Οι δακτύλιοι Ο είναι ο πιο κοινός μηχανικός σχεδιασμός για σφράγιση λόγω της φθηνής τιμής, της απλής κατασκευής, της αξιόπιστης λειτουργίας και των απλών απαιτήσεων εγκατάστασης. Αν και οι δακτύλιοι Ο είναι φθηνοί, σε ορισμένα συγκεκριμένα περιβάλλοντα, η συχνή αντικατάσταση θα αυξήσει το κόστος συντήρησης του μηχανήματος και θα επηρεάσει την κανονική λειτουργία του εξοπλισμού. Επομένως, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα χαρακτηριστικά των O-rings.
Σε -50 έως -60 βαθμούς , τα ελαστικά υλικά που δεν είναι ανθεκτικά σε χαμηλές θερμοκρασίες θα χάσουν εντελώς την αρχική τους πίεση. Ακόμη και για ελαστικά υλικά ανθεκτικά σε χαμηλή θερμοκρασία, η αρχική τάση αυτή τη στιγμή δεν θα είναι μεγαλύτερη από το 25 τοις εκατό της αρχικής τάσης στους 20 βαθμούς. Αυτό συμβαίνει επειδή η αρχική συμπίεση του δακτυλίου Ο εξαρτάται από τον συντελεστή γραμμικής διαστολής.
Η ακατάλληλη σχεδίαση και χρήση του O-ring θα επιταχύνει τη ζημιά του και θα χάσει την απόδοση στεγανοποίησης.
Πειράματα έδειξαν ότι εάν ο σχεδιασμός κάθε τμήματος της συσκευής δακτυλίου στεγανοποίησης είναι λογικός, η απλή αύξηση της πίεσης δεν θα προκαλέσει βλάβη στον δακτύλιο Ο. Υπό συνθήκες εργασίας υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας, η κύρια αιτία της βλάβης του δακτυλίου Ο είναι η μόνιμη παραμόρφωση του υλικού του δακτυλίου Ο, το δάγκωμα του κενού που προκαλείται από τη συμπίεση του δακτυλίου Ο στο κενό στεγανοποίησης και η παραμόρφωση του ο δακτύλιος Ο κατά την κίνηση.
Μόνιμη παραμόρφωση Δεδομένου ότι το υλικό από συνθετικό καουτσούκ που χρησιμοποιείται για τον δακτύλιο στεγανοποίησης O-ring είναι ένα ιξωδοελαστικό υλικό, η αρχικά καθορισμένη ποσότητα συμπίεσης και η ικανότητα μπλοκαρίσματος επαναφοράς θα παραμορφωθούν μόνιμα και θα χαθούν σταδιακά μετά από μακροχρόνια χρήση, με αποτέλεσμα τελικά τη διαρροή.
Η μόνιμη παραμόρφωση και η απώλεια ελαστικής δύναμης είναι οι κύριοι λόγοι για τους οποίους οι δακτύλιοι Ο χάνουν την απόδοση στεγανοποίησης. Οι παρακάτω είναι οι κύριοι λόγοι για μόνιμη παραμόρφωση.
Η σχέση μεταξύ του λόγου συμπίεσης και της ποσότητας τάνυσης και της μόνιμης παραμόρφωσης
Οι διάφορες συνθέσεις από καουτσούκ που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δακτυλίων Ο θα παράγουν χαλάρωση της θλιπτικής τάσης σε συμπιεσμένη κατάσταση. Αυτή τη στιγμή, η θλιπτική τάση θα μειώνεται με την αύξηση του χρόνου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος σέρβις, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός συμπίεσης και το τέντωμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση τάσης που προκαλείται από τη χαλάρωση της τάσης από καουτσούκ, έτσι ώστε ο δακτύλιος Ο να είναι ανεπαρκώς ελαστικός και να χάνει την ικανότητα σφράγισής του. Επομένως, συνιστάται να προσπαθήσετε να μειώσετε την αναλογία συμπίεσης υπό τις επιτρεπόμενες συνθήκες χρήσης.
