Główne różnice między uszczelkami nieruchomymi a ruchomymi z pierścieniami O

To samo O-kręg projekt nie może być bezpośrednio stosowany zarówno do uszczelki nieruchomej, jak i ruchomej — podstawowym powodem jest to, że uszczelka nieruchoma musi przede wszystkim zapewnić „wystarczające ściśnięcie i skuteczną uszczelnienie”, natomiast uszczelka ruchoma musi jednoczesnie spełniać wiele wymagań: „skuteczne uszczelnienie, swobodny ruch, odporność na zużycie, niskie opory ruchu oraz akceptowalne opory startowe.”

Pierścień O osiąga efekt uszczelniający głównie dzięki wartości wstępnego ściśnięcia oraz naprężeniu kontaktowemu wywoływanemu ciśnieniem medium.

W przypadku uszczelki nieruchomej montaż pierścienia O pozostaje praktycznie nieruchomy względem metalu; większe ściśnięcie, chropowatość powierzchni oraz luźniejsze допусki wymiarowe są zwykle dopuszczalne. W przypadku uszczelki ruchomej pierścień O ślizga się wielokrotnie lub obraca się względem wału, otworu lub tłoczyska, dlatego projekt części uszczelniającej musi uwzględniać dodatkowo takie czynniki jak prędkość, tarcie, warstwę smarującą, zużycie, generowanie ciepła, opór przebicia, luz/ekstruzję oraz chropowatość powierzchni. Parker materiał zastosowany w konstrukcji uszczelki promieniowej wyraźnie oddziela uszczelki statyczne od dynamicznych: uszczelka statyczna nie wykonuje ruchu względnego, podczas gdy uszczelka dynamiczna lub oscylująca podlega obrotowi lub ruchowi posuwisto-zwrotnemu; uszczelka statyczna zwykle toleruje większe luzy i chropowate powierzchnie.

1. Uszczelki czołowe statyczne: skupienie się na osiowym ściskaniu i sile zamykającej kołnierz

Typowe scenariusze: kołnierze, pokrywy końcowe, pokrywy zaworów, pokrywy pomp, pokrywy do inspekcji, czoła obudów.

Rodzaj uszczelnienia: uszczelka pierścieniowa (O-ring) umieszczona jest w rowku na powierzchni czołowej i ściskana osiowo przez dwie przeciwległe płaszczyzny.

Główne cele projektowe uszczelki czołowej statycznej to:

Wystarczające osiowe ściskanie

Uszczelka pierścieniowa (O-ring) musi zostać ściskana określonym stopniem przez powierzchnię czołową, aby utworzyć początkowe naprężenie kontaktowe. Gdy działa ciśnienie medium, uszczelka pierścieniowa jest dodatkowo przesuwana w kierunku strony o niższym ciśnieniu, co wzmocnia uszczelnienie.

Odpowiedni współczynnik wypełnienia rowka

Wżka nie może całkowicie „wypełnić” uszczelki pierścieniowej typu O-ring. Gumy ulegają rozszerzaniu termicznemu oraz pęcznieniu pod wpływem ośrodka, dlatego w wżce należy zapewnić przestrzeń na odkształcenie; w przeciwnym razie może dojść do nadmiernego ściskania, ścinania, wypychania lub trudności przy montażu.

Kontrola odkształcenia trwałego

Głównym trybem uszkodzenia statycznych uszczelek powierzchniowych w długotrwałej eksploatacji jest starzenie się gumy, odkształcenie trwałe lub korozja przez ośrodek – a nie zużycie spowodowane poślizgiem.

Sztywność i płaskość flanszy

Jeśli układ śrub, sztywność flanszy lub jej płaskość są niewystarczające, niestabilne lokalne ściskanie może spowodować wycieki w określonych miejscach.

W uszczkach statycznych typu face (płaskich) pierścień O-ring podlega tarcию tylko krótkotrwałe podczas montażu i zazwyczaj nie wykonuje ruchu trwającego w czasie pracy. Dlatego też, aby zapewnić niezawodność uszczelnienia statycznego, uszczki statyczne typu face stosują zwykle stosunkowo wysoki stopień ściskania. W technicznej dokumentacji materiałowej firmy Angst+Pfister zaznaczono również, że w warunkach statycznych ściskanie pierścienia O-ring może być wyższe niż w warunkach dynamicznych, ponieważ nie występuje ciągła tarcie powierzchni ślizgowych ani zużycie — nawet miększy materiał może zostać wybrany, jeśli powierzchnia styku jest chropowata lub lekko uszkodzona.

