Σχεδιασμός στεγανοποίησης δακτυλίου Ο, Μέρος 2: Ακτινικές στεγανοποιήσεις για εξωτερική πίεση

Σχήμα 1. Ένας δακτύλιος Ο εμφανίζεται σε μια ακτινική αυλάκωση με το καπάκι ασφαλείας ασφαλισμένο. Σημειώστε τη χρήση ενός δακτυλίου υποστήριξης και λοξοτμήσεων εισαγωγής. (Εικόνα ευγενική προσφορά Parker Hannifin, προσαρμοσμένη από τον συγγραφέα για αυτό το άρθρο)

Οι μηχανικοί ωκεανών έχουν αρχικά την ευθύνη να διατηρούν το νερό στο εξωτερικό. Μια ρωγμή στο κύτος μπορεί να χαλάσει μια καλή μέρα στη θάλασσα.

Η συζήτησή μας σχετικά με τον σχεδιασμό στεγανοποίησης δακτυλίου ο ξεκίνησε με μια ματιά στις στεγανοποιήσεις προσώπου στο Marine Technology Reporter, Ιανουάριος/Φεβρουάριος 2026, σελ. 20-23 .

Υπάρχει σημαντικό υπόβαθρο και βασικά στοιχεία σε αυτό το άρθρο που σχετίζονται εξίσου με αυτό το άρθρο, αλλά δεν επαναλαμβάνονται πλήρως εδώ. Για να συνοψίσουμε αυτά τα βασικά:

• Δεν υπάρχει καλύτερη αναφορά σχεδιασμού για το σχεδιασμό στεγανοποίησης δακτυλίου o από το Εγχειρίδιο δακτυλίου o της Parker (ORD-5700). Ένα αρχείο pdf είναι διαθέσιμο για δωρεάν λήψη (Δείτε τις "Παραπομπές" παρακάτω). Είναι υποχρεωτικό ανάγνωσμα για τους ωκεανογράφους και περιέχει πολύ περισσότερες λεπτομέρειες από ό,τι είναι δυνατόν σε οποιοδήποτε άρθρο.
• Η στεγανοποίηση ο-δακτυλίου δημιουργεί ένα φράγμα στη ροή του ρευστού. Το συγκρότημα στεγανοποίησης ο-δακτυλίου αποτελείται από έναν ο-δακτύλιο που είναι παγιδευμένος σε μια αυλάκωση.
• Τα λιπαντικά συναρμολόγησης πρέπει πάντα να χρησιμοποιούνται με φειδώ. Χρησιμοποιούνται για τη μείωση της τριβής και επιτρέπουν στον δακτύλιο Ο να ανταποκρίνεται στην πίεση και να κινείται μέσα στην αυλάκωση.
• Η κύρια αιτία αστοχίας του δακτυλίου ο-ρινγκ είναι η εξώθηση μέσω ενός κενού.
• Μια ακτινική στεγανοποίηση απαιτεί ένα κενό για να βοηθήσει στη συναρμολόγηση, κάτι που δεν κάνει ο σχεδιασμός της στεγανοποίησης προσώπου.

Μια ακτινική στεγανοποίηση επιλέγεται όταν: 1) υπάρχει περιορισμένη περιοχή φλάντζας για μια στεγανοποίηση προσώπου και βίδες συγκράτησης ακραίου καπακιού ή 2) ως δευτερεύουσα εφεδρική στεγανοποίηση σε μια κύρια στεγανοποίηση προσώπου.   Περιστασιακά, χρησιμοποιούνται δύο ακτινικές τσιμούχες. Η πρώτη τσιμούχα που ελέγχει την πίεση είναι η πρωτεύουσα. Η δεύτερη τσιμούχα που ελέγχει την πίεση, σε περίπτωση βλάβης της πρωτεύουσας, είναι η δευτερεύουσα.

