Prekursorem który sprecyzował uszczelnienie sznurowe dla pomp wirowych był John G. Dorward JR. który wdrożył swój patent w życie w dn. 16 grudnia 1943r. nr. 370.308. Szczegółowo opisał zastosowanie, przeznaczenie oraz możliwe problemy związane z eksploatacją uszczelnienia w pompie. Podkreślił również iż niewielka ilość cieczy, tzw. “filmu” jest zjawiskiem naturalnym oraz niezbędnym w mechanizmie działania uszczelnienia.

O ile w przypadku uszczelnienia sznurowego równolegle pracowało kilku wynalazców, to w przypadku uszczelnienia mechanicznego był to istny wyścig technologiczny. Pierwsze wzmianki o wykorzystaniu praktycznym wynalazku odnoszą się do początku 1900r. Pierwszy komercyjny projekt w 1925r opublikował George J. Cooke z patentem nr. #1545080., dał on początek oraz szkielet projektu na którym bazujemy do dziś. Kolejnym istotnym punktem rozwoju uszczelnienia było opracowanie J. M. Ryan z firmy Crane Packing Company, uszczelnienie skonstruowano w oparciu o stal i brąz. Pierwsze trzy uszczelnienia mechaniczne z jego firmy zostały dostarczone do serwisu rur, rafinerii oraz do pompy kotłowej. Brak zastosowania o-ringu (Patent z 1937r. nr.US2180795A) często skutkował uszkodzeniami wału oraz skróconą żywotnością uszczelnienia.

Pod koniec lat 30’s XIXw. w przemyśle motoryzacyjnym uszczelnienia mechaniczne rozpoczęły swoją inwazję stopniowo zastępując uszczelnienia sznurowe stosowane w pompach wody ówczesnych pojazdów. W głównej mierze przyczynił się do tego wydłużający żywotność uszczelnienia elastomerowy o-ring - patent z 1937r. Początkowo stosowane je wyłącznie w droższych autach oraz na potrzeby jednostek wojskowych. Na potrzeby II Wojny Światowej w uszczelnienie mechaniczne został zaopatrzony obecnie kultowy Jeep Willy’s – dając mu pełną niezawodność z któej zasłynął.

W latach 50. XX w. po II Wojnie Światowej nastąpił dynamiczny rozwój technologii chemicznych m.in powstanie Teflonu oraz gum syntetycznych. Jest to również okres pierwszych zastosowań grafitu jako materiału samosmarującego w części czołowej uszczelnienia. Równolegle jedno z przedsiębiorstw (Ingersoll-Rand) stworzyło, testowało oraz opatentowało uszczelnienie mechaniczne hydraulicznie odciążone. Miało ono za zadanie równoważyć siły nacisku ciśnienia hydraulicznego w maszynach wysokiego ciśnienia.

W 1957r. Firma DuPont jako pierwsza doprowadziła do komercjalizacji tworzywa o nazwie handlowej Viton A® o chemicznym symbolu FKM (kauczuk fluorowy) :

• wysoka odporność termiczna – możliwość pracy w temperaturze do + 250 st. C
• odporność na oleje, smary, paliwa i pozostałe substancje ropopochodne
• odporność na kwasy
• odporność na zasady
• wysoka wytrzymałość ściskanie (niskie odkształcanie)
• całkowita niepalność

W oparciu o powyżej opisane usprawnienia techniczne uszczelnienia, m.in. stal nierdzewną, grafit, oring Viton A® oraz odciążenie hydrauliczne, granice przemysłu przesunięto o aplikacje do 82,7 bar oraz do 426,7ºC.

Rok 1971 oraz 1972 będą ostatnimi istotnymi datami z perspektywy znacznego przełomu którego obraz mamy do dziś. Pierwsza data określa odkrycie przez firmę DuPont perfluoroelastomeru o nazwie handlowej Kalrez®:

• Wysoka odporność chemiczna oraz termiczna dochodzącą do 350°C (okresowo),
• Odporność na agresywne środki chemiczne,
• Posiada uniwersalną odporność chemiczną,
• Odznacza się niskim współczynnikiem permeacji oraz niewielką podatnością na pęcznienie
• (kluczowa przyczyna awarii uszczelnienia),
• Jest połączeniem elastyczności gumy z obojętnością chemiczną PTFE.

Podstawowy podział uszczelnienia mechanicznego możemy rozdzielić ze względu na budowę:

• sprężynkowe (pierścień obrotowy + pierścień stały)
• mieszkowe ( jeden element)

Praktyka uszczelnień

Uszczelnienia sznurowe oraz mechaniczne w oparciu o system działania w którym niewielka ilość cieczy działa jak film smarujący ,są dobierane do aplikacji w których przedostanie się cieczy nie zagraża środowisku naturalnem lub zdrowiu i życiu ludzi pracujących w otoczeniu pompy. W przypadku zużycia pierścieni uszczelnienia mechanicznego dochodzi do wycieku znacznej ilości pompowanego medium, zatem zużycie uszczelnienia jest jego naturalną cechą wymagającą okresowych przeglądów pompy oraz wymiany części eksploatacyjnych. System działania wyklucza pompowanie cieczy i gazów chemicznych, agresywnych oraz tych które mogą doprowadzić do skażenia środowiska lub narażenia życia lub zdrowia osób pracujących w zakładzie.

Uszczelnienie sznurowe:

+ prosta instalacja i eksploatacja,

+ “wyrozumiałe” na błędy instalatorskie oraz różnice współosiowości,

+ cena,

+ niewielka wrażliwość na osad zawarty w medium,

- wytrzymałość,

- stosunkowo szybkie zużycie,

- proste aplikacje.

Uszczelnienie mechaniczne:

+ wytrzymałość (znacznie trwalsze niż uszczelnienie sznurowe),

+ idealne dla zastosowań długofalowych,

+ w porównaniu do uszczelnienia sznurowego – zminimalizowane zużycie łożysk i tulei ślizgowych,

- cena ,

- wymaga dbałości i precyzji w kwestii montażu oraz okresowej konserwacji,

- przeznaczone dla transportu substancji których niewielki wyciek nie ma wpływu na otoczenie,

- niewielkie drobinki pyłu, kurzu, piasku, osadu mogą trwale zniszczyć idealnie dopasowane powierzchnie pierścieni uszczelnienia.

W przemyśle występują również pompy:

- z uszczelnieniem gazowm

- dzielonym

- hermetycznym: sprzęgło magnetyczne lub ciecz magnetyczna

- specjalnym i inne.

Podsumowując, kwestia oceny zarówno wad jak i zalet powyższych zastosowań nie jest obiektywna z uwagi na różnorodność aplikacji. Dla jednych użytkowników, komfortowym wyjściem będzie regularny serwis urządzenia z wykorzystaniem uszczelnienia sznurowego, dla innych święty spokój w związku z przestojami związanymi z przerwą techniczną na serwis maszyn i zastosowanie uszczelnienia mechanicznego. Kwestia potrzeb, wad oraz zalet zastosowań pozostawiam w dalszej mierze do oceny czytelnikom.

Bibliografia:

http://www.freepatentsonline.com/2334396.pdf

https://patents.google.com/patent/US1988216

https://en.wikipedia.org/wiki/End-face_mechanical_seal

https://www.dxpe.com/gland-seal-vs-mechanical-seal-whats-the-difference/

http://www.sealfaqs.com/?page_id=23

https://www.google.com/search?q=first+mechanical+seal&ie=utf-8&oe=utf-8&client=firefox-b-ab

https://blog.craneengineering.net/mechanical-seal-selection

https://ekopomp.pl/blog/uszczelnienie-pompy-jako-najslabszy-element-w-konstrukcji-pompy

https://grim.pl/produkty/uszczelnienia-sznurowe/szczeliwo-kombilon/

http://www.grim.pl/uszczelnienia/sznurowe/szczeliwa.html

http://strefapomp.pl/baza-wiedzy/uszczelnienia-pomp-wirowych/0/1/33

https://ekopomp.pl/blog/pompy-magnetyczne-vs-pompy-z-uszczelnieniem-mechanicznym-plusy-minusy