Dlaczego nie mogą być one bezpośrednio stosowane w uszczkach dynamicznych

Zasadą projektowania uszczki statycznej typu face jest „maksymalne dopasowanie”. Jeśli takie podejście oparte na wysokim stopniu ściskania i wysokim nacisku kontaktowym zostanie zastosowane wielokrotnie do uszczelki dynamicznej obrotowej lub posuwisto-zwrotniej, to siła tarcia, opór startowy oraz ciepło tarcia znacznie wzrosną, co spowoduje zużycie powierzchni pierścienia O-ring, zadrapania, ślady przypalenia, przywarcie lub nawet przyklejenie się do wału.

2. Statyczne uszczelki promieniowe: skupienie się na nadmiarze promieniowym, uszkodzeniach podczas montażu oraz wypychaniu promieniowym

Typowe scenariusze: pasujące wtyki/otwory, pasujące trzpienie zaworów, połączenia rurowe, statyczne tłoczki, statyczne rękawy, zewnętrzne statyczne uszczelki.

Rodzaj uszczelnienia: uszczelka pierścieniowa jest ściskana promieniowo pomiędzy obwodem wewnętrznym a zewnętrznym, a kierunek uszczelniania jest promieniowy.

Różnica między statycznymi uszczelkami promieniowymi a statycznymi uszczelkami czołowymi polega na tym, że statyczne uszczelki czołowe są ściskane osiowo w kierunku góra-dół, podczas gdy statyczne uszczelki promieniowe są ściskane promieniowo pomiędzy średnicą wewnętrzną (ID) a zewnętrzną (OD). W notatkach firmy Parker dotyczących materiałów do statycznych uszczelek promieniowych stwierdzono, że ściskanie statycznej uszczelki promieniowej działa w kierunku średnicy wewnętrznej i zewnętrznej uszczelki pierścieniowej, natomiast ściskanie uszczelki czołowej działa w kierunku górnej i dolnej powierzchni jej czoła.

Główne cele projektowania statycznej uszczelki promieniowej to:

Kontrola ściskania promieniowego

Zbyt małe ściskanie powoduje przecieki; zbyt duże utrudnia montaż, powoduje nadmierne naprężenia lub przyspiesza zjawisko odkształcenia trwałego (compression set).

Kontrola współczynnika rozciągania lub współczynnika ściskania

Gdy pierścień uszczelniający typu O jest zakładany na wał, może ulec rozciągnięciu; gdy jest montowany w otworze, może ulec ściskaniu. Nadmierne rozciąganie powoduje zmniejszenie się przekroju poprzecznego, a rzeczywista wartość ściskania maleje; nadmierne ściskanie może spowodować wyboczenie lub ścinanie podczas montażu.

Unikaj uszkodzeń spowodowanych montażem

Chociaż statyczne uszczelnienie promieniowe nie przesuwa się po zmontowaniu, w trakcie instalacji często musi przejść przez fazetki, gwinty, otwory i ostre krawędzie. Częste awarie występujące w miejscach konserwacji wynikają zazwyczaj nie z niewystarczającego stopnia ściskania zaprojektowanego w uszczelce, lecz z zadrapań, skręcenia lub uszkodzenia pierścienia typu O podczas montażu.

Zwróć uwagę na luz umożliwiający wypchnięcie pod wpływem ciśnienia

Przy wysokim ciśnieniu pierścień typu O może zostać wypchnięty (wypchnięty w przestrzeń) do szczeliny między współpracującymi elementami. Rozważ zastosowanie pierścienia wspornego w przypadku wysokiego ciśnienia, dużego luzu, wysokiej temperatury lub niskiej twardości gumy.

