Simmeringi: rodzaje, materiały i zasady doboru do warunków pracy

Dobór simmeringu zależy nie tylko od jego wymiarów, lecz także od medium, temperatury, prędkości obrotowej, ciśnienia i poziomu zanieczyszczeń w otoczeniu wału. Konstrukcja z jedną lub dwiema wargami, materiał oraz sposób ochrony przed pyłem mogą wpływać na przydatność uszczelnienia w konkretnej aplikacji, dlatego pozornie podobne warianty nie zawsze są zamienne.

Budowa simmeringu i zasada uszczelniania wału

Simmering jest uszczelniaczem promieniowym wału, przeznaczonym do uszczelniania obracających się części maszyn. Jego podstawę stanowią trzy elementy: warga uszczelniająca, obudowa oraz sprężyna dociskowa.

Warga uszczelniająca przylega do powierzchni wału i ogranicza przepływ medium roboczego na skutek jego obrotu. W ten sposób olej, smar lub ciecz pozostają po właściwej stronie uszczelnienia, a zanieczyszczenia nie przedostają się do mechanizmu.

Obudowa nadaje simmeringowi kształt i zapewnia jego osadzenie w gnieździe. Może być wykonana z metalu albo elastomeru. Sprężyna dociskowa, umieszczona przy wardze, utrzymuje jej nacisk na wał.

Zasada działania opiera się na połączeniu kontaktu wargi z wałem, docisku sprężyny oraz stabilnego osadzenia całego elementu w gnieździe. Skuteczność uszczelnienia zależy również od warunków pracy oraz stanu współpracujących powierzchni.

Rodzaje simmeringów według konstrukcji i liczby warg

Podział simmeringów według konstrukcji obejmuje przede wszystkim warianty jedno- i dwuwargowe, wykonanie z metalową obudową oraz uszczelnienia kasetowe. Sama liczba warg nie przesądza jednak o przydatności uszczelnienia w każdej aplikacji.

Simmeringi dwuwargowe rozpoznaje się po obecności dodatkowej wargi przeciwpyłowej. Warga główna ogranicza przepływ medium roboczego, a dodatkowa chroni przestrzeń uszczelnienia przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi. Wersja jednowargowa jest prostszą konstrukcją, gdy taka dodatkowa ochrona nie należy do wymagań aplikacji.

Simmeringi kasetowe stanowią odrębną grupę, ponieważ ich rozbudowana konstrukcja obejmuje system ochronny, w tym rozwiązania labiryntowe. Przy wyborze konstrukcji trzeba uwzględnić także medium, prędkość obrotową i środowisko pracy.

Materiały simmeringów a odporność na medium i temperaturę

Materiał simmeringu powinien być dobierany przede wszystkim do rodzaju medium oraz temperatury pracy. Oleje, smary, woda i chemikalia mogą stawiać przed materiałem odmienne wymagania, dlatego żaden z opisanych materiałów nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Ich przydatność zależy także od prędkości obrotowej i konstrukcji uszczelnienia.

NBR sprawdza się, gdy medium stanowią oleje mineralne lub smary, a temperatura pozostaje w typowym zakresie pracy tego materiału. FPM wybiera się wtedy, gdy potrzebna jest większa odporność cieplna, chemiczna i na starzenie. Nie oznacza to jednak zgodności z każdą substancją chemiczną.

VMQ zachowuje elastyczność w niskiej temperaturze, dlatego może być stosowany w aplikacjach, w których ważna jest praca przy silnym wychłodzeniu. PTFE wyróżnia się natomiast wysoką odpornością chemiczną i cieplną, ale jego przydatność nadal zależy od konkretnego wykonania oraz warunków pracy.

Warunki pracy decydujące o doborze simmeringu

Dobór simmeringu wymaga zebrania informacji o całej aplikacji, a nie tylko o materiale lub konstrukcji uszczelnienia. Znaczenie ma rodzaj medium, na przykład oleju, smaru lub wody, a także temperatura medium i otoczenia. Parametry należy analizować łącznie, ponieważ każdy z nich może ograniczać zastosowanie uszczelnienia.

Istotne są również ruch wału, ciśnienie pracy i warunki środowiskowe. Kurz, pył, błoto oraz wilgoć wpływają na wymagania dotyczące ochrony przed zanieczyszczeniami. Dane katalogowe trzeba odnosić do konkretnego wykonania i rzeczywistych warunków pracy, bez przenoszenia parametrów jednego rozwiązania na całą kategorię simmeringów.

