Recomandări pentru garniturile de etanșare pentru rulmenți

Florin Constantin, Inginer principal aplicații, The Timken Company

Perioadele de staționare a utilajelor și durata de viață redusă a pieselor componente sunt câteva dintre consecințele—și responsabile pentru costurile potențial mari—ale utilizării garniturilor de etanșare neadecvate în multe tipuri de utilaje industriale, cum ar fi pompele, motoarele electrice, ventilatoarele, carcasele cu rulmenți, cutiile de viteze și multe altele. Cu toate acestea, dacă sunt specificate și montate corect, garniturile de etanșare pot constitui bariere eficiente, care rețin lubrifianții și protejează împotriva apei, a coroziunii, a reziduurilor și a altor contaminanți.

Simplu spus, garniturile de etanșare sunt utilizate pe arborii aflați în mișcare de rotație pentru a forma o barieră cu două funcții de bază: de a reține lubrifianții și de a elimina contaminanții. Într-o aplicație tipică, garnitura de etanșare—cunoscută și ca manșetă de rotație, simering, sau doar etanșare—este situată de obicei în vecinătatea rulmentului în majoritatea utilajelor. Pentru a reține lubrifiantul și pentru a împiedica scurgerile, garniturile de etanșare sunt proiectate pentru a sigila spațiile dintre componentele mecanice staționare și cele mobile, cum ar fi carcasa și arborele, care se găsesc în aproape orice tip de mașină și vehicul în funcțiune.

Selectarea compusului elastomeric de etanșare corect

Pentru ca garniturile de etanșare să funcționeze corespunzător și să împiedice particulele abrazive, umiditatea corozivă și alți contaminanți nocivi să pătrundă în mecanismele sensibile, alegerea compusului elastomeric de etanșare este extrem de importantă. Parametrii aplicației și mediul extern în care garnitura de etanșare va funcționa trebuie să fie luați în considerare cu atenție înainte de a alege un compus. Pentru mediile industriale generale, cel mai utilizat elastomer este cauciucul acrilonitril, datorită proprietăților excelente de rezistență la abraziune. Cel de-al doilea elastomer des întâlnit este cauciucul fluorurat, preferat pentru capacitățile sale de rezistență la acțiunea substanțelor chimice și de rezistență la căldură.

Deși doi dintre cei mai importanți parametri din aplicație sunt temperatura și tipul de lubrifiant, este de asemenea important să se determine dacă eventualii contaminanți din mediu vor avea un efect chimic negativ asupra compusului elastomeric din garnitura de etanșare. Tabelele cu compatibilitatea chimică sunt disponibile la majoritatea furnizorilor de garnituri de etanșare, dar oferă doar o orientare generală. Pentru o analiză aprofundată a compatibilității elastomerului, consultați un inginer specialist în materiale de etanșare.

Garniturile de etanșare pentru rulmenți standard nu pot rezista, adesea, celor mai dificile condiții. Discutați cu un expert cu privire la cerințele specifice ale aplicației înainte de a alege un compus elastomeric pentru etanșare.

Alți parametri din aplicație, care trebuie luați în considerare, sunt bătaia arborelui, dezalinierea arbore-alezaj, turația arborelui și presiunea din incinta etanșată. Rețineți că acești parametri pot varia foarte mult de la o aplicație la alta. Dacă exploatarea unei garnituri de etanșare, atunci când unul din acești parametri este la limită, poate avea un efect negativ redus asupra performanței acesteia, exploatarea aceleiași garnituri în situația în care mai mulți parametri într-un sistem sunt la limită ar putea avea un impact mult mai mare asupra performanței.

Limitele de temperatură și compatibilitatea generală cu lichide/lubrifianți pentru majoritatea compușilor elastomerici de etanșare obișnuiți și premium sunt indicate în figurile A și B. Este important de menționat că, deoarece producătorii de garnituri de etanșare au fiecare propriile formule chimice de elastomeri, informațiile din tabelele de mai jos variază de la un producător la altul.

Pregătirea sistemului de etanșare

Odată ce se selectează compusul elastomeric de etanșare adecvat, este esențial să se determine dacă specificațiile de proiectare ale pieselor componente ale utilajului sunt definite corespunzător pentru a asigura o bună performanță a etanșării. Mai exact, garnitura de etanșare este doar o parte a unui sistem de etanșare, iar performanța acesteia depinde de specificațiile suprafețelor arborelui pe care lucrează etanșarea, respectiv, a locașului etanșării din alezajul carcasei, pentru a funcționa corect.

Potrivit Asociației producătorilor de cauciuc din SUA (RMA), ar trebui luate în considerare mai multe cerințe tehnice privind arborele, în etapa inițială de proiectare a utilajului, sau atunci când se efectuează îmbunătățiri. Aceste considerații tehnice includ rugozitatea arborelui, unghiul direcției predominante a prelucrării prin așchiere, duritatea materialului arborelui, toleranțele diametrului de etanșare, forma și dimensiunile șanfrenului de acces, materialul de execuție al arborelui, dezalinierea arbore-alezaj și bătaia radială în regim dinamic. Dintre acestea, cele mai importante sunt rugozitatea arborelui, unghiul direcției predominante a prelucrării prin așchiere și duritatea materialului arborelui.

Rugozitatea arborelui este un factor major în funcționarea corectă a unei garnituri de etanșare și ar trebui specificate valori pentru Ra = 10-25 μinci (0,20-0,60 μm), cu un unghi al direcției de rectificare = 0⁰. În ceea ce privește materialele din care sunt executați arborii, garniturile de etanșare vor funcționa satisfăcător pe arbori din oțel moale, fontă cenușie turnată în piese sau fontă maleabilă turnată în piese. În condiții normale de funcționare, suprafața arborelui care intră în contact cu buza de etanșare trebuie să aibă o duritate de minim 30 HRC. În aplicațiile în care arborele poate fi zgâriat sau deteriorat în timpul manipulării sau asamblării, sau pentru arborii care funcționează în medii abrazive severe, este recomandată o duritate de minim 45 HRC.

Pentru o analiză mai profundă a șanfrenului de acces de pe arbore, a dezalinierii și a altor parametri, contactați un inginer specialist în etanșări pentru a discuta detaliile aplicației.

În situațiile în care arborele nu îndeplinește cerințele pentru o funcționare optimă a garniturii de etanșare, bucși de uzură cu pereți subțiri sunt disponibile pentru a asigura o suprafață cu caracteristici necesare pentru o performanță bună a garniturii de etanșare. Nu numai că bucșa de uzură cu pereți subțiri asigură suprafața cu caracteristici necesare, dar oferă, de asemenea, o reducere a costurilor, față de alternativa de reprelucrare a arborelui, pentru a asigura o suprafață de contact adecvată pentru buza garniturii de etanșare.

Respectarea specificațiilor corecte pentru locașul etanșării din alezajul carcasei este, de asemenea, importantă pentru integritatea sistemului de etanșare. Pentru a asigura un ajustaj adecvat între garnitura de etanșare selectată și locaș, recomandările producătorului de garnituri privind toleranțele locașului și ajustajul de montaj trebuie atent respectate.

O altă caracteristică care trebuie luată în considerare este forma constructivă a locașului. Muchia dintre fața locașului de etanșare și alezajul acestuia trebuie să fie șanfrenată pentru a ușura montarea garniturii de etanșare. Este important să fie descoperite (și teșite) muchiile ascuțite sau bavurile care pot zgâria diametrul exterior al etanșării și pot produce eventuale căi de scurgere.

Soluții constructive de bază pentru garniturile de etanșare

Cea mai răspândită construcție de garnitură de etanșare utilizată în prezent este prezentată în figura C, și este o manșetă de rotație cu buză dublă de etanșare, cu diametrul exterior din cauciuc. Un arc elicoidal este montat peste buza principală a manșetei de etanșare, cea care are rolul de a reține lubrifiantul în interior. Există o buză secundară pentru împiedicarea pătrunderii prafului, orientată în direcția opusă, pentru a elimina contaminanții din exterior.


 Garnitura manșetă de rotație cu buză dublă de etanșare și diametru exterior din cauciuc - Terminologie

Cele patru tipuri de garnituri manșetă de etanșare cel mai des întâlnite sunt prezentate în figura D. Principala diferență este reprezentată de diametrul exterior al garniturii manșetă de etanșare. Garniturile de etanșare cu diametru exterior din metal asigură în general o mai bună strângere în locașul garniturii din alezajul carcasei decât garniturile manșetă de etanșare cu diametru exterior din cauciuc. Cu toate acestea, corpul  din oțel carbon al garniturilor manșetă de etanșare cu diametru exterior metalic poate rugini în funcție de mediul de etanșat, în timp ce stratul de cauciuc al garniturilor manșetă de etanșare cu diametrul exterior din cauciuc asigură o protecție suplimentară a inserției metalice de ranforsare. Pentru multe aplicații standard, garniturile manșetă de etanșare pot fi interschimbate. Garniturile manșetă de etanșare cu buză dublă prezintă o „buză pentru împiedicarea pătrunderii prafului” opțională și, în mod clar, ar trebui să fie utilizate în medii de lucru contaminate. Toate aceste tipuri de garnituri manșetă de etanșare sunt disponibile atât în dimensiuni în sistem metric, cât și în țoli.