Uszczelka statyczna promieniowa nadal należy do kategorii uszczelek statycznych. Może tolerować większe luzy i chropowate powierzchnie niż uszczelka dynamiczna, ponieważ nie występuje ciągła tarcie poślizgowe — jednak to nie oznacza, że projekt uszczelki statycznej promieniowej nie podlega żadnym wymogom weryfikacji; projekt statyczny gwarantuje jedynie „uszczelnienie w stanie nieruchomym” i nie sprawdza, czy tarcie, zużycie, smarowanie oraz odporność na przełamanie podczas wielokrotnych ruchów dynamicznych są akceptowalne.

Dlaczego nie może być bezpośrednio stosowana jako uszczelka dynamiczna tłoczkowa

Profil ryzyka uszczelki statycznej typu wtyk/cylindryczny i uszczelki tłoczkowej pieczęć tłoka jest zupełnie inne. Statyczny złącze/wkładka musi jedynie zapobiegać wyciekowi; uszczelka tłokowa musi wytrzymać każdy cykl ruchu posuwisto-zwrotnego. Stopień kompresji rowka statycznej uszczelki radialnej jest zwykle wyższy, co bezpośrednio przekłada się na moment tarcia i generowanie ciepła na obracającym się wałku; w przypadku uszczelki tłokowej posuwisto-zwrotnej może to oznaczać: krótkotrwałe brak wycieku, ale podczas pracy następuje nagrzanie, uszczelka O-ring spala się, a powierzchnia ulega uszkodzeniu — co ostatecznie prowadzi do powstania bardziej poważnego wycieku.

3. Uszczelki tłokowe posuwisto-zwrotne: nacisk na prędkość, tarcie, warstwę smarującą, zużycie oraz opór rozruchowy

Typowe scenariusze: tłoki cylindrów hydraulicznych, tłoki cylindrów pneumatycznych, zawory z tłoczniowym ruchem posuwisto-zwrotnym, tłoczki, uszczelki drążka tłokowego.

Rodzaj uszczelnienia: uszczelka typu O-ring działa jako uszczelka tłokowa lub uszczelka drążka, wykonując prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny wzdłuż ściany gniazda lub powierzchni drążka.

Uszczelka tłokowa posuwisto-zwrotna należy do typowych uszczelkek dynamicznych. Nie można jej oceniać wyłącznie na podstawie kryterium „czy utrzymuje ciśnienie” — należy także wziąć pod uwagę następujące aspekty:

1. Prędkość określa ciepło tarcia i stan smarowania

Im wyższa prędkość ruchu posuwisto-zwrotnego, tym większa moc tarcia przypadająca na jednostkę czasu oraz tym bardziej widoczny wzrost temperatury uszczelki pierścieniowej typu O-ring. Nadmierna prędkość może spowodować starzenie termiczne, utwardzenie, pęknięcia lub spalenie powierzchni gumowej. Zbyt niska prędkość z kolei może utrudniać utworzenie stabilnej warstwy smarującej, co prowadzi do tarcia suchego i pełzania.

W podręczniku uszczelek pierścieniowych firmy Parker zaznaczono, że tarcie w uszczelkach dynamicznych jest współokreślone przez wiele czynników, w tym geometrię uszczelki, siłę wcisku (pre-load), twardość materiału, współczynnik tarcia suchego/mokrego, tworzenie się warstwy smarującej, lepkość medium, ciśnienie robocze, prędkość poślizgu oraz materiał i chropowatość powierzchni współpracującej.

2. Wielkość ściskania musi być mniejsza niż przy uszczelce statycznej

Wartość docisku uszczelki dynamicznej nie może być po prostu taka sama jak wartość docisku uszczelki statycznej. Im większa wartość docisku, tym wyższe ciśnienie kontaktowe, większe tarcie oraz wyższy opór rozruchowy i szybsze zużycie. Materiały firmy Angst+Pfister wyraźnie wskazują, że w zastosowaniach dynamicznych deformacja przekroju poprzecznego pierścienia O-ring powinna być mniejsza niż w zastosowaniach statycznych, aby zmniejszyć tarcie, zużycie oraz wzrost temperatury; powierzchnia styku uszczelki dynamicznej powinna również być bardziej gładka, aby kontrolować zużycie.

