Sposoby uszczelnienia wału obrotowego przy większych ciśnieniach
Wały obrotowe występują w pompach, sprężarkach, mieszalnikach czy turbinach – wszędzie tam, gdzie element wirujący musi być prowadzony przez obudowę, a jednocześnie utrzymywane jest medium pod ciśnieniem. Uszczelnienie takiego miejsca nie jest łatwe, szczególnie gdy ciśnienia są wyższe niż kilka barów. Źle dobrane rozwiązanie prowadzi do wycieków, szybkiego zużycia i kosztownych przestojów.
Poniżej zestawiam najczęściej stosowane sposoby uszczelniania wałów obrotowych w warunkach podwyższonego ciśnienia:
1. Uszczelnienia sznurowe (pakunkowe)
- Zasada działania: wokół wału umieszcza się pierścienie z plecionego materiału (grafit, PTFE, aramid), które dociska się dławnicą.
- Zalety: prosta budowa, niski koszt, możliwość regulacji docisku podczas pracy.
- Wady: stosunkowo duże tarcie, ograniczona szczelność, zużycie wału, ograniczone zastosowanie przy bardzo wysokich ciśnieniach i prędkościach obrotowych.
2. Uszczelnienia wargowe (simmeringi wysokociśnieniowe)
- Zasada działania: elastyczna warga uszczelniająca dociskana do wału, często ze sprężynką. W wersjach wysokociśnieniowych stosuje się dodatkowe pierścienie podporowe i odpowiednie materiały elastomerów.
- Zalety: kompaktowe, łatwe w montażu, niedrogie.
- Wady: ograniczona trwałość przy ciśnieniach >10 bar, wrażliwość na niewspółosiowość i zużycie powierzchni wału.
3. Uszczelnienia mechaniczne (tzw. uszczelnienia czołowe)
- Zasada działania: dwie gładkie powierzchnie pierścieni (stacjonarnego i obrotowego) dociskane sprężyną i/lub ciśnieniem medium. Między nimi powstaje bardzo cienki film smarujący.
- Zalety: wysoka szczelność nawet przy kilkudziesięciu barach, możliwość pracy w trudnych mediach (chemikalia, gorące oleje, gazy).
- Wady: większy koszt, bardziej skomplikowany montaż, wrażliwość na suche tarcie.
4. Uszczelnienia gazowe (tzw. dry gas seals)
- Zasada działania: specjalna odmiana uszczelnień mechanicznych, gdzie szczelność zapewnia cienka warstwa gazu (np. azotu). Stosowane w turbinach i sprężarkach gazowych.
- Zalety: minimalne zużycie, bardzo dobra szczelność przy wysokich ciśnieniach i prędkościach, brak wycieków cieczy.
- Wady: bardzo wysoka cena, wymagane dodatkowe instalacje gazowe.
5. Uszczelnienia magnetyczne i kombinowane
- Zasada działania: wykorzystują pola magnetyczne i dodatkowe elementy uszczelniające (np. labiryntowe).
- Zalety: bezkontaktowe, niewielkie tarcie, duża trwałość.
- Wady: wysokie koszty, niszowe zastosowania.
6. Uszczelnienia labiryntowe (dla wałów pomocniczych)
- Zasada działania: układ rowków i szczelin tworzy barierę ograniczającą przepływ medium.
- Zalety: praktycznie brak zużycia (brak kontaktu z wałem), dobre w połączeniu z innymi uszczelnieniami.
- Wady: samo w sobie nie zapewnia pełnej szczelności przy wysokim ciśnieniu – najczęściej stosowane jako pierwszy stopień uszczelnienia.
Wybór sposobu uszczelnienia wału obrotowego zależy od ciśnienia, prędkości obrotowej, rodzaju medium, temperatury i kosztów eksploatacji.
- Przy prostych i tańszych aplikacjach sprawdzą się sznury pakunkowe lub simmeringi.
- Gdy wymagana jest wysoka szczelność i trwałość – dominują uszczelnienia mechaniczne.
- W najbardziej wymagających maszynach procesowych (sprężarki gazowe, turbiny) stosuje się uszczelnienia gazowe lub kombinowane.
Dla naszych potrzeb szerzej zajmiemy się uszczelnieniami typu simmering które mamy w swojej ofercie w dużym wyborze.
Simmeringi wysokociśnieniowe – zalety i wady uszczelnienia wału obrotowego przy dużych ciśnieniach
Simmeringi, czyli uszczelnienia wargowe, to jedne z najpopularniejszych rozwiązań do uszczelniania wałów obrotowych. W wersji standardowej świetnie sprawdzają się w maszynach pracujących przy niewielkich ciśnieniach. Jednak tam, gdzie medium znajduje się pod większym ciśnieniem – stosuje się specjalne simmeringi wysokociśnieniowe.
Ich budowa różni się od zwykłych uszczelnień: mają wzmocnione wargi uszczelniające, dodatkowe pierścienie podporowe i specjalne mieszanki elastomerów, które wytrzymują wyższe obciążenia.
Jakie są zalety i ograniczenia tego rozwiązania?
Zalety simmeringów wysokociśnieniowych
- Kompaktowa budowa – zajmują niewiele miejsca, można je stosować tam, gdzie nie ma przestrzeni na skomplikowane uszczelnienia mechaniczne.
- Prosty montaż i wymiana – nie wymagają skomplikowanych narzędzi ani długich przestojów.
- Niski koszt – w porównaniu do uszczelnień mechanicznych czy gazowych, simmeringi są znacznie tańsze w zakupie i utrzymaniu.
- Uniwersalność – dostępne w wielu wariantach materiałowych (NBR, FKM, PTFE), mogą pracować z olejami, wodą, smarami czy niektórymi chemikaliami.
- Możliwość pracy przy umiarkowanie wysokich ciśnieniach – specjalne konstrukcje wytrzymują nawet do kilkunastu barów, co wystarcza w wielu układach hydraulicznych czy pompach.
Wady simmeringów wysokociśnieniowych
- Ograniczona trwałość – przy większych ciśnieniach warga mocno dociska do wału, co przyspiesza zużycie zarówno uszczelnienia, jak i powierzchni wału.
- Czułość na jakość powierzchni – wał musi mieć odpowiednią twardość, chropowatość i nie może być uszkodzony, inaczej szybko pojawią się przecieki.
- Maksymalne ciśnienie ograniczone – mimo wzmocnień, simmeringi rzadko sprawdzają się powyżej 10–15 bar. Przy jeszcze wyższych ciśnieniach konieczne są uszczelnienia mechaniczne.
- Wrażliwość na temperaturę – elastomery mają swoje limity cieplne; w wysokich temperaturach mogą twardnieć i tracić elastyczność.
- Jednokierunkowe działanie – najczęściej uszczelniają w dobrej jakości tylko w jednym kierunku, co ogranicza ich zastosowanie w niektórych układach.
Podsumowanie dla uszczelniacz wału ciśnieniowy
Simmeringi wysokociśnieniowe to świetne rozwiązanie na uszczelnienie wału obrotowego przy dużych ciśnieniach tam, gdzie:
- ciśnienie nie przekracza kilkunastu bar,
- liczy się prostota montażu i niski koszt,
- maszyna pracuje w warunkach umiarkowanej temperatury i prędkości obrotowej.
Jeśli jednak potrzebna jest maksymalna szczelność przy wysokich ciśnieniach i dużych prędkościach, lepiej sprawdzą się uszczelnienia mechaniczne lub inne technologie.
Simmeringi wysokociśnieniowe to ekonomiczne i kompaktowe rozwiązanie tam, gdzie mamy do czynienia z wałami pracującymi przy podwyższonych ciśnieniach – szczególnie w hydraulice siłowej czy w sprężarkach. Sprawdzają się dobrze, o ile spełnione są wymagania co do jakości powierzchni wału, prędkości obrotowej i temperatury pracy.