ABC montażu szczeliw

Dławnice ze szczeliwem miękkim stanowią podstawowy typ uszczelnienia urządzeń w ruchu obrotowym. Cechuje je prosta budowa, niski koszt wykonania, łatwość montażu i demontażu oraz minimalne ryzyko nagłej awarii. Użytkownicy mają samodzielną możliwość doboru odpowiedniego materiału w zależności od ciśnienia, temperatury i rodzaju czynnika roboczego. Mimo pozornie przestarzałej idei, szczeliwa sznurowe mają szereg zalet, gdyż w większości przypadków zużycie takiego uszczelnienia jest stopniowo sygnalizowane, urządzenia z powiększającym się przeciekiem mogą nadal pracować, obsługa może łatwo przewidzieć konieczność i termin wymiany szczeliwa. Operacja wymiany jest szybka, a czas przestoju urządzenia krótki, szczeliwo do wymiany może być szybko dostarczone lub znajduje się we własnym magazynie. Ponadto diametralnie zwiększyła się trwałość uszczelnień sznurowych, dzięki zastosowaniu wysokosprawnych materiałów na bazie grafitu elastycznego, PTFE i aramidu trwałość tych uszczelnień dorównuje obecnie uszczelnieniom mechanicznym oraz wciąż przewyższa je pod względem ekonomicznym. Trwałość ta jest tym większa, że w nowoczesnych rozwiązaniach dławnic pomp stosuje się systemy ochrony uszczelnienia polegające na zastosowaniu pierścienia rozstawczego i podaniu medium przepłukującego pod nieco wyższym ciśnieniem do środka pakietu uszczelniającego co odciąża uszczelnienie i zapobiega penetracji cząstek stałych. Bardziej zaawansowane rozwiązania polegają na zastosowaniu dodatkowo odrzutnika cząstek stałych, autonomicznego systemu cieczy zaporowej, smarującej, przepłukiwania, chłodzenia lub niekiedy systemu podgrzewania uszczelnienia.

Względy bezpieczeństwa

Same szczeliwa nie zawierają substancji, które mogłyby szkodliwie oddziaływać na zdrowie lub środowisko w warunkach prawidłowego użytkowania. Jednak zawsze podczas montażu należy zachować właściwe środki bezpieczeństwa, odpowiednie dla obsługi danego urządzenia. Przed przystąpieniem do montażu szczeliwa należy urządzenie wyłączyć, odłączyć z sieci, usunąć ciśnienie z układu, zamknąć zawory, upewnić się, czy żadne ruchome elementy nie będą zagrażać operatorowi. Jeżeli urządzenie pracuje z substancjami niebezpiecznymi, układ powinien być wcześniej przepłukany a operator powinien stosować odpowiednie środki ochrony osobistej.

W przypadku odpadów i zużytych elementów uszczelnień miękkich, należy wziąć pod uwagę, że tworzywa polimerowe, w tym PTFE, aramidy, silikony i większość elastomerów, są całkowicie odporne na biodegradację i mogą długo zalegać w środowisku naturalnym. Dlatego z tego rodzajem odpadów należy postępować ostrożnie, po demontażu należy je zutylizować lub przekazać do recyklingu u dostawcy uszczelnień. W żadnym wypadku nie można ich spalać lub podgrzewać powyżej 340?C. Pod wpływem wysokiej temperatury mogą wydzielać dioksyny, furany, związki fluoru i inne szkodliwe opary. Dotyczy to również materiałów z pozoru bezpiecznych, na bazie włókien roślinnych lub grafitu ekspandowanego, które mimo iż są wykonane z bezpiecznych, naturalnych materiałów, zazwyczaj są nasycone różnego rodzaju impregnatami, a ponadto mogą zawierać szkodliwe związki przechwycone z medium roboczego.

Usuwanie zużytego szczeliwa

Podczas usuwania zużytego szczeliwa należy zachować ostrożność, by nie zarysować lub w jakikolwiek inny sposób nie doprowadzić do uszkodzenia dławnicy. W przypadku gdy pracujemy z czystym i bezpiecznym medium, po popuszczeniu dławika zużyty pakunek zostanie łatwo wypchnięty za pomocą ciśnienia w instalacji. Można zastosować specjalne giętkie ekstraktory z końcówką w kształcie korkociągu. Należy je wkręcić przynajmniej w dwóch przeciwległych miejscach starego pakunku, by go następnie równomiernie wyciągnąć na zasadzie podobnej do korka. W ogóle zaleca się, zarówno przy demontażu, jak i montażu szczeliwa użycie specjalistycznych narzędzi, co ułatwia pracę, oszczędza czas i pieniądze. Dławnica powinna być oczyszczona z korozji i skrystalizowanych pozostałości medium. Wał, ewentualnie jego tuleja powinien mieć czystą, gładką powierzchnię bez nagarów, wyszczerbień czy zarysowań. W skrajnym wypadku należy napawać i szlifować wał lub wymienić tuleję. Nowsze rozwiązania dławnic przewidują tuleję ochronną wału o wysokiej twardości, która może być wymieniona lub wielokrotnie przeszlifowana.