To właśnie często występuje w miejscach konserwacji: „zamiana uszczelki pierścieniowej (O-ring) o tym samym rozmiarze – na początku nie występuje przeciek, ale w trakcie eksploatacji prędkość działania spada, urządzenie się nagrzewa, siła docisku staje się niewystarczająca, a po kilku dniach znowu pojawia się przeciek.” Przyczyną zwykle nie jest odchylenie rozmiaru o jedną klasę, lecz zastosowanie podejścia projektowego do uszczelnień statycznych w miejscu uszczelnienia dynamicznego: nadmierna wartość docisku, zbyt wysoki współczynnik tarcia materiału oraz niedostateczne smarowanie lub niewłaściwy kształt rowka przystosowanego do pracy dynamicznej.

3. Warstwa smarująca nie jest opcjonalna

Uszczelnienie tłoka ruchomego wymaga utrzymania bardzo cienkiej warstwy smarującej na powierzchni uszczelniającej. Jeśli warstwa smarująca jest zbyt cienka, pierścień O wchodzi w bezpośredni kontakt z powierzchnią metalową, co powoduje gwałtowny wzrost zużycia; jeśli natomiast warstwa smarująca jest zbyt gruba, może to prowadzić do zewnętrznego przeciekania lub przecieków wewnętrznych. Materiały firmy Parker zaznaczają również, że warstwa smarująca jest usuwana przez tarcie, a eksploatacja staje się bardziej krucha; niewystarczająca grubość warstwy smarującej może powodować niepożądane przecieki, dlatego uszczelnienie dynamiczne wymaga osiągnięcia równowagi między tarciem a przeciekami.

Uszczelnienia hydrauliczne ruchome nie powinny szczególnie dążyć do „doskonałej czystości bez oleju”. Materiały firmy Dichtomatik dotyczące pierścieni O wskazują, że lekkie mikroprzecieki w dynamicznych uszczelnieniach hydraulicznych sprzyjają raczej tworzeniu się warstwy smarującej, obniżając tarcie i zużycie.

4. Opór rozruchu wpływa na ruch urządzenia

Uszczelka dynamiczna musi rozróżniać tarcie startowe od tarcia dynamicznego w trakcie ruchu. W podręczniku firmy Parker zaznaczono, że w zastosowaniach dynamicznych należy pokonać tarcie statyczne przy rozpoczęciu ruchu oraz tarcie dynamiczne w trakcie ruchu; podręcznik wskazuje, że tarcie statyczne przy starcie jest szczególnie istotne w zastosowaniach z ruchem posuwisto-zwrotnym i w cylindrach; podręcznik zaznacza również, że tarcie statyczne (break-out) uszczelki z elastomeru jest zwykle znacznie wyższe niż tarcie dynamiczne.

Jest to bardzo ważne dla personelu odpowiedzialnego za konserwację urządzeń. Zbyt duże opory przy starcie mogą powodować: brak ruchu małego cylindra lub jego powolne powrót do pozycji wyjściowej; niesprawność pneumatycznego cylindra przy niskim ciśnieniu; pełzanie lub drgania hydraulicznego cylindra; niestabilne pozycjonowanie w systemach serwo lub proporcjonalnych; większe obciążenie silnika, pompy i źródła sprężonego powietrza; trudności z uruchomieniem ruchu po długotrwałym postoju.

5. Uszczelki z ruchem posuwisto-zwrotnym są bardziej narażone na zużycie, skręcanie i wypychanie

Podczas ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka uszczelnienie pierścieniowe typu O-ring może ulec następującym uszkodzeniom: spłaszczeniu powierzchni ślizgowej; wyciąganiu lub odrywaniu powierzchni; skręceniu spiralnemu; podgryzaniu krawędzi pod wpływem wysokiego ciśnienia; wyciskaniu i przecinaniu krawędzi; uszkodzeniom spowodowanym przepaleniem oleju; ścieraniu przez cząstki zanieczyszczeń.

W warunkach dynamicznych luz, szczyty ciśnienia oraz prędkość działają współbieżnie, co powoduje łatwiejsze wciskanie się uszczelnienia typu O-ring w luz. W materiałach firmy Angst+Pfister zaznaczono, że w zastosowaniach dynamicznych – z uwagi na występowanie luzu oraz wpływ wysokiego ciśnienia – konieczne jest okresowe sprawdzanie zgodności materiału z medium roboczym, zgodności z używanym smarem oraz wpływu ciepła tarcia i zanieczyszczeń.

