy przy tym pamiętać, że typowy simering nie jest uszczelnieniem przeznaczonym do pracy przy wysokim ciśnieniu hydraulicznym. Norma ISO 6194 opisuje promieniowe pierścienie uszczelniające z elastomerową wargą jako rozwiązania stosowane przede wszystkim w warunkach niskiego ciśnienia.
Pierścień zgarniający pełni inną funkcję. Stosowany jest przede wszystkim przy ruchu posuwisto-zwrotnym, na przykład na tłoczyskach siłowników hydraulicznych i pneumatycznych. Jego zadaniem jest zgarnianie z powierzchni tłoczyska pyłu, błota, wilgoci, opiłków i innych zanieczyszczeń przed ich przedostaniem się do właściwego układu uszczelniającego.
W przypadku wałów obrotowych funkcję ochrony przed zanieczyszczeniami może natomiast pełnić dodatkowa warga przeciwpyłowa simeringu. Nie należy jej jednak utożsamiać z typowym pierścieniem zgarniającym stosowanym w hydraulice siłowej.
Odpowiednio dobrany simering https://pol-gum.eu/p/produkt/12/pierscienie-i-kola-gumowe powinien być więc zawsze dopasowany przede wszystkim do rodzaju ruchu, wymiarów wału, medium oraz warunków pracy.
Jak zbudowany jest simering?
Typowy promieniowy pierścień uszczelniający jest konstrukcją znacznie bardziej złożoną, niż może sugerować jego wygląd. Poszczególne elementy mają bezpośredni wpływ na trwałość i skuteczność uszczelnienia.
Warga uszczelniająca
Najważniejszym elementem jest warga robocza przylegająca do powierzchni obracającego się wału. To właśnie w miejscu jej styku z wałem powstaje zasadnicza strefa uszczelnienia.
Geometria wargi musi umożliwić utrzymywanie cienkiej warstwy środka smarnego pomiędzy elastomerem a powierzchnią wału. Zbyt duże tarcie powodowałoby gwałtowny wzrost temperatury i szybkie zużycie gumy.
Sprężyna dociągająca
W wielu konstrukcjach wokół wargi znajduje się sprężyna pierścieniowa, często określana jako sprężyna napinająca. Jej zadaniem jest utrzymywanie odpowiedniej siły docisku wargi do wału.
Ma to szczególne znaczenie wraz ze starzeniem elastomeru oraz podczas zmian temperatury.
Wkładka metalowa
Metalowy element wzmacniający stabilizuje konstrukcję simeringu i pomaga utrzymać jego kształt po osadzeniu w obudowie. Zapewnia również odpowiednie osadzenie pierścienia w gnieździe.
W zależności od konstrukcji zewnętrzna część metalowa może być odkryta albo pokryta elastomerem.
Warga przeciwpyłowa
Niektóre simeringi wyposażone są w dodatkową wargę od strony środowiska zewnętrznego. Jej zadaniem jest ograniczenie dostępu pyłu, wilgoci i innych zanieczyszczeń do zasadniczej wargi uszczelniającej.
Takie rozwiązanie jest szczególnie przydatne w urządzeniach pracujących w zapylonych halach, maszynach rolniczych, urządzeniach transportowych czy układach pracujących w pobliżu materiałów sypkich.
NBR czy FKM/Viton – jak dobrać materiał simeringu?
Sam wymiar uszczelnienia nie wystarcza do prawidłowego doboru części zamiennej. Dwa simeringi o identycznej średnicy wewnętrznej, zewnętrznej i szerokości mogą mieć zupełnie inne możliwości eksploatacyjne.
Jednym z najważniejszych parametrów jest materiał elastomerowy.
NBR – standardowe oleje i smary
Kauczuk nitrylowy NBR jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów na przemysłowe uszczelnienia wałów.
Sprawdza się przede wszystkim przy kontakcie z wieloma standardowymi olejami mineralnymi i smarami. Jest rozwiązaniem często spotykanym w przekładniach, motoreduktorach, układach napędowych, obudowach łożysk oraz innych mechanizmach pracujących w typowych warunkach przemysłowych.
NBR charakteryzuje się dobrym kompromisem pomiędzy odpornością na oleje, odpornością mechaniczną i kosztem.
Nie oznacza to jednak, że może być stosowany bez analizy parametrów pracy. Przy wysokiej temperaturze oraz dużej prędkości obwodowej wału może dojść do nadmiernego nagrzewania strefy styku i szybszego starzenia elastomeru.