• Medium robocze: rodzaj substancji oraz jej oddziaływanie na materiał uszczelnienia.
• Temperatura pracy: temperatura medium i otoczenia, oceniana względem odporności konkretnego wykonania.
• Prędkość obrotowa: rzeczywista prędkość wału, istotna przy sprawdzaniu dopuszczalnych parametrów pracy.
• Ciśnienie: poziom ciśnienia występującego w aplikacji oraz zgodność z danymi dla wybranego simmeringu.
• Środowisko: obecność kurzu, pyłu, błota, wody, wilgoci lub innych zanieczyszczeń.
• Wał i gniazdo: średnica wału, wymiary gniazda oraz stan powierzchni wału, potrzebne do dalszego doboru wymiarowego.

Dopiero taki zestaw informacji pozwala przejść do wyboru typu, materiału i wymiaru. Przy nietypowych warunkach pracy lub niestandardowych wymiarach parametry należy sprawdzić dla konkretnego wykonania.

Prędkość obrotowa, ciśnienie i zanieczyszczenia

Prędkość obrotowa wpływa na tarcie i obciążenie wargi uszczelniającej. Im bardziej wymagające są warunki ruchu wału, tym ważniejsze jest sprawdzenie w dokumentacji konkretnego simmeringu dopuszczalnej prędkości obrotowej lub prędkości obwodowej. Wartości przypisanych jednemu materiałowi albo konstrukcji nie należy przenosić na wszystkie uszczelnienia.

Znaczenie ma również ciśnienie robocze. Jeżeli w miejscu pracy występuje nadciśnienie, trzeba sprawdzić, czy wybrana konstrukcja jest do niego przystosowana. Możliwości standardowego simmeringu mogą różnić się od właściwości wykonania przeznaczonego do pracy pod ciśnieniem, dlatego sam wymiar uszczelnienia nie wystarcza do oceny jego przydatności.

• Ruch wału: sprawdź prędkość obrotową oraz, jeśli podano ją w dokumentacji, prędkość obwodową dla konkretnego wykonania.
• Tarcie: uwzględnij je przy ocenie warunków pracy wargi, szczególnie przy intensywnym ruchu obrotowym.
• Ciśnienie: porównaj ciśnienie robocze w aplikacji z parametrami konstrukcji wskazanymi przez producenta.
• Zanieczyszczenia: kurz, pył, błoto i wilgoć zwiększają znaczenie ochrony przed zanieczyszczeniami. Dodatkowa warga przeciwpyłowa zwiększa ochronę przed kurzem i innymi zanieczyszczeniami, a w środowiskach z błotem, pyłem i wilgocią stosuje się również konstrukcje kasetowe.

Parametry te należy analizować razem z rodzajem medium i temperaturą. To samo uszczelnienie może wymagać innej oceny przy zmienionej prędkości wału, obecności nadciśnienia lub zwiększonym zapyleniu. Dodatkowa warga nie zastępuje sprawdzenia pozostałych parametrów pracy.

Wymiary, oznaczenia i stan powierzchni wału

Dobór wymiarowy simmeringu obejmuje trzy podstawowe dane: średnicę wewnętrzną, średnicę zewnętrzną i grubość. Średnica wewnętrzna odnosi się do wału, a średnica zewnętrzna i grubość do gniazda. Należy zmierzyć zarówno wał, jak i miejsce osadzenia uszczelniacza, zamiast dobierać go wyłącznie po nazwie lub wyglądzie.

• Średnica wewnętrzna: wymiar części współpracującej z wałem.
• Średnica zewnętrzna: wymiar istotny dla dopasowania simmeringu do gniazda.
• Grubość: wymiar określający dopasowanie uszczelniacza do przewidzianego miejsca osadzenia.
• Stan wału: rowkowanie lub uszkodzenie powierzchni może być objawem problemu powiązanego ze zużyciem simmeringu, dlatego sam pomiar nie zastępuje oceny stanu wału.
• Oznaczenie konstrukcji: symbole A, AO, AS i DUO odnoszą się do konstrukcji i przeznaczenia uszczelniacza. Należy odczytywać je razem z wymiarami, a nie traktować jako zamiennika pomiaru.