Dlaczego nie można go bezpośrednio modelować na podstawie projektowania uszczelek statycznych

Uszczelka tłoka pracującego w ruchu posuwisto-zwrotnym nie działa według zasady „im silniej dociskamy pierścień O-ring, tym lepsza jest jego niezawodność”. Zbyt duże dociskanie może wręcz przyspieszyć awarię. Poprawne zaprojektowanie musi uwzględniać równowagę między siłą uszczelniającą, siłą tarcia, oporem rozruchowym, warstwą smarującą oraz czasem eksploatacji.

4. Uszczelki wału obrotowego: Najwyższe ryzyko stosowania pierścienia O-ring bezpośrednio jako uszczelki obrotowej

Typowe scenariusze: wolnoobrotowe wały, zawory obrotowe, łącza obrotowe, wolnoobrotowe wały regulacyjne, krótkotrwałe mechanizmy obrotowe.

Rodzaj uszczelnienia: między pierścieniem uszczelniającym typu O-ring a obracającym się wałem lub otworem obrotowym występuje ciągłe tarcie w kierunku obwodowym.

W porównaniu do uszczelnienia tłokowego typu posuwisto-zwrotnego uszczelnienie wału obrotowego niesie ze sobą jeszcze większe ryzyko, ponieważ ruch obrotowy nie ma wyraźnego „punktu końcowego skoku” — pas styku jest przez długi czas poddawany ciągłemu tarcie, a ciepło gromadzi się w tym samym pasie uszczelniającym; w przypadku słabego smarowania lub wysokiej prędkości obrotowej pierścień uszczelniający typu O-ring jest bardzo podatny na spalanie, utwardzanie się, zużycie, przywieranie lub powstawanie trwałej deformacji.

Szczególne uwagi wymagane przy projektowaniu pierścieni uszczelniających typu O-ring do zastosowań obrotowych:

Prędkość obwodowa

Im większy średnica wału i im szybsze jego obroty, tym wyższa prędkość liniowa oraz większe ciepło tarcia. Nie wystarczy brać pod uwagę wyłącznie liczby obrotów na minutę (rpm) — należy obliczyć prędkość liniową powierzchni wału.

Niski stopień ściskania

Uszczelnienie obrotowe zwykle wymaga mniejszego stopnia ściskania niż uszczelnienie statyczne. Na wykresie rowków pod uszczelnienia obrotowe firmy Parker przedstawiono, że różne przekroje mają znacznie różne zalecane wartości ściskania w warunkach pracy obrotowej; np. niektóre tabele specyfikacji podają zakres 0–11% lub niższy.

Położenie źródła smaru

W przypadku uszczelnienia obrotowego należy zapewnić obecność smaru w pobliżu strefy kontaktu uszczelniającej, aby uniknąć tarcia suchego; na wykresie rowków pod uszczelnienia obrotowe firmy Parker zaznaczono również, że uszczelnienie powinno być jak najbliżej medium smarującego.

Wahania osi wału, mimośród i jakość powierzchni

Okrągłość wału, jego mimośród, chropowatość, twardość oraz ślady obróbki wpływają na stabilność warstwy olejowej; nadmierne polerowanie lub nieodpowiednie ślady obróbki mogą również zakłócić warstwę smarującą.

Siła odśrodkowa i położenie rowka

Zgodnie z notatkami firmy Parker dotyczącymi materiałów do uszczelnień obrotowych, ze względu na działanie siły odśrodkowej rowek nie powinien być umieszczony na wale.

Wybór materiału i konstrukcji

W przypadku obrotu z dużą prędkością lub ciągłego obrotu zwykłe uszczelki gumowe typu O-ring często nie są najlepszym pierwotnym rozwiązaniem uszczelniającym. Należy rozważyć zastosowanie dedykowanych uszczelek wargowych do wałów obrotowych, uszczelek wargowych z PTFE, uszczelek mechanicznych, uszczelek kombinowanych lub wykorzystanie uszczelki typu O-ring wyłącznie jako elementu elastycznego zapewniającego docisk.

Dlaczego nie można jej modelować na wzór uszczelnienia statycznego promieniowego

W prowadnicy uszczelnienia statycznego promieniowego można zastosować większe dociskanie promieniowe, które w przypadku wału obrotowego bezpośrednio przekształca się w moment tarcia i generowanie ciepła. Skutkiem tego może być: brak przecieków w krótkim okresie, ale gwałtowne nagrzanie się, spalenie uszczelki typu O-ring oraz powstanie zadrapań na powierzchni, co ostatecznie prowadzi do znacznie bardziej intensywnych przecieków.

Porównanie inżynierskie czterech typów uszczelek

Dlaczego ten sam projekt nie może być bezpośrednio ponownie wykorzystany

1. „Wysokie ściskanie” uszczelnienia statycznego staje się „źródłem wysokiego tarcia” w uszczelnieniu dynamicznym

W przypadku uszczelnień statycznych zwiększenie stopnia ściskania zwykle poprawia początkową niezawodność uszczelnienia. Jednak w przypadku uszczelnień dynamicznych zwiększenie ściskania bezpośrednio podnosi ciśnienie kontaktowe, co prowadzi do wzrostu tarcia, generowania ciepła, oporu rozruchowego oraz zużycia. Materiał firmy Angst+Pfister wyraźnie określa, że w zastosowaniach dynamicznych należy zmniejszyć odkształcenie przekroju poprzecznego, aby ograniczyć tarcie, zużycie oraz wzrost temperatury.

2. To, że powierzchnia uszczelnienia statycznego jest odpowiednia, nie oznacza, że powierzchnia uszczelnienia dynamicznego również jest odpowiednia

Powierzchnia uszczelnienia statycznego wymaga jedynie długotrwałego kontaktu — nie wymaga natomiast długotrwałego poślizgu. Chropowatość, ślady obróbki i czystość wpływają na trwałość. Chropowatość powierzchni akceptowalna dla uszczelnienia statycznego może szybko zużyć pierścień uszczelniający w uszczelnieniu dynamicznym.

3. Uszczelnienia dynamiczne wymagają warstwy smarującej, uszczelnienia statyczne zazwyczaj nie wymagają jej stosowania

Uszczelnienia statyczne dążą do ścisłego, szczelnego kontaktu. Uszczelnienie dynamiczne musi utrzymywać odpowiednią warstwę smarującą — brak warstwy olejowej powoduje przypalenie się uszczelnienia; zbyt gruba warstwa olejowa może powodować wycieki. Cel „całkowicie bez wycieków”, charakterystyczny dla myślenia o uszczelnieniach statycznych, zastosowany do uszczelnienia posuwistego lub obrotowego może prowadzić do suchego styku uszczelniającego, wyższego tarcia oraz skrócenia czasu życia uszczelnienia.

4. Uszczelnienia dynamiczne mają opór rozruchowy, uszczelnienia statyczne nie posiadają tego parametru

Uszczelka statyczna nie wykonuje ruchu — nie trzeba zwracać uwagi na tarcie startowe. Uszczelka dynamiczna musi uwzględniać tarcie rozruchowe, czyli opór, który należy pokonać przy pierwszym ruchu po wyłączeniu urządzenia. Zbyt duże opory rozruchowe mogą spowodować, że mały cylinder nie wykona ruchu, cylinder hydrauliczny będzie się przesuwał niekontrolowanie („pełzał”), wałek zaworu zaklinuje się lub odpowiedź serwonapędu będzie opóźniona. W podręczniku firmy Parker zaznaczono, że tarcie statyczne startowe materiałów elastomerowych jest zwykle znacznie wyższe niż tarcie dynamiczne i zależy od czasu postoju, materiału, geometrii oraz stanu powierzchni.

5. Uszczelki dynamiczne mają określony okres użytkowania związany z zużyciem, natomiast uszczelki statyczne ulegają głównie starzeniu

Życie uszczelki statycznej zależy głównie od odkształcenia permanentnego, temperatury, medium, ozonu, starzenia się oraz stanu montażu. Życie uszczelki dynamicznej musi uwzględniać dodatkowo drogę poślizgu, prędkość, ciśnienie, smarowanie, cząstki zanieczyszczeń oraz ciