O-ring және тығыздағыштардың экструзиялық саңылауының калькуляторы

Резеңке тығыздағыштың саңылауға экструзиясы — гидравликалық және пневматикалық тығыздағыштардың істен шығуының екі негізгі себебінің бірі (екіншісі — резеңкенің қартаюы). Қарапайым принцип бойынша жұмыс істейді: жоғары қысымда резеңке түйіндес бөлшектер арасындағы саңылауға — білік пен цилиндрге, шток пен қақпаққа, тығын мен корпусқа «сығылуға» тырысады. Егер саңылау берілген қысым мен резеңкенің қаттылығы үшін рұқсат етілген мәннен үлкен болса, материалдың бір бөлігі саңылауға сығылып шығады, герметикалықты жоғалтады және тығыздағыш істен шығады. Бұл калькулятор Parker ORD 5700 номограммасына негізделген және қорғаныш антиэкструзиялық сақиналары қашан қажет екенін және олардың қаншасын орнату керектігін көрсетеді.

Резеңке тығыздағыштың экструзия физикасы

O-ring тығыздағыш сақинасы серпімді деформация принципі бойынша жұмыс істейді. Жүйе қысымының астында резеңке қарама-қарсы жақтағы ойық қабырғасына және жоғары қысымды тығыздайтын бетке қысылады. Қысым неғұрлым жоғары болса, соғұрлым қатты қысылады, герметикалық соғұрлым жақсы болады — бұл дұрыс мінез-құлық. Бірақ осымен бірге резеңке түйіндес бөлшектер арасындағы саңылау бағытында итеруші күшті бастан кешеді. Саңылау жеткілікті тар болған кезде, резеңкенің серпімділігі бұл күшке қарсы тұрады және тығыздағыш ойықта қалады. Саңылау берілген қысым мен материалдың қаттылығы үшін тым кең болған кезде, резеңке өте тұтқыр сұйықтық сияқты саңылауға «аға» бастайды.

Экструзия процесі үдемелі сипатқа ие: алдымен саңылауда резеңкенің кішкентай «тілі» пайда болады, циклдік жүктемелер кезінде ол ұлғаяды, нәтижесінде сақинаның негізгі бөлігінде қуыстар пайда болады. Тығыздағыш пішінін жоғалтады, ағып кетулер пайда болады, соңғы сатысы — сақина физикалық түрде бөлшектерге жырылады. Басталғаннан толық істен шыққанға дейінгі уақыт — экстремалды жағдайларда бірнеше сағаттан «шекаралық» жағдайларда бірнеше айға дейін.

Экструзия жылдамдығына төрт негізгі параметр әсер етеді: жұмыс қысымы (тура), резеңке қаттылығы (кері — резеңке жұмсақ болса, тезірек ағады), саңылау өлшемі (шамамен 2 дәрежесінде тура) және температура (жоғары температура материалдың жылжуын жылдамдатады). Бесінші маңызды фактор — жүктеме сипаты: статикалық қысым ең жақсы көтеріледі, пульсациялық тұрақтылықты 25%-ға нашарлатады, соққы жүктемелері — тағы 45%-ға.

Parker ORD 5700 номограммасы

Рұқсат етілген саңылауды есептеуге арналған классикалық инженерлік құрал — Parker O-Ring Handbook номограммасы, ORD 5700 бөлімі. Әртүрлі қаттылықтағы әртүрлі материалдардан жасалған O-ring сақиналарының көпжылдық сынақтарына негізделген графиктер. Әрбір қаттылық үшін (60, 70, 80, 90 Shore A) қысым функциясы ретінде максималды рұқсат етілген диаметрлік саңылаудың қисығы көрсетілген. Қисықтан жоғары — экструзия, төмен — қауіпсіз жұмыс.

Рұқсат етілген диаметрлік саңылаудың типтік мәндері (қорғаныш сақиналарынсыз қимасы 3,53 мм O-ring үшін, статикалық қысым):

Осылайша оқылады: егер сіздің гидравликаңыз 20 МПа қысымда жұмыс істесе және сіз NBR 70 Shore A (ең жиі таңдалатын) қолдансаңыз, вал мен цилиндр арасындағы максималды диаметрлік саңылау — 0,15 мм. Егер нақты саңылау одан үлкен болса — қорғаныс сақинасын қойыңыз. Егер 2 есе үлкен болса — екі қорғаныс сақинасын қойыңыз немесе материалды қаттыраққа ауыстырыңыз.

Шешім аймақтары: қашан не істеу керек

Калькулятор барлық жағдайларды нақты саңылаудың рұқсат етілген саңылауға қатынасы бойынша төрт аймаққа бөледі:

OK аймағы (g/g_max ≤ 0,7) — қауіпсіз режим. Рұқсат етілген саңылауға қор 30%-дан кем емес. Қорғаныс сақиналары қажет емес, стандартты тығыздағыш көтере алады. Түйіндес беттердің тозуын жылына бір рет тексеріңіз — саңылаудың рұқсат етілген мөлшерден 70%-дан астам өсуі кезінде warn аймағына өтіңіз.

Warn аймағы (g/g_max = 0,7–1,0) — шекті. Теориялық тұрғыдан резина әлі ұсталып тұрады, бірақ қор жоқ. Қысымның кез келген пульсациясы, тозуға байланысты саңылаудың аздап ұлғаюы, орта температурасының жоғарылауы — және экструзия басталады. Төмен қысым жағынан 1 қорғаныс PTFE-сақинасын қою ұсынылады: ол материал мен геометрияны өзгертпей-ақ, рұқсат етілген саңылауды 50–70%-ға ұлғайтады.