FKM/Viton – podwyższona temperatura i trudniejsze warunki
FKM, często kojarzony z nazwą handlową Viton, jest wykorzystywany tam, gdzie wymagane są większa odporność temperaturowa oraz odporność na wiele olejów i substancji chemicznych.
Uszczelnienia FKM stosuje się między innymi przy wyższych temperaturach pracy, większych prędkościach wału oraz w układach wykorzystujących określone oleje syntetyczne.
Nie powinno się jednak przyjmować zasady, że FKM zawsze będzie lepszy od NBR. Materiał należy dobierać do konkretnego medium, temperatury oraz konstrukcji urządzenia. Przy nietypowych cieczach procesowych konieczne jest sprawdzenie tabel kompatybilności producenta elastomeru lub uszczelnienia.
Prędkość obwodowa wału ma większe znaczenie niż same obroty
Przy doborze simeringu częstym błędem jest analizowanie wyłącznie liczby obrotów wału na minutę.
W rzeczywistości istotna jest przede wszystkim prędkość obwodowa powierzchni współpracującej z wargą uszczelniającą.
Można ją określić ze wzoru:
v = π × d × n / 60
gdzie:
v – prędkość obwodowa w m/s,
d – średnica wału w metrach,
n – prędkość obrotowa w obr./min.
Oznacza to, że wał o dużej średnicy pracujący przy tej samej liczbie obrotów co wał o małej średnicy powoduje znacznie większą prędkość poślizgu na wardze simeringu.
Im większa prędkość obwodowa, tym większe znaczenie mają temperatura, materiał uszczelnienia, stan powierzchni wału i prawidłowe smarowanie.
Dlaczego nowy simering może zacząć przeciekać?
W praktyce utrzymania ruchu zdarzają się sytuacje, w których wymieniony pierścień zaczyna przepuszczać olej po kilku godzinach albo nawet bezpośrednio po uruchomieniu urządzenia.
Nie oznacza to automatycznie wadliwej części.
Uszkodzenie wargi podczas montażu
Jedną z najczęstszych przyczyn jest przeciągnięcie wargi uszczelniającej bez zabezpieczenia przez gwint, rowek pod wpust, ostre zakończenie wału lub inne nierówności.
Nawet bardzo małe przecięcie elastomeru może utworzyć drogę dla oleju.
Jeżeli podczas montażu uszczelnienie musi przejść przez gwint albo wpust, należy zastosować tuleję montażową lub odpowiednią osłonę zabezpieczającą wargę.
Zużyta ścieżka pracy na wale
Wymiana samego simeringu nie rozwiąże problemu, jeśli wał ma wyraźny rowek powstały w miejscu pracy poprzedniej wargi.
Nowy simering może wtedy trafić dokładnie na zużytą powierzchnię i bardzo szybko ponownie zacząć przeciekać.
Podczas demontażu należy więc dokładnie obejrzeć wał. W zależności od stopnia zużycia możliwe jest zastosowanie tulei naprawczej, regeneracja powierzchni albo takie dobranie położenia nowego uszczelnienia, aby warga pracowała na niezużytym fragmencie wału – o ile konstrukcja gniazda na to pozwala.
Brak smarowania wstępnego
Warga simeringu nie powinna rozpoczynać pracy całkowicie na sucho.
Przed montażem powierzchnię współpracującą wargi należy lekko zwilżyć odpowiednim środkiem smarnym kompatybilnym z medium roboczym i elastomerem.
Pierwsze sekundy pracy na sucho mogą prowadzić do gwałtownego wzrostu temperatury w strefie kontaktu. W skrajnym przypadku nowy simering może zostać uszkodzony niemal natychmiast po uruchomieniu urządzenia.
Jak prawidłowo zamontować simering?
Prawidłowy montaż powinien być wykonywany według określonej procedury, a nie metodą „wbić i uruchomić”.
Przed rozpoczęciem pracy należy:
sprawdzić oznaczenia i wymiary nowego uszczelnienia,
zweryfikować materiał elastomeru,
oczyścić gniazdo po poprzednim simeringu,
skontrolować powierzchnię wału,
usunąć zadziory i ostre krawędzie mogące uszkodzić wargę,
zabezpieczyć gwinty i rowki pod wpust,
nasmarować powierzchnię roboczą wargi,
równomiernie wprowadzić simering do gniazda za pomocą odpowiedniego przyrządu montażowego.
