Jednym z ważnych problemów technicznych, stojących przed konstruktorami przed z górą stu laty, było opracowanie uszczelnień, które miały poprawić działanie stosowanych do tej pory szczeliw miękkich i tzw. uszczelnień dławnicowych. Taką konstrukcją w budowie maszyn stały się uszczelnienia czołowe, które zastosowano po raz pierwszy na przełomie XIX i XX stulecia. Jednak z powodu braku odpowiednich materiałów na pierścienie uszczelniające oraz dokładności ich wykonania, dopiero w latach dwudziestych ubiegłego wieku, uszczelnienia czołowe zostały zastosowane na szerszą skalę.
Uszczelnienia mechaniczne, w szczególności bezstykowe, podlegały na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat intensywnemu rozwojowi. Postępująca ewaluacja konstrukcji oraz zastosowanie nowych materiałów, i rozwijanie technologii ich wytwarzania, miały wpływ nie tylko na wzrost trwałości pierścieni uszczelniających, co znacznie wydłużało czas eksploatacji, lecz także na obniżenie kosztów produkcji. Postęp w technice uszczelnień bezstykowych doprowadził do sytuacji, w której uszczelnienia labiryntowe, czy segmentowe, zostały w naturalny sposób zastąpione niezwykle złożonymi i wyrafinowanymi konstrukcjami, spełniającymi wygórowane wymagania eksploatacyjne. Teoretycznie, zadaniem idealnego uszczelnienia bezstykowego jest niezawodna praca, w długim okresie czasu, bez zużycia współpracujących powierzchni i przy minimalnym wycieku. Rzeczywistość jednak dalece odbiega od ideału. Zużycie elementów (pierścieni uszczelniających) powoduje, że uszczelnienia stanowią newralgiczne punkty wszystkich urządzeń, w których znalazły zastosowanie.
Postawienie przed inżynierami zadania mającego na celu opracowanie konstrukcji zbliżonej do ideału, przyczyniło się do powstania wielu interesujących rozwiązań konstrukcyjnych w zakresie uszczelnień bezstykowych. Schemat ideowy typowego uszczelnienia z modyfikacjami na jednej z powierzchni pierścienia uszczelniającego (roboczego) przedstawia rysunek 1.
W czasie pracy maszyny wirnikowej pierścień uszczelniający (6), sztywno zamocowany na wale (7), obraca się z prędkością kątową ω. W następstwie powoduje to wzrost ciśnienia hydrodynamicznego medium roboczego w szczelinie (5), co w efekcie prowadzi do wzrostu siły otwierającej. Równowaga sił – zewnętrznej (dociskającej) pochodzącej od sprężyny (3) oraz siły generowanej w szczelinie – uniemożliwia styk powierzchni roboczych pierścieni oraz zapewnia utrzymanie wysokości szczeliny na poziomie od kilku do kilkunastu mikrometrów. Siła dociskająca nie zależy od wysokości szczeliny, w przeciwieństwie do siły otwierającej, której wartość zmienia się wraz ze zmianą odległości między pierścieniami roboczymi (4 i 6), odpowiednio: statorem i rotorem.
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (45) Czerwiec 2011