Η αύξηση του μεγέθους της διατομής του δακτυλίου Ο είναι ο ευκολότερος τρόπος μείωσης του λόγου συμπίεσης, αλλά αυτό θα αυξήσει το δομικό μέγεθος. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όταν οι άνθρωποι υπολογίζουν τον λόγο συμπίεσης, συχνά αγνοούν τη μείωση του ύψους του τμήματος που προκαλείται από το τέντωμα του δακτυλίου Ο κατά τη συναρμολόγηση. Η αλλαγή στο εμβαδόν της διατομής ενός δακτυλίου Ο είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη μεταβολή της περιφέρειάς του. Ταυτόχρονα, λόγω της επίδρασης της τάσης, θα αλλάξει και το σχήμα της διατομής του O-ring, το οποίο εκδηλώνεται ως μείωση του ύψους του. Επιπλέον, λόγω επιφανειακής τάσης, η εξωτερική επιφάνεια του O-ring γίνεται πιο επίπεδη, δηλαδή το ύψος του τμήματος μειώνεται ελαφρά. Αυτό είναι επίσης μια εκδήλωση χαλάρωσης του στρες συμπίεσης του δακτυλίου Ο.
Ο βαθμός παραμόρφωσης του τμήματος του δακτυλίου Ο εξαρτάται επίσης από τη σκληρότητα του υλικού του δακτυλίου Ο. Στην περίπτωση της ίδιας έκτασης, ο δακτύλιος O με υψηλή σκληρότητα θα έχει επίσης μεγαλύτερη μείωση στο ύψος της διατομής. Από αυτή την άποψη, υλικά με χαμηλή σκληρότητα θα πρέπει να επιλέγονται όσο το δυνατόν περισσότερο σύμφωνα με τις συνθήκες χρήσης. Υπό τη δράση της πίεσης και της τάσης του υγρού, ο ελαστικός δακτύλιος Ο θα υποστεί σταδιακά πλαστική παραμόρφωση και το ύψος της διατομής του θα μειωθεί ανάλογα, έτσι ώστε τελικά να χάσει την ικανότητα σφράγισής του.
Η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και της διαδικασίας χαλάρωσης του δακτυλίου Ο
Η θερμοκρασία λειτουργίας είναι ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη μόνιμη παραμόρφωση του O-ring. Οι υψηλές θερμοκρασίες θα επιταχύνουν τη γήρανση των υλικών από καουτσούκ.
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία λειτουργίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ομάδα συμπίεσης του O-ring. Όταν η μόνιμη παραμόρφωση είναι μεγαλύτερη από 40 τοις εκατό, ο δακτύλιος O χάνει την ικανότητα σφράγισής του και παρουσιάζει διαρροές. Η αρχική τιμή τάσης που σχηματίζεται στο ελαστικό υλικό του O-ring λόγω παραμόρφωσης συμπίεσης θα μειωθεί σταδιακά και θα εξαφανιστεί ακόμη και με τη διαδικασία χαλάρωσης και την πτώση της θερμοκρασίας του O-ring. Για τους δακτυλίους O που λειτουργούν σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός, η αρχική τους συμπίεση μπορεί να μειωθεί ή να εξαφανιστεί τελείως λόγω μιας απότομης πτώσης της θερμοκρασίας. Σε -50 έως -60 βαθμούς , τα ελαστικά υλικά που δεν είναι ανθεκτικά σε χαμηλές θερμοκρασίες θα χάσουν εντελώς την αρχική τους πίεση. Ακόμη και για ελαστικά υλικά ανθεκτικά σε χαμηλή θερμοκρασία, η αρχική τάση αυτή τη στιγμή δεν θα είναι μεγαλύτερη από το 25 τοις εκατό της αρχικής τάσης στους 20 βαθμούς. Αυτό συμβαίνει επειδή η αρχική συμπίεση του δακτυλίου Ο εξαρτάται από τον συντελεστή γραμμικής διαστολής. Επομένως, κατά την επιλογή της αρχικής συμπίεσης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι εξακολουθεί να υπάρχει επαρκής ικανότητα σφράγισης μετά την πτώση της τάσης λόγω της διαδικασίας χαλάρωσης και της πτώσης της θερμοκρασίας. Για δακτυλίους Ο που λειτουργούν σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στον δείκτη ανάκτησης και στον δείκτη παραμόρφωσης του ελαστικού υλικού.