Montajul corespunzător pentru atingerea performanțelor maxime

Chiar dacă sunt selectate și verificate compusul elastomeric de etanșare adecvat, tipul de garnitură de etanșare și piesele conjugate, fiabilitatea ansamblului de etanșare se bazează în principal pe un montaj reușit. Etapele pentru o montaj corespunzător includ:

1. Inspectați locașul etanșării din alezajul carcasei pentru a vă asigura că este curat și lipsit de bavuri care ar putea deforma garnitura de etanșare sau zgâria diametrul exterior al acesteia, provocând eventuale scurgeri. Măsurați circularitatea și asigurați-vă că muchia de montaj este prevăzută, fie cu rază de racordare, fie cu șanfren.
2. Inspectați arborele pentru a detecta eventuale bavuri, murdărie sau vopsea care ar putea deteriora buza de etanșare, creând o cale de scurgere. Dacă garnitura de etanșare anterioară care a fost înlocuită a format un șanț circumferențial în arbore, zona respectivă trebuie fie reprelucrată, fie acoperită cu o bucșă de uzură cu pereți subțiri.
3. Inspectați capătul arborelui și îndepărtați toate bavurile sau marginile ascuțite. Capătul arborelui trebuie să fie, de asemenea, prevăzut cu șanfren sau cu rază de racordare pentru a garanta că buza garniturii manșetă de etanșare nu este deteriorată în timpul montării. Dacă nu este posibil, luați în considerare ca, în momentul montării, buza garniturii manșetă de etanșare să fie protejată cu o bucșă conică.
4. Inspectați canelurile și canalele de pană pentrua a vedea dacă prezintă muchii ascuțite; dacă există, acestea trebuie acoperite cu o bucșă, o tablă subțire de adaos sau bandă adezivă, pentru a proteja buza garniturii manșetă de etanșare.
5. Inspectați garnitura manșetă de etanșare pentru eventualele deteriorări care s-au produs în timpul transportului și manipulării, cum ar fi crăpături, tăieturi, zgârieturi sau deformări.
6. Asigurați montarea garniturii de etanșare în direcția corectă. Buza principală de etanșare este îndreptată de obicei spre cavitatea ce conține lubrifiantul care trebuie etanșat. Dacă există spațiu pentru o a doua garnitură manșetă de etanșare în locașul din alezajul carcasei, buza de etanșare principală a acesteia poate fi îndreptată spre exterior pentru a asigura o protecție suplimentară în medii sever contaminate.
7. Înainte de montare, lubrifiați buza (buzele) garniturii manșetă de etanșare cu lubrifiantul care trebuie etanșat. Nu este necesar să lubrifiați diametrul exterior al garniturilor manșete de etanșare metalice, însă pe diametrul exterior al garniturilor de etanșare acoperite cu cauciuc ar trebui aplicat un strat subțire de ulei pentru a ajuta la procesul de montare și pentru a reduce solicitarea în timpul montării. Acest pre-lubrifiant ar trebui să reducă sau să elimine posibilitatea ca o garnitură manșetă de etanșare cu diametru exterior din cauciuc să iasă din locaș imediat după montare.
8. Selectați o sculă de montaj adecvată aplicației. Cea mai potrivită sculă va avea un diametru ușor mai mic decât cel al locașului garniturii din alezajul carcasei și va aplica forța de instalare numai pe corpul garniturii manșetă de etanșare. Inelele exterioare de rulmenți pot fi utilizate ca scule de montare a garniturilor manșetă atunci când „scule aprobate” nu sunt disponibile.
9. Nu loviți niciodată cu ciocanul direct pe garnitura de etanșare. Șurubelnițele, dornurile sau punctatoarele nu trebuie utilizate ca scule de montare. Ciocanele din oțel nu sunt, de asemenea, recomandate pentru utilizarea împreună cu sculele de montare aprobate; șocul cauzat de lovitura unui ciocan de oțel poate duce la desprinderea arcului elicoidal de tensionare a buzei garniturii manșetă. După ce garnitura manșetă de etanșare a început să intre în locaș, trebuie să fie direcționată sau împinsă în mod uniform, cu o forță suficientă pentru așezarea acesteia.

Opțiuni suplimentare pentru medii sever contaminate

Pentru cele mai dificile condiții, garniturile manșetă de etanșare sunt disponibile într-o varietate de tipuri, inclusiv construcții cu mai multe buze. O garnitură manșetă standard cu buză dublă, realizată din cauciuc acrilonitril sau cauciuc fluorurat, poate fi utilizată ca element de etanșare principal. Cu toate acestea, în medii extrem de sever contaminate, trebuie adăugată o garnitură manșetă de etanșare cu profil V, în afara garniturii manșetă de etanșare de pe arbore, pentru a acționa ca un element de eliminare a contaminanților sau ca o garnitură de etanșare de rezervă pentru protecție suplimentară, așa cum se arată în figura E.

Garnitură manșetă de etanșare cu profil V



Un alt avantaj al garniturilor manșetă de etanșare cu profil V este elasticitatea acestora, care asigură o montare ușoară pe arbori aflați într-o gamă mai largă de dimensiuni. Garniturile manșetă de etanșare cu profil V pot fi, de asemenea, utilizate pe arbori excentrici sau care prezintă dezalinieri.

Pentru mai multe informații sau sfaturi de specialitate privind garniturile de etanșare, compușii de execuție, pregătirea sau montarea, contactați The Timken Company la numărul (330) 483-3000 sau vizitați www.timken.com/industrialseals.