Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 5. UTĚSŇOVÁNÍ SOUČÁSTÍ A SPOJŮ Utěsňování strojních součástí se provádí pro zamezení úniku pracovní látky, např. plyn, kapalina, z pracovního prostředí do volného prostoru a pro zamezení pronikání prachu a nečistot do pracovního prostředí, např. do ložisek a válců. 5.1. Utěsňování rozebíratelných spojů Utěsňování rozebíratelných spojů se provádí: přímým stykem pomocí těsnění 5.1.1. Utěsňování přímým stykem Podstata spočívá v přímém styku obou těsnících ploch (kov na kov). Dosedací plochy spojovaných součástí se přitlačí k sobě tlakem, který musí být značně větší, než je tlak utěsňované látky. Pro vyvození potřebné síly se nejčastěji používají závitové spoje. Těsnící plochy musí být velmi jemně a přesně opracovány např. broušením, lapováním, případně zaškrabány. Tímto způsobem jsou těsněny např. uzavírací přístroje, vstřikovací trysky. Spojované ocelové trubky o vysokém tlaku jsou zakončeny kulovým prstencem a s další součástí spojeny převlečnou maticí. 1
5.1.2. Utěsňování spojů těsněním Těsnění je strojní součást, která se vkládá mezi spojované součásti. Musí být tvárné a zároveň dostatečně pevné. a) Stlačovaná těsnění Mohou být plochá v provedení měkkém nebo tvrdém, příp. kombinovaném, nebo tvarová v provedení měkkém nebo tvrdém. Tvrdá tvarová těsnění jsou nejčastěji provedena jako kroužky vhodného průřezu, které se vkládají mezi příruby s upravenými utěsňovanými plochami. Používají se např. pro těsnění plynů, kapalin. Pro vyšší teploty se používají těsnící kroužky z měkké oceli, mědi nebo hliníku. Pružná tvarová těsnění mají různé průřezy (kruhový, čtvercový, tvaru L, X ). Těsnícího účinku se dosahuje pružnou deformací kroužku. b) Plochá (desková) těsnění Mají tvar těsnících ploch, jsou vyrobeny z technického papíru impregnovaného olejem nebo fermeží. Pro vysoké teploty jsou vyrobeny z měkkých materiálů na bázi syntetických vláken. Vyznačují se značnou mechanicko tepelnou pevností, chemickou odolností, velikou stlačitelností, dobře se přizpůsobují těsněnému povrchu. Dalšími materiály jsou: celulózová vlákna spojená elastomery NBR (odolná palivům a olejům) 2
styrenbutadienový elastomer SBR (odolný palivům a olejům, dobře stlačitelný) polytetrafluorytylen plněný grafitem PTFE (odolný teplotám do 200 C) grafitové materiály s jádrem tvořeným perforovaným pozinkovaným plechem nebo korozivzdornou ocelí (velká tepelná a chemická odolnost, použití rovněž pro vysoké tlaky) korek, filc, polyuretan (pro běžné použití) kovová těsnění, jádro z kovového pletiva obalené aramidovými vlákny s pojivy a plnidly. (odolnost proti tlakům, teplotám a chemikáliím) c) Nanášená těsnění Jsou vytvořena těsnícím tmelem, kterým se vyplňuje těsnící spára, nebo se jím natírá přímo dotykové kovové plochy spojů. Těsnosti spoje se dosáhne účinkem adhezních a těsnících sil. Těsnícím tmelem může být plast ve tvaru šňůry, pásky, nebo přímo nanesený na těsnící plochy. Např. tmel Hermetic ( pro teploty až 500 C) nebo silikonové nátěry (pro teploty do -50 C a až 650 C), jsou pružné nehořlavé a nepropouští vodu. 5.2. Utěsňování nerozebíratelných spojů Nerozebíratelné spoje svarové, pájené, lepené jsou utěsněné vlastní technologií provedení. U nýtových spojů se utěsnění dosáhne pěchováním okrajů plechu a hlav nýtů. 5.3. Utěsňování pohybujících se strojních součástí Pro těsnění strojních částí konající přímočarý posuvný pohyb se používají různé druhy ucpávek nebo těsnící kroužky. Pro těsnění strojních částí, které konají rotační pohyb se používá hřídelové těsnění nebo těsnění labyrintová. 5.3.1. Těsnění strojních částí konající přímočarý posuvný pohyb a) Ucpávky s provazcovým těsněním Výplňová ucpávka je zhotovena z kroužků těsnící šňůry (provazce), které jsou stlačovány víkem v hrdle ucpávky. Materiálem používaným na provazce jsou 3