Τέντωμα δακτυλίου Ο : Εάν η ιδανική αυλάκωση σχεδιασμού βρίσκεται ανάμεσα σε δύο μεγέθη δακτυλίου Ο, μπορείτε να τεντώσετε τον μικρότερο δακτύλιο Ο για να ταιριάζει στη μεγαλύτερη αυλάκωση. Μπορείτε να κάνετε έναν μικρότερο δακτύλιο Ο μεγαλύτερο, αλλά δεν μπορείτε να κάνετε έναν μεγαλύτερο δακτύλιο Ο μικρότερο. Όταν ένας δακτύλιος Ο τεντώνεται κατά την εγκατάσταση στην αυλάκωση, η διατομή του ισοπεδώνεται. Πέρα από το 2-3% της τάνυσης, το βάθος της αυλάκωσης πρέπει να μειωθεί για να διατηρηθεί η απαραίτητη συμπίεση. Η Parker συνιστά να μην τεντώνεται ο δακτύλιος Ο πάνω από 5%, καθώς αυτό μειώνει τη διάρκεια ζωής. (Αναφ.: Parker ORD 5700, Ενότητα 3.5, «Τέντωμα»).

Η προσωρινή διαστολή της εσωτερικής επιφάνειας για να φτάσει στην αυλάκωση κατά τη συναρμολόγηση συνήθως δεν υπερβαίνει το 25-50%.

Σκληρόμετρο : Ένας δακτύλιος ο-δακτυλίου με υψηλότερη σκληρότητα αντιστέκεται καλύτερα στην εξώθηση. Οι δακτύλιοι ο-δακτυλίου με χαμηλότερη σκληρότητα είναι πιο ανεκτικοί στις επιφανειακές ατέλειες. Η χρήση ενός δακτυλίου ο-δακτυλίου 70 σκληρότητας με έναν εφεδρικό δακτύλιο 90 σκληρότητας παρέχει το καλύτερο και των δύο.

Εξωτερική αυλάκωση έναντι εσωτερικής αυλάκωσης : Μια αυλάκωση o-ring στην εξωτερική πλευρά ενός βύσματος θεωρείται «αρσενική» αυλάκωση. Είναι πολύ πιο εύκολο να κατεργαστεί, να ανοδιστεί, να καθαριστεί, να συναρμολογηθεί και να επιθεωρηθεί. Μια αυλάκωση στο εσωτερικό ενός ταιριαστού καπακιού θεωρείται «θηλυκή» αυλάκωση. Αυτές εμφανίζονται πολύ λιγότερο συχνά.

Σχεδιαστική Προσέγγιση

Σχήμα 2. Εμφανίζεται η ακολουθία σχεδιασμού ακτινικής σφράγισης: 1) προσδιορισμός του κενού, 2) προσδιορισμός της εσωτερικής διάμετρος του σωλήνα, 3) με αυτούς τους δύο αριθμούς, υπολογισμός της εξωτερικής διάμετρος του βύσματος. (Εικόνες ευγενική προσφορά της Parker Seal Company, προσαρμοσμένες από τον συγγραφέα για αυτό το άρθρο.)

Αναφερόμενοι στο Σχήμα 2: Η ακολουθία σχεδιασμού ακτινικής στεγανοποίησης είναι:

• Χρησιμοποιώντας τους πίνακες σχεδιασμού ακτινικής στεγανοποίησης δακτυλίου o Parker (ORD 5700, Ενότητα 4.2, Πίνακας σχεδιασμού 4-1) και τον πίνακα ορίων εξώθησης (βλ. Σχήμα 4), προσδιορίστε το μέγιστο επιτρεπόμενο κενό. Τα διαγράμματα δείχνουν είτε «διαμετρικό» είτε «ακτινικό», επομένως να είστε προσεκτικοί όταν εφαρμόζετε τους αριθμούς σε «διάμετρο» (διαμετρικό) ή «κενό» (ακτινικό = ½ διάμετρος).
• Προσδιορίστε την ελάχιστη ποσότητα υλικού που μπορεί να αφαιρεθεί από την εσωτερική διάμετρο του σωλήνα για να δημιουργηθεί μια κυκλική οπή. Η υπερβολική ποσότητα αποδυναμώνει την περίπτωση πίεσης.
• Αφαιρέστε τη διάσταση (2 x διάκενο) από τη διάσταση της οπής. Αυτή είναι η εξωτερική διάμετρος του βύσματος. Εάν χρησιμοποιείτε αλουμίνιο που θα ανοδιωθεί, προσαρμόστε τις διαστάσεις ώστε να επιτρέψετε την ανάπτυξη της επιφάνειας (Δείτε την ενότητα «Ανοδίωση» παρακάτω.)

Επιλογή του κενού : Κατά το σχεδιασμό του συνδυαστικού πώματος και της οπής, χρησιμοποιήστε την προδιαγραφή Parker για τον καθορισμό της εξωτερικής διαμέτρου του πώματος και του αναγνωριστικού της οπής. (Αναφ. Parker ORD 5700, Πίνακας Σχεδιασμού 4-1.).

Υπάρχουν κάποιες αντισταθμίσεις:

Όσο μεγαλύτερη είναι η διατομή του δακτυλίου Ο, τόσο μεγαλύτερο είναι το επιτρεπόμενο κενό.

Όσο μικρότερη είναι η διατομή του δακτυλίου Ο, τόσο λιγότερη συμπιεστική δύναμη απαιτείται, γεγονός που καθιστά ευκολότερη τη συναρμολόγηση.

Η επιλογή ενός μικρού κενού απαιτεί πιο ακριβή κατεργασία.

Για έναν τυπικό δακτύλιο ο-δακτυλίου διατομής 0,070", επιτρέπεται διαμετρική απόσταση 0,002"-0,005". Αυτό σημαίνει μέγιστο ακτινικό κενό στη μία πλευρά 0,0025".

Εφεδρικός δακτύλιος: Συνιστώ πάντα να χρησιμοποιείτε εφεδρικό δακτύλιο με ακτινικό δακτύλιο ο. Είναι φθηνοί, καταλαμβάνουν λίγο χώρο και έχουν σχεδιαστεί για να εμποδίζουν την εξώθηση ενός δακτυλίου ο. (Δείτε τη σημείωση 4 παραπάνω.)

Τοποθετήστε τον εφεδρικό δακτύλιο στην πλευρά χαμηλής πίεσης του δακτυλίου ο. Ο δακτύλιος ο αντιλαμβάνεται πρώτος την πίεση. Ο δακτύλιος εφεδρείας λειτουργεί σαν γάντι συλλέκτη, ένα backstop για τον δακτύλιο ο.

Σχήμα 3. Η κύρια συνθήκη αστοχίας ενός δακτυλίου ο είναι η εξώθηση σε ένα κενό (αριστερά). Ένας εφεδρικός δακτύλιος (δεξιά), κατασκευασμένος από υλικό υψηλότερης σκληρότητας, λειτουργεί ως συσκευή κατά της εξώθησης. (Εικόνες ευγενική προσφορά του Parker Hannifin, προσαρμοσμένες από τον συγγραφέα για αυτό το άρθρο.)

Προτιμώ να χρησιμοποιώ τους δακτυλίους στήριξης Parker Parbak 90-durometer Buna-N σε περίπτωση που χρειαστεί να τεντώσω τον δακτύλιο ο-δακτύλιο για να χωρέσει σε μια ελαφρώς μεγαλύτερη αυλάκωση. Μου αρέσει επίσης ότι αποτελούν ένα ενιαίο συνεχές τμήμα. Οι δακτύλιοι στήριξης από τεφλόν με κομμένη λάμα δεν έχουν την ικανότητα να τεντώνονται και αφήνουν ένα ανεπιθύμητο κενό μεταξύ των άκρων εάν η απόσταση από την κεντρική γραμμή είναι υπερβολικά μεγάλη.

