الحلقات O هي التصميم الميكانيكي الأكثر شيوعًا للختم بسبب سعرها الرخيص ، وتصنيعها البسيط ، والوظيفة الموثوقة ، ومتطلبات التثبيت البسيطة. على الرغم من أن الحلقات O رخيصة ، إلا أن الاستبدال المتكرر في بعض البيئات المحددة سيزيد من تكلفة صيانة الماكينة ويؤثر على التشغيل العادي للمعدات. لذلك ، من الضروري فهم خصائص الحلقات O.
عند درجة -50 إلى -60 ، تفقد المواد المطاطية غير المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة إجهادها الأولي تمامًا ؛ حتى بالنسبة للمواد المطاطية المقاومة للحرارة المنخفضة ، فإن الضغط الأولي في هذا الوقت لن يكون أكبر من 25 بالمائة من الضغط الأولي عند 20 درجة. وذلك لأن الضغط الأولي للحلقة O يعتمد على معامل التمدد الخطي.
سيؤدي التصميم والاستخدام غير المناسبين للحلقة O إلى تسريع تلفها وفقدان أداء الختم.
أظهرت التجارب أنه إذا كان تصميم كل جزء من جهاز حلقة الختم معقولًا ، فإن زيادة الضغط ببساطة لن تتسبب في تلف الحلقة O. في ظل ظروف العمل للضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة ، فإن السبب الرئيسي لتلف الحلقة O هو التشوه الدائم لمادة الحلقة O ، ودغة الفجوة الناتجة عن ضغط الحلقة O في فجوة الختم ، وتشويه الحلقة O أثناء الحركة.
التشوه الدائم نظرًا لأن مادة المطاط الصناعي المستخدمة في حلقة الختم على شكل O عبارة عن مادة لزجة مرنة ، فإن مقدار الضغط المحدد في البداية وقدرة منع الارتداد سوف يتشوهان بشكل دائم ويفقدان تدريجيًا بعد الاستخدام طويل الأمد ، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث تسرب.
يعتبر التشوه الدائم وفقدان القوة المرنة من الأسباب الرئيسية لفقدان الحلقات O لأداء الختم. فيما يلي الأسباب الرئيسية للتشوه الدائم.
العلاقة بين نسبة الضغط وكمية التمدد والتشوه الدائم
ستنتج التركيبات المختلفة للمطاط المستخدم في صنع الحلقات على شكل O استرخاء ضغط في الحالة المضغوطة. في هذا الوقت ، سينخفض الضغط الضاغط مع زيادة الوقت. كلما طالت مدة الخدمة ، زاد معدل الضغط والتمدد ، زاد انخفاض الضغط الناجم عن استرخاء الإجهاد المطاطي ، بحيث تكون الحلقة O غير مرنة بشكل كافٍ وتفقد قدرتها على الختم. لذلك ، يُنصح بمحاولة تقليل نسبة الضغط في ظل ظروف الاستخدام المسموح بها.
تعد زيادة حجم المقطع العرضي للحلقة O أسهل طريقة لتقليل نسبة الضغط ، ولكن هذا سيزيد من الحجم الهيكلي. وتجدر الإشارة إلى أنه عندما يحسب الأشخاص نسبة الضغط ، فإنهم غالبًا ما يتجاهلون الانخفاض في ارتفاع القسم الناجم عن تمدد الحلقة O أثناء التجميع. يتناسب التغيير في مساحة المقطع العرضي للحلقة O عكسًا مع التغيير في محيطها. في الوقت نفسه ، نظرًا لتأثير التوتر ، سيتغير شكل المقطع العرضي للحلقة O أيضًا ، والذي يتجلى في انخفاض ارتفاعه. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب التوتر السطحي ، يصبح السطح الخارجي للحلقة O مسطحًا ، أي أن ارتفاع القسم ينخفض قليلاً. هذا أيضًا مظهر من مظاهر استرخاء الضغط على الحلقة O.
تعتمد درجة تشوه قسم الحلقة O أيضًا على صلابة مادة الحلقة O. في حالة نفس مقدار التمدد ، سيكون للحلقة O ذات الصلابة العالية أيضًا انخفاض أكبر في ارتفاع المقطع العرضي. من وجهة النظر هذه ، يجب اختيار المواد ذات الصلابة المنخفضة قدر الإمكان وفقًا لظروف الاستخدام. تحت تأثير ضغط السائل والتوتر ، ستخضع الحلقة المطاطية بشكل تدريجي لتشوه البلاستيك ، وسيقل ارتفاع المقطع العرضي وفقًا لذلك ، بحيث تفقد في النهاية قدرتها على الختم.
العلاقة بين درجة الحرارة وعملية استرخاء الحلقة O
درجة حرارة الخدمة هي عامل مهم آخر يؤثر على التشوه الدائم للحلقة O. ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع شيخوخة المواد المطاطية.