Συνοψίζοντας, ο σχεδιασμός θα πρέπει να προσπαθήσει να διασφαλίσει ότι ο δακτύλιος O έχει την κατάλληλη θερμοκρασία εργασίας ή να επιλέξει υλικά δακτυλίου Ο ανθεκτικά σε υψηλή και χαμηλή θερμοκρασία για να παρατείνει τη διάρκεια ζωής.
Μέση πίεση εργασίας και μόνιμη παραμόρφωση Η πίεση του μέσου εργασίας είναι ο κύριος παράγοντας που προκαλεί τη μόνιμη παραμόρφωση του δακτυλίου Ο.
Η πίεση λειτουργίας του σύγχρονου υδραυλικού εξοπλισμού αυξάνεται μέρα με τη μέρα. Η μακροχρόνια υψηλή πίεση θα προκαλέσει μόνιμη παραμόρφωση του O-ring. Επομένως, κατάλληλα ελαστικά υλικά ανθεκτικά στην πίεση θα πρέπει να επιλέγονται ανάλογα με την πίεση εργασίας κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού. Όσο υψηλότερη είναι η πίεση εργασίας, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είναι η σκληρότητα και η αντίσταση σε υψηλή πίεση του υλικού που χρησιμοποιείται. Προκειμένου να βελτιωθεί η αντίσταση πίεσης του υλικού O-ring, να αυξηθεί η ελαστικότητα του υλικού (ειδικά να αυξηθεί η ελαστικότητα του υλικού σε χαμηλή θερμοκρασία) και να μειωθεί το σετ συμπίεσης του υλικού, είναι γενικά απαραίτητο να βελτιωθεί ο τύπος από το υλικό και προσθέτουμε ένα πλαστικοποιητή. Ωστόσο, εάν ο δακτύλιος Ο με πλαστικοποιητή βυθιστεί στο μέσο εργασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο πλαστικοποιητής θα απορροφηθεί σταδιακά από το μέσο εργασίας, προκαλώντας συρρίκνωση του όγκου του δακτυλίου Ο και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει αρνητική συμπίεση του Ο δακτύλιος Ο (δηλαδή εμφανίζεται ένα κενό μεταξύ του δακτυλίου Ο και της επιφάνειας του σφραγισμένου τμήματος).
Επομένως, κατά τον υπολογισμό της συμπίεσης του δακτυλίου Ο και τον σχεδιασμό του καλουπιού, αυτές οι συρρικνώσεις θα πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη. Ο πιεσμένος δακτύλιος O θα πρέπει να διατηρεί το απαραίτητο μέγεθος μετά την εμβάπτιση στο μέσο εργασίας για 5-10 ημέρες και νύχτες.
Το σετ συμπίεσης των υλικών O-ring εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Όταν ο ρυθμός παραμόρφωσης είναι 40 τοις εκατό ή μεγαλύτερος, θα προκύψει διαρροή, επομένως τα όρια αντοχής στη θερμότητα πολλών υλικών από καουτσούκ είναι: καουτσούκ νιτριλίου 70 βαθμοί C, καουτσούκ EPDM 100 βαθμοί C, καουτσούκ φθορίου 140 βαθμοί C. Ως εκ τούτου, οι χώρες έχουν θεσπίσει κανονισμούς για η μόνιμη παραμόρφωση των δακτυλίων Ο.
Για δακτυλίους Ο από το ίδιο υλικό, στην ίδια θερμοκρασία, ο δακτύλιος Ο με μεγαλύτερη διάμετρο διατομής έχει χαμηλότερο σετ συμπίεσης. Στο λάδι η κατάσταση είναι διαφορετική. Εφόσον ο δακτύλιος Ο δεν έρχεται σε επαφή με οξυγόνο αυτή τη στιγμή, οι προαναφερθείσες ανεπιθύμητες ενέργειες μειώνονται σημαντικά. Επιπλέον, συνήθως προκαλεί μια ορισμένη διαστολή της ένωσης του καουτσούκ, επομένως ο ρυθμός ρύθμισης συμπίεσης που προκαλείται από τη θερμοκρασία θα αντισταθμιστεί. Επομένως, η αντίσταση στη θερμότητα στο λάδι βελτιώνεται σημαντικά. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το καουτσούκ νιτριλίου, η θερμοκρασία λειτουργίας του μπορεί να φτάσει τους 120 βαθμούς ή υψηλότερη.