Sprawdzenie stanu dławnicy

Jakość i stan powierzchni współpracujących dynamicznie ze szczeliwem ma istotny wpływ na szybkość zużywania się uszczelnienia. Ponieważ rozwiązania dławnic bez tulei ochronnej wału są już rzadko spotykane, pod pojęciem „wału” będziemy rozumieli zarówno wał, jak i wał wyposażony w tuleję. Wymagania w stosunku do wału są podobne jak w łożyskach ślizgowych, tzn. chropowatość na poziomie dokładnego szlifowania Ra?0,63. Chropowatość pozostałych elementów styku ze szczeliwem nie ma większego znaczenia, wystarcza jakość powierzchni na poziomie dokładnej obróbki wykończeniowej skrawaniem Ra?5. By uniknąć nadmiernego ścierania wału, należy zapewnić odpowiednią twardość powierzchni na poziomie 60 HRC. Dla szczeliw o niskim współczynniku tarcia, jak te na bazie PTFE, wymagania te są niższe, a dla grafitu elastycznego minimalna twardość w ogóle nie jest wymagana, gdyż wał pokrywa się filmem grafoidowym, a tarcie z powierzchni wału przechodzi w tarcie laminarne wewnątrz grafitu, podobnie jak w smarach. Jednakże każdy rodzaj szczeliwa może chłonąć cząstki ścierne z przepływającego medium i w ten sposób pośrednio ścierać wał.

Szerokość szczeliny pomiędzy wałem a obudową nie powinna przekraczać zakładanych norm, ewentualnie wartości 0,5 mm. W przypadku szczególnie wysłużonych urządzeń, gdzie wartość ta może być przekroczona, można zastosować pierścienie zamykające ze szczeliwa o dużej wytrzymałości mechanicznej lub szczeliwo wzmocnione narożnie karbonem albo aramidem. Bicie wału powinno utrzymywać się w normie i nie przekraczać 0,1 mm, ewentualnie 1/100 szerokości szczeliwa. Jeżeli bicie wału jest większe, możemy temu zaradzić, stosując szczeliwo z rdzeniem elastomerowym, które dzięki większej elastyczności może lepiej przejąć wibracje z wału i w konsekwencji zwiększyć trwałość uszczelnienia mimo trudniejszych warunków pracy.

Ogólne zasady doboru szczeliw

Zagadnienia związane z doborem szczeliwa dla określonych warunków pracy możemy podzielić na dwie grupy. Pierwszą stanowią parametry, co do których podchodzimy w sposób arbitralny, jak: zakres temperatur i stopień agresywności medium (zakres pH). Przy ocenie przydatności należy również wziąć pod uwagę fakt, że niektóre media mogą reagować, ewentualnie rozpuszczać komponenty szczeliwa. Kryteria te należy ściśle przestrzegać, w przeciwnym razie uszczelnienie ulegnie zniszczeniu lub bardzo szybkiemu zużyciu.

Drugą grupę stanowią parametry w znacznym stopniu relatywne, jak ciśnienie, prędkość liniowa, ewentualnie odporność na ścieranie. Ta grupa parametrów różnicuje szczeliwa przede wszystkim pod względem wytrzymałości i zasadniczo nie warunkuje dopuszczalnych zakresów stosowania. Struktura materiału uszczelnień sznurowych nie ulega zniszczeniu pod wpływem tylko jednego z tych czynników, dopiero ich kompleksowe działanie powoduje zużycie. Dlatego dobrze jest, w ocenie przydatności materiału uszczelnień dławnicowych, posługiwać się współczynnikiem obciążenia dynamicznego – pV. Jest to iloczyn prędkości i ciśnienia, które mogą jednocześnie wystąpić w danej aplikacji, nie powodując zbyt szybkiej degradacji. Jest to miarodajny parametr, który dość dobrze wskazuje dla jakich wartości ciśnienia p i prędkości liniowych V materiał uszczelnienia zachowa porównywalną trwałość.

Należy również pamiętać, że dopuszczalna temperatura pracy nie jest równoważna z temperaturą medium. Dławnica na skutek tarcia pracuje w wyższej temperaturze niż medium, zatem należy przyjąć zapas na poziomie przynajmniej 50°C. W przypadku gdy występuje wysokie ciśnienie lub duża prędkość obrotowa, ewentualnie gdy dławnica pracuje na niedostatecznym przecieku, dystans temperatury powinien być jeszcze większy.

Kolejnym kryterium doboru szczeliwa jest sterylność i wymagania sanitarne wobec danej aplikacji. W przemyśle spożywczym, farmaceutycznym wiele instalacji musi spełniać wysokie wymagania jakościowe narzucane przez normy i dyrektywy Unii Europejskiej, w tym rozporządzenie (WE) 1935/2004 w sprawie norm sanitarnych dla materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością. W takich przypadkach powinno się stosować szczeliwo, które posiada Certyfikat Zgodności Sanitarnej UE, ewentualnie świadectwo Państwowego Zakładu Higieny (atest PZH).