Ένας μόνο εφεδρικός δακτύλιος είναι επαρκής όταν ασκείται πίεση από τη μία πλευρά, κάτι που συμβαίνει συνήθως σε βυθισμένα όργανα. Εάν ασκείται πίεση εναλλάξ και στις δύο πλευρές ενός δακτυλίου ο-δακτυλίου, όπως σε ένα σύστημα αντιστάθμισης πίεσης, ενδείκνυται η χρήση δύο εφεδρικών δακτυλίων, ενός σε κάθε πλευρά του δακτυλίου ο-δακτυλίου. (Αναφ.: Parker ORD-5700, Ενότητα 6)

Οι αριθμοί εξαρτημάτων Parbak ξεκινούν με ένα "8-" και στη συνέχεια με τον τριψήφιο αριθμό παύλας του δακτυλίου ο-ρινγκ. Για παράδειγμα, ένας δακτύλιος ο-ρινγκ 2-018 θα χρησιμοποιήσει έναν εφεδρικό δακτύλιο Parbak 8-018. Αρκετά λογικό.

Χρησιμοποιήστε τις καμπύλες ορίων δακτυλίων o-ring Parker για εξώθηση (ORD-5700, Ενότητα 3.1.4, Σχήμα 3.2.) για να επιβεβαιώσετε τη χρησιμότητα των δακτυλίων υποστήριξης. (Βλέπε Σχήμα 4.) Σε στεγανοποιήσεις χαμηλής πίεσης, οι καμπύλες θα υποδεικνύουν μεγαλύτερες επιτρεπόμενες αποστάσεις από εκείνες στα βασικά διαγράμματα σχεδιασμού ακτινικής στεγανοποίησης. Σε εφαρμογές υψηλής πίεσης, οι καμπύλες θα υποδεικνύουν εάν η προσθήκη ενός Parbak θα επιτρέψει τη χρήση τυπικών διαστάσεων αυλάκωσης καταλόγου ή καλύτερες. Οι διαστάσεις στο διάγραμμα αναφέρονται σε «ακτινικές αποστάσεις», επομένως διπλάσιες από αυτές για τις «διαμετρικές αποστάσεις».

Σχήμα 4. «Παρόλο που βασίζεται σε δεδομένα που ελήφθησαν από δακτυλίους ο, η καμπύλη 90-durometer μπορεί επίσης να αποτελέσει έναν χρήσιμο οδηγό για την απόδοση του δακτυλίου εφεδρείας.» (ORD-5700, Ενότητα 3.1.4, Σχήμα 3.2.) (Εικόνα και κείμενο ευγενική προσφορά του Parker Hannifin.)

Είναι πάντα προτιμότερο να κατασκευάζεται ένα πρωτότυπο για δοκιμές πίεσης, ώστε να επιβεβαιώνονται όλες οι πτυχές του σχεδιασμού. Ένας από τους μέντορες μηχανικούς μου, ο Δρ. Φρανκ Σνόντγκρας, μου μετέδωσε σοφία, όπως «Η φύση είναι πάντα στο πλευρό του κρυμμένου ελαττώματος».

Φινίρισμα Επιφάνειας : Ως γενική οδηγία, οι τιμές τραχύτητας επιφάνειας στις επιφάνειες στεγανοποίησης δεν πρέπει να υπερβαίνουν τα 32 rms. (Βλέπε Σχήμα 5.) Είναι επίσης καλή πρακτική να κατεργάζεστε τις επιφάνειες τορνεύοντας ένα εξάρτημα σε τόρνο ή σε εργαλείο κοπής κηλίδων που παράγει ένα κυκλικό μοτίβο που ακολουθεί την κατεύθυνση της αυλάκωσης. Αυτή η προδιαγραφή συχνά εμφανίζεται στο μηχανολογικό σχέδιο ως κύκλος-C. Ένα εξάρτημα που κατασκευάζεται με φρέζα ή φρέζα μπορεί να παράγει μικρο-αυλακώσεις που κόβουν τον δακτύλιο ο-δακτυλίου, κάτι που μπορεί να είναι προβληματικό καθώς υποσκάπτουν τον δακτύλιο ο-δακτυλίου κατά πλάτος. Ένα τέτοιο φινίρισμα πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά.