Nie należy uderzać punktowo młotkiem w jedną część pierścienia. Może to doprowadzić do przekoszenia konstrukcji, deformacji metalowego wzmocnienia albo uszkodzenia elastomeru.
Narzędzie montażowe powinno naciskać na powierzchnię przeznaczoną do osadzania uszczelnienia i umożliwiać jego równoległe prowadzenie względem osi wału.
Szczegółowe zasady związane z przechowywaniem, obchodzeniem się oraz prawidłowym montażem promieniowych uszczelnień wałów zawiera ISO 6194-3.
W którą stronę powinien być zamontowany simering?
W standardowym układzie zasadnicza warga uszczelniająca ze sprężyną powinna być skierowana w stronę medium, które ma zostać zatrzymane.
Jeżeli więc zadaniem pierścienia jest zatrzymanie oleju wewnątrz przekładni, warga główna jest skierowana w stronę wnętrza przekładni.
Dodatkowa warga przeciwpyłowa znajduje się najczęściej od strony otoczenia.
W nietypowych konstrukcjach mogą występować inne rozwiązania, dlatego podczas remontu urządzenia warto przed demontażem zanotować orientację starego uszczelnienia i porównać ją z dokumentacją techniczną maszyny.
Co sprawdzić, jeżeli simering nadal przecieka?
Jeżeli po prawidłowej wymianie uszczelnienie ponownie zaczyna przepuszczać olej, problemu należy szukać szerzej.
Do kontroli powinny trafić:
powierzchnia i bicie promieniowe wału,
stan łożysk,
osiowość wału,
temperatura pracy,
rzeczywiste ciśnienie w obudowie,
drożność odpowietrzenia przekładni,
prawidłowy poziom oleju,
kompatybilność elastomeru z medium,
stan gniazda simeringu.
Przykładowo zatkany odpowietrznik przekładni może powodować wzrost ciśnienia wewnątrz obudowy. W takiej sytuacji nawet prawidłowo zamontowany simering może zacząć przepuszczać olej.
Podobnie zużyte łożysko może powodować nadmierny ruch promieniowy wału. Warga uszczelniająca nie jest wówczas w stanie stale podążać za zmieniającym położenie wałem.
Wymiana kolejnych simeringów bez usunięcia pierwotnej przyczyny wycieku daje wtedy jedynie krótkotrwały efekt.
DIN 3760 i ISO 6194 – normy dotyczące uszczelnień wałów obrotowych
Przy doborze promieniowych pierścieni uszczelniających warto odnosić się do właściwych norm technicznych.
DIN 3760 dotyczy promieniowych pierścieni uszczelniających wały obrotowe i określa między innymi wymagania konstrukcyjne oraz wymiarowe dla tego typu elementów.
Rodzina ISO 6194 obejmuje elastomerowe promieniowe uszczelnienia wałów obrotowych. ISO 6194-1 określa między innymi wymiary nominalne oraz tolerancje uszczelnień, wałów i obudów.
Z punktu widzenia działu utrzymania ruchu szczególnie istotna jest również ISO 6194-3, odnosząca się do przechowywania, obsługi i montażu pierścieni.
Normy są dobrym punktem odniesienia, ale nie zastępują danych producenta uszczelnienia dotyczących dopuszczalnej temperatury, prędkości obwodowej, medium i warunków ciśnieniowych.
Simering w praktyce serwisowej – nie wymieniaj części bez ustalenia przyczyny
W prawidłowo prowadzonym utrzymaniu ruchu wymiana simeringu powinna być połączona z diagnostyką całego miejsca uszczelnienia.
Jeżeli poprzedni pierścień uległ awarii, warto ustalić dlaczego. Uszkodzona powierzchnia wału, niewłaściwy materiał, przegrzanie, bicie wału, wzrost ciśnienia w przekładni czy błąd podczas wcześniejszego montażu mogą doprowadzić do szybkiej awarii kolejnego elementu.
Przy doborze należy więc sprawdzić nie tylko trzy podstawowe wymiary pierścienia, ale również:
średnicę i stan wału,
średnicę oraz stan gniazda,
medium robocze,
temperaturę minimalną i maksymalną,
prędkość obrotową oraz obwodową,
warunki ciśnieniowe,
stopień zapylenia i zabrudzenia otoczenia,
potrzebę zastosowania dodatkowej wargi przeciwpyłowej.
Dopiero takie podejście pozwala dobrać uszczelnienie, które będzie elementem rozwiązującym problem, a nie jedynie kolejną częścią wymienianą podczas następnego postoju maszyny.