كلما ارتفعت درجة حرارة التشغيل ، زادت مجموعة ضغط الحلقة O. عندما يكون التشوه الدائم أكبر من 40 في المائة ، تفقد الحلقة O قدرتها على الختم والتسرب. ستنخفض قيمة الإجهاد الأولية المتكونة في المادة المطاطية للحلقة O بسبب تشوه الانضغاط تدريجياً وحتى تختفي مع عملية الاسترخاء وانخفاض درجة حرارة الحلقة O. بالنسبة للحلقات O التي تعمل في درجات حرارة دون الصفر ، قد ينخفض ضغطها الأولي أو يختفي تمامًا بسبب الانخفاض الحاد في درجة الحرارة. عند درجة -50 إلى -60 ، تفقد المواد المطاطية غير المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة إجهادها الأولي تمامًا ؛ حتى بالنسبة للمواد المطاطية المقاومة للحرارة المنخفضة ، فإن الضغط الأولي في هذا الوقت لن يكون أكبر من 25 بالمائة من الضغط الأولي عند 20 درجة. وذلك لأن الضغط الأولي للحلقة O يعتمد على معامل التمدد الخطي. لذلك ، عند اختيار الضغط الأولي ، من الضروري التأكد من أنه لا تزال هناك قدرة إحكام كافية بعد انخفاض الضغط بسبب عملية الاسترخاء وانخفاض درجة الحرارة. بالنسبة للحلقات على شكل O التي تعمل في درجات حرارة تحت الصفر ، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لمؤشر الاستعادة ومؤشر التشوه للمواد المطاطية.
باختصار ، يجب أن يحاول التصميم التأكد من أن الحلقة O لديها درجة حرارة عمل مناسبة ، أو اختيار مواد O-ring المقاومة للحرارة العالية والمنخفضة لإطالة عمر الخدمة.
ضغط العمل المتوسط والتشوه الدائم ضغط وسط العمل هو العامل الرئيسي الذي يسبب التشوه الدائم للحلقة O.
يتزايد ضغط العمل للمعدات الهيدروليكية الحديثة يومًا بعد يوم. سيؤدي الضغط العالي على المدى الطويل إلى حدوث تشوه دائم للحلقة O. لذلك ، يجب اختيار المواد المطاطية المناسبة المقاومة للضغط وفقًا لضغط العمل أثناء التصميم. كلما زاد ضغط العمل ، كلما زادت صلابة ومقاومة الضغط العالي للمواد المستخدمة. من أجل تحسين مقاومة الضغط لمادة الحلقة O ، وزيادة مرونة المادة (خاصة زيادة مرونة المادة عند درجة حرارة منخفضة) ، وتقليل مجموعة ضغط المادة ، من الضروري بشكل عام تحسين الصيغة من المادة وإضافة مادة ملدنة. ومع ذلك ، إذا كانت الحلقة O ذات الملدنات مغمورة في وسط العمل لفترة طويلة ، فسيتم امتصاص الملدنات تدريجياً بواسطة وسيط العمل ، مما يتسبب في تقلص حجم الحلقة O ، وقد يتسبب في ضغط سلبي لـ الحلقة O (على سبيل المثال ، تحدث فجوة بين الحلقة O وسطح الجزء المختوم).
لذلك ، عند حساب ضغط الحلقة O وتصميم القالب ، يجب مراعاة هذه الانكماشات تمامًا. يجب أن تحافظ الحلقة O المضغوطة على الحجم المطلوب بعد نقعها في وسط العمل لمدة 5-10 أيام وليالٍ.
تعتمد مجموعة الضغط لمواد الحلقة O على درجة الحرارة. عندما يكون معدل التشوه 40 في المائة أو أكثر ، يحدث تسرب ، وبالتالي فإن حدود مقاومة الحرارة للعديد من المواد المطاطية هي: مطاط النتريل 70 درجة مئوية ، مطاط EPDM 100 درجة مئوية ، مطاط الفلور 140 درجة مئوية. التشوه الدائم للحلقات.
بالنسبة للحلقات O من نفس المادة ، عند نفس درجة الحرارة ، فإن الحلقة O ذات قطر المقطع العرضي الأكبر لها مجموعة ضغط أقل. الوضع مختلف في النفط. نظرًا لأن الحلقة O لا تتلامس مع الأكسجين في هذا الوقت ، يتم تقليل التفاعلات الضائرة المذكورة أعلاه بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه عادة ما يسبب تمددًا معينًا لمركب المطاط ، لذلك سيتم تعويض معدل مجموعة الضغط الناتج عن درجة الحرارة. لذلك ، تم تحسين مقاومة الحرارة في الزيت بشكل كبير. بأخذ مطاط النتريل كمثال ، يمكن أن تصل درجة حرارة عمله إلى 120 درجة أو أعلى.