Σχήμα 5. Περιγράφονται οι συνιστώμενες επιφάνειες φινιρίσματος της αυλάκωσης o-ring. Οι κύριες επιφάνειες στεγανοποίησης που απαιτούν πιο λεία φινιρίσματα είναι η πάνω και η κάτω, όπως φαίνεται εδώ. Το μπροστινό και το πίσω μέρος της αυλάκωσης μπορεί να είναι πιο τραχιά. Η γωνία βύθισης της αυλάκωσης 0-5° συχνά αφήνεται στον μηχανικό. Το δικό μου συνεργείο συνήθως χρησιμοποιεί 0°. (Εικόνα ευγενική προσφορά του Parker Hannifin, προσαρμοσμένη από τον συγγραφέα για αυτό το άρθρο.)

Ανοδίωση: Η ανοδίωση του αλουμινίου είναι μια κεραμική επίστρωση που κατασκευάζεται με οξείδωση του επιφανειακού υλικού. Αυξάνει το επιφανειακό στρώμα κατά το ήμισυ του καθορισμένου πάχους. Γενικά, ονομάζω πάχος 0,002", όπου 0,001" είναι μέσα στο υλικό βάσης και 0,001" αυξάνεται προς τα έξω. Αυτό αλλάζει τις διαστάσεις του τελικού εξαρτήματος. Η λήψη υπόψη αυτής της αλλαγής είναι πολύ σημαντική όταν τα διαμετρικά κενά για τις ακτινικές τσιμούχες είναι τόσο σφιχτά. Οι εξωτερικές διαστάσεις (OD) μεγαλώνουν κατά 0,002", οι εσωτερικές διαστάσεις (ID) μικραίνουν κατά 0,002", τα βάθη των αυλακώσεων παραμένουν τα ίδια, καθώς το κάτω και το πάνω μέρος μεγαλώνουν προς τα έξω προς την ίδια κατεύθυνση, οι αυλακώσεις στενεύουν, ενώ ορισμένες διαστάσεις, όπως η εξωτερική διάμετρος και το μήκος του σωλήνα, μεγαλώνουν, αλλά δεν έχουν σημασία. Προσαρμόστε τις σχετικές διαστάσεις του εξαρτήματος στην εκτύπωση πριν την δώσετε στον μηχανουργό.

Λοξοτομές εισαγωγής : Μια λοξοτομημένη εισαγωγή στην οπή κατά 10-20 μοίρες για τη συμπίεση του δακτυλίου ο-σφραγίσματος θα απλοποιήσει τη συναρμολόγηση. Η εξωτερική διάμετρος της λοξοτομής είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από την εξωτερική διάμετρο του δακτυλίου ο-σφραγίσματος. Σπάστε τις γωνίες της λοξοτομής για να αφαιρέσετε τις αιχμηρές άκρες που μπορεί να προκαλέσουν ακούσια ζημιά στον δακτύλιο ο-σφραγίσματος. Τοποθετώ επίσης μια λοξοτομή στην μπροστινή άκρη του εμβόλου για να βοηθήσω στην ευθυγράμμιση και το κεντράρισμα του πώματος στην οπή κατά τη συναρμολόγηση. Σπάστε επίσης τις αιχμηρές γωνίες για να αφαιρέσετε τυχόν αιχμηρές άκρες που μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στις επιφάνειες στεγανοποίησης της οπής. Θα προσφέρει επίσης καλύτερο φινίρισμα ανοδίωσης.

Φροντίδα κατά τη συναρμολόγηση : Αντιμετωπίστε τις ανοιχτές στεγανοποιήσεις o-ring με την ίδια προσοχή όπως σε μια ανοιχτή πληγή. Η καθαριότητα και ο προσεκτικός χειρισμός των στεγανοποιήσεων και των επιφανειών στεγανοποίησης είναι ζωτικής σημασίας.

Πρόσθετες σημειώσεις:

• Το προσωπικό του Τμήματος Μηχανικής Εφαρμογών της Parker είναι διαθέσιμο για να εξετάσει το έργο σας, συμπεριλαμβανομένων των θερμοκρασιών, των πιέσεων, του σχεδιασμού αυλακώσεων (αδένων), της ροπής των μπουλονιών, του φινιρίσματος της επιφάνειας κ.λπ. Θα σας προσφέρει εναλλακτικές ιδέες σχεδιασμού, εάν αυτό είναι χρήσιμο. Το Τμήμα Ο-Δακτυλίων & Μηχανικών Σφραγίδων της Parker βρίσκεται στο Λέξινγκτον, Κεντάκι, ΗΠΑ, Τηλέφωνο: 1-(859) 269-2351, Φαξ: 1-(859) 335-5128, www.parkerorings.com .
• Η χρήση του δωρεάν λογισμικού "Under Pressure" της DeepSea Power & Light θα βοηθήσει τον μηχανικό να προσδιορίσει τις βέλτιστες διαστάσεις του περιβλήματος πίεσης και του τελικού καπακιού. Είναι πολύ χρήσιμο για παραλλαγές τύπου "τι θα γινόταν αν". Το πρόγραμμα μπορεί να ληφθεί δωρεάν από τη διεύθυνση https://www.deepsea.com/under-pressure-design-software .

Ευχαριστίες

Ο συγγραφέας αναγνωρίζει τον μηχανικό της Scripps, Mert Ingraham, ο οποίος μοιράστηκε για πρώτη φορά μαζί μου τις οδηγίες σχεδιασμού δακτυλίων ο-δακτυλίου της δεκαετίας του 1960 που αναπτύχθηκαν σε μια νεότερη Scripps. Έχω ακόμα αυτές τις οδηγίες που έχω σημειώσει στο αντίτυπό μου του ORD-5700. Όταν απαιτούνταν περιορισμένες ανοχές, λέγαμε «εφαρμογή Mert».

Αναφορές

Parker Hannifin Corp., ORD-5700, Έκδοση ^50ής Επετείου, 2021   https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/O-Ring-Division-Literature/ORD-5700.pdf

Φλίτνεϊ, Ρόμπερτ, Σφραγίδες και Εγχειρίδιο Σφραγίσματος, Έκτη Έκδοση, Elsevier, 2014

Το «Lander Lab» είναι μια πρακτική στήλη που παρουσιάζει τεχνολογίες και στρατηγικές Ocean Lander, μια μοναδική κατηγορία μη επανδρωμένων υποθαλάσσιων οχημάτων και τους ανθρώπους που τα κατασκευάζουν. Έχει ως στόχο να εξυπηρετήσει την παγκόσμια κοινότητα των ωκεάνιων προσεδαφιστών με τον τρόπο που λειτουργεί το Make Magazine και άλλες κοινότητες DIY.

Τα σχόλια για αυτό το άρθρο ή οι προτάσεις για άλλες ενδιαφέρουσες ιστορίες είναι ευπρόσδεκτα. Οι ομάδες προσεδάφισης στον ωκεανό ενθαρρύνονται να γράψουν για το έργο τους. Μη διστάσετε να επικοινωνήσετε με τον Kevin Hardy στη διεύθυνση [email protected] .

Ευχαριστώ για την ανάγνωση.