Czym są uszczelnienia mechaniczne i jak działają?
Uszczelnienia mechaniczne znajdują zastosowanie w maszynach z wałem obrotowym w celu zapewnienia szczelności między elementami ruchomymi a nieruchomymi. Ich zadaniem jest zapobieganie wyciekom cieczy, gazów lub innych mediów, które mogą wydostać się na zewnątrz urządzenia lub przeniknąć do jego wnętrza.
Typowe uszczelnienie mechaniczne składa się z następujących części:
- pierścieni uszczelniających – które tworzą zespół składający się z:
- pierścienia obrotowego – połączonego z wałem i obracającego się razem z nim,
- pierścienia nieruchomego (stacjonarnego) – zamocowanego w obudowie urządzenia i pozostającego w pozycji statycznej. Oba pierścienie są wykonane z materiałów o wysokiej odporności na ścieranie i ciepło, takich jak węglik krzemu, ceramika Al2O3 czy węglik wolframu, co minimalizuje zużycie i tarcie,
- sprężyn lub elementów dociskowych – odpowiadających za utrzymanie odpowiedniego nacisku między powierzchniami uszczelniającymi, zapewniając szczelność w różnych warunkach pracy,
- uszczelnień pomocniczych (wtórnych) – zapewniających szczelność pomiędzy pierścieniami a obudową lub wałem, najczęściej są to pierścienie o-ring,
- obudowy – chroniącej elementy wewnętrzne i pozwalającej na ich montaż w urządzeniu.
Uszczelnienie mechaniczne działa na zasadzie wzajemnego kontaktu dwóch precyzyjnie wykonanych powierzchni (pierścienia obrotowego i nieruchomego). Podstawowym mechanizmem jest utworzenie bardzo cienkiej warstwy filmu cieczy (lub innego medium), która:
- smaruje powierzchnie – redukując tarcie i zużycie,
- zapewnia szczelność – zapobiega przedostawaniu się medium na zewnątrz.
Gdy wał obraca się, pierścień obrotowy przemieszcza się względem pierścienia nieruchomego, a sprężyny lub inne elementy dociskowe utrzymują kontakt między powierzchniami. Dzięki temu powstaje szczelna bariera, odporna na zmienne warunki ciśnienia, temperatury i prędkości obrotowej.