Jeżeli na powierzchni wału widoczne są rowki albo uszkodzenia, dobór wyłącznie na podstawie starego elementu może powtórzyć wcześniejsze niedopasowanie. Oznaczenie konstrukcji, także w przypadku simmeringów dwuwargowych, nie określa samo w sobie średnicy ani grubości. Do identyfikacji potrzebny jest więc komplet wymiarów oraz ocena stanu wału i dopasowania do gniazda.

Jak dobrać typ, materiał i wymiary simmeringu do aplikacji

Dobór simmeringu warto przeprowadzić w określonej kolejności: najpierw określić warunki pracy, następnie dobrać konstrukcję i materiał, a na końcu potwierdzić wymiary. Samo dopasowanie średnic nie wystarcza, jeśli materiał nie odpowiada medium lub konstrukcja nie jest dostosowana do zanieczyszczeń.

1. Określ medium i temperaturę: ustal, czy uszczelniany jest olej, smar czy woda, oraz w jakiej temperaturze pracuje medium i otoczenie. NBR jest kojarzony z olejami mineralnymi i smarami, natomiast FPM z podwyższoną odpornością cieplną i chemiczną. Zgodność należy potwierdzić dla konkretnego wyrobu i medium.
2. Oceń prędkość oraz ciśnienie: porównaj prędkość obrotową wału i występujące ciśnienie z dopuszczalnymi parametrami wybranego simmeringu. Przydatność konkretnego wariantu zależy od łącznego wpływu warunków pracy.
3. Uwzględnij zanieczyszczenia: w środowisku zapylonym znaczenie może mieć dodatkowa warga przeciwpyłowa. Można wtedy zastosować między innymi simmeringi dwuwargowe, pamiętając, że oznaczenie konstrukcji nie zastępuje sprawdzenia pozostałych parametrów.
4. Wybierz konstrukcję i materiał: typ simmeringu powinien odpowiadać sposobowi pracy oraz warunkom otoczenia, a materiał — medium i temperaturze. Ostateczna ocena wymaga porównania danych aplikacji z kartą konkretnego wyrobu.
5. Potwierdź wymiary i stan powierzchni: sprawdź średnicę wewnętrzną, zewnętrzną oraz grubość, a także stan wału i gniazda. Rowki lub uszkodzenia wału mogą oznaczać, że sam odczyt oznaczenia starego elementu nie zapewni prawidłowego dopasowania.

Na końcu zestaw komplet danych z oznaczeniem katalogowym. Symbole konstrukcji pomagają rozpoznać przeznaczenie uszczelniacza, lecz nie określają samodzielnie zgodności wymiarowej ani odporności na konkretne warunki pracy.

Montaż simmeringu oraz czynniki wpływające na jego trwałość

Trwałość simmeringu zależy nie tylko od właściwego doboru, lecz także od sposobu osadzenia i warunków eksploatacji. Montaż powinien odbywać się w czystym środowisku, prostopadle do osi wału, bez nadmiernego nacisku i gwałtownych uderzeń. Takie zasady ograniczają ryzyko deformacji oraz uszkodzenia wargi.

• Ochrona wargi: podczas osadzania należy zabezpieczyć krawędź uszczelniającą przed przecięciem lub przetarciem o wał. Można w tym celu zastosować tuleję montażową albo odpowiednie narzędzie montażowe.
• Osadzenie w gnieździe: simmering powinien zostać wprowadzony równo i stabilnie, bez przekoszenia. Po montażu należy sprawdzić jego położenie oraz stan wargi.
• Smarowanie konstrukcji dwuwargowej: w przypadku simmeringu z wargą przeciwpyłową przestrzeń między wargami należy odpowiednio wypełnić smarem. Dla konstrukcji dwuwargowych typu AO zaleca się wypełnienie na poziomie około 30–50%. Ogranicza to tarcie podczas rozruchu i wspiera ochronę przed zanieczyszczeniami.
• Kontrola podczas eksploatacji: wyciek oleju lub smaru, pęknięcia albo przetarcia uszczelniacza, a także rowkowanie powierzchni wału mogą wskazywać na zużycie. W takiej sytuacji należy ocenić przyczynę nieszczelności.

Na trwałość wpływają również materiał, warunki eksploatacji i środowisko pracy, w tym medium, temperatura, tarcie, zanieczyszczenia, jakość wykonania oraz stan wału. Prawidłowy montaż nie eliminuje skutków niekorzystnych warunków pracy. Rowki lub uszkodzenia powierzchni wału mogą sprzyjać ponownemu wyciekowi po wymianie simmeringu.