Err аймағы (g/g_max = 1,0–1,6) — қауіпті. Резина жұмыстың алғашқы сағаттарынан бастап саңылауға қарай ығысады. Қорғаныс сақиналары болмаса, тығыздағыш температура мен динамикаға байланысты бірнеше күннен бірнеше аптаға дейін ғана қызмет етеді. 1–2 қорғаныс сақинасы қажет, плюс балама нұсқаларды қарастыру: қаттырақ резина (80–90 Shore), полиуретан (төзімділігі ×1,8), V-тәрізді пакеттер.

Crit аймағы (g/g_max > 1,6) — сыни. Жұмыс қабілеті сағатпен өлшенеді. Кешенді қайта жасау: екі жағынан 2 қорғаныс сақинасы, материалды полиуретанға немесе HNBR-ге ауыстыру, мүмкін — тығыздағыш түрін U-манжетаға немесе V-тәрізді пакетке ауыстыру. Вал мен тесіктің геометриясын тексеріңіз: мүмкін, допусктер H8/h8 класынан шығып кеткен және түйіндесуді ойып немесе дәнекерлеп қалпына келтіру қажет.

Антиэкструзиялық (қорғаныс) сақиналар

Қорғаныс сақинасы — бұл негізгі O-ring-пен бірдей ойыққа төмен қысым жағынан орнатылатын пластиктен (әдетте PTFE немесе оның композиті) жасалған қатты сақина. Оның міндеті — бөлшектер арасындағы саңылауды жауып, резинаның ығысуына жол бермеу. Қысым таңбасы бойынша айнымалы болса, бір (төмен қысым жағынан) немесе екі (екі жағынан) қойылады.

Қорғаныс сақинасының материалын қысым бойынша кемінде 30% қормен таңдау қажет: егер сіздің жұмыс қысымыңыз 40 МПа болса, 70 МПа-ға арналған қорғаныс жарайды, 50 МПа-ға арналған да жарайды, ал 40 МПа-ға арналған жарамсыз, себебі қор жоқ. Температура диапазоны — жұмыс температурасыңыздан екі жақтан да қатаң түрде кеңірек болуы тиіс. PTFE температура бойынша әмбебап (−200…+260), бірақ жоғары қысымда ресурсы шектеулі; PTFE+GF немесе PTFE+Carbon композиттері қымбатырақ, бірақ экстремалды жүктемелерде бірнеше есе ұзағырақ жұмыс істейді.

Қорғаныс сақиналарына баламалар: материалды ауыстыру

Қорғаныс сақиналары — типтік шешім, бірақ жалғыз емес. Егер компоновка бойынша оларды орнату қиын болса немесе бөлшектер санын азайту қажет болса, негізгі тығыздағыштың материалы арқылы жұмыс істеуге болады:

NBR 90 Shore A — қатты нитрил. Сол саңылау кезінде қалыпты NBR 70-пен салыстырғанда рұқсат етілген қысымды 15–20 МПа-ға арттырады. Химиялық төзімділігі бірдей, бірақ аязда морт сынуы мүмкін (−20 °C-тан төмен ұсынылмайды).

HNBR — гидрленген нитрил. Экструзиялық беріктігі бойынша қалыпты NBR-ден 1,15 есе жақсы, сонымен қатар кеңейтілген температуралық диапазон (+100 °C-қа қарсы +150 °C), оттегі бар ортада тотығуға төзімділігі бар. NBR-ден 2–3 есе қымбат тұрады.

FKM (Viton) — фторкаучук. Таза экструзия бойынша ең жақсы таңдау емес (қаттылығы бірдей болса да, NBR-ден сәл нашар), бірақ шектен тыс жылуға төзімділікті (+200 °C тұрақты, қысқа мерзімді +250 °C) және химиялық төзімділікті қамтамасыз етеді. Жоғары температурадағы майлар мен отындар үшін — жалғыз нұсқа.

Полиуретан (PU) 90 Shore A — экструзиялық беріктік бойынша чемпион. Төзімділігі бірдей жағдайда NBR 70-тен 1,8 есе жоғары. Ауыр техникадағы (карьерлік самосвалдар, экскаваторлар) гидроцилиндрлерде кеңінен қолданылады. Кемшілігі — шектеулі температура (максимум +80 °C) және ыстық сумен үйлесімсіздігі.

Перфторкаучук (FFKM, Kalrez) — ерекше жағдайларға арналған экзотика. +327 °C-қа дейін, іс жүзінде барлық нәрсеге химиялық төзімділігі бар. Бағасы — NBR-ден 50–100 есе жоғары. Авиациялық-ғарыштық техникада, экстремалды химияда, фармацевтикада қолданылады.

Жиі қойылатын сұрақтар

АО «УРТ»-дан тығыздағыштар мен қорғаныс сақиналарын жеткізу

АО «УРТ» NBR 70 / 80 / 90, HNBR, FKM (Viton), EPDM, полиуретан, силикон орындалуындағы O-ring тығыздағыш сақиналарын, сондай-ақ PTFE, PTFE+GF, PTFE+Carbon, PEEK, POM жасалған антиэкструзиялық (қорғаныс) сақиналарын жеткізеді. ГОСТ 9833, ISO 3601, DIN 3771 бойынша толық номенклатура. Калькулятор арқылы өтінім берген кезде тығыздағыш техникасы жөніндегі инженер өлшемдерді растап, материалдың жұмыс ортасымен (мұнай өнімдері, су, спирттер, агрессивті химикаттар) үйлесімділігін тексеріп, қысым мен температураға сәйкес қорғаныс сақиналарын таңдап береді. Ресей бойынша Екатеринбургтегі қоймадан жеткізу, типтік O-ring — қоймада бар, арнайы орындалулар — тапсырыс бойынша 3–14 күн. Жұмыс уақытында өтінімге 15 минут ішінде жауап беріледі.