bavlněná či konopná vlákna obvykle impregnovaná tukem, grafitem nebo kyselinovzdornou látkou. V poslední době se používají kombinace PTFE. b) Manžetová ucpávka Utěsnění může být provedeno jednou nebo více manžetami. Manžety jsou vyrobené z usně nebo pryže. Chlopně manžety jsou k utěsňované součásti přitlačovány tlakem těsněné látky c) Pryžová tvářená těsnění Jsou používána v rozmezí teplot -30 C až 120 C pro těsnění benzínu, petroleje, nafty, rostlinných a živočišných tuků a čpavku. Vrstvenými tvářenými těsněními z pryže vyztužené bavlněnými tkanivy se těsní voda, pára aj. 4
d) Ucpávky s kovovým těsněním Dělené kovové kroužky, které do sebe dosedají kuželovými plochami, jsou k sobě přitlačovány pružinami. Za provozu se přítlačná síla zvýší o utěsňovaný tlak. 5
Ucpávky s kovovým těsněním se používají u strojů, které pracují při vysokých teplotách, nebo jsou jimi velmi namáhány. e) Utěsňování pístu ve válci Těsnící (pístní) kroužky utěsňují spalovací prostor válce a tím zamezují úniku spalovaných plynů a poklesu tlaku ve spalovacím prostoru. Pístní kroužky jsou zapuštěny do drážek v pístu a svou pružností přiléhají ke stěnám válce. Funkci stírání oleje obstarávají stírací kroužky. Pístní kroužky mají tvar prstence, v jednom místě jsou rozříznuté, čímž se vytvoří zámek. 5.3.2. Utěsňování otáčejících se součástí Unikání maziva z ložiska po povrchu otáčejícího se hřídele nebo unikání těsněné tekutiny lze zabránit bezdotykovými ucpávkami s uzavíracím účinkem (závitovou ucpávkou, kapalinovým uzávěrem), plstěnými kroužky a těsnícími kroužky Gufero. Unikání plynu u kompresorů a páry u turbín se zamezí labyrintovými ucpávkami. 6
a) Závitová ucpávka Má závit, který je proveden na hřídeli, při jeho otáčení je závitem vyvozen protitlak, který brání úniku těsněné tekutiny. b) Odstředivá ucpávka Může být vysoustružena přímo na hřídeli, nebo je zhotovena jako samostatný kroužek navlečený na hřídeli. Těsnící protitlak vzniká působením odstředivých sil rotujícího prstence kapaliny, která je unášena kotoučem. c) Plstěné kroužky Vkládají se do drážek ve víku ložiskového tělesa, jsou pevné a jednoduché. Používají se pro těsnění při mazání plastickými mazivy do teploty 80 C v bezprašném prostředí. Nejsou vhodné pro vyšší obvodové rychlosti než 7 m.s -1. d) Těsnící kroužky Gufero Používají se pro obvodové rychlosti menší než 12 m.s -1 a teploty v místě styku menší než 100 C. Na hřídel jsou přitlačovány vlastní pružností a tlakem šroubovité ocelové nebo bronzové pružiny. Ocelová pružina může být bez povrchové úpravy, nebo je chráněna proti korozi pozinkováním, kadmiováním nebo fosfátováním. Manžeta kroužku může být vložena do nerozebíratelného ocelového pouzdra. 7
8
e) Labyrintové ucpávky Jsou výrobně nákladnější, mají však vyšší těsnící účinek, minimální ztráty třením, neopotřebovávají se a nemusí se mazat. Skládají se z velkého počtu komůrek oddělených od sebe úzkou štěrbinou. Komůrky vzniknou mezi hřebenem vysoustruženým na hřídeli stroje a bronzovými kroužky, které jsou zatemovány do děleného ucpávkového tělesa. Mezi břity kroužků a hřebenem jsou v radiálním směru mezery 0,5 1 mm. Těsnící účinek spočívá v tom, že v každé štěrbině poklesne tlak unikajícího média z těsněného tělesa, tím se zvýší rychlost média, a ta se v následující komůrce vířením zase sníží. Protože ucpávka obsahuje větší množství komůrek, opakuje se děj několikrát za sebou tak, že se tlak může snížit až na tlak atmosférický. S větším množstvím komůrek taká postupně klesá únik tekutiny. f) Utěsnění proti prachu Vysouvající se součásti se zakrývají proti pronikání prachu usňovým nebo pryžovým měchem, těsnícím kroužkem z polyamidu nebo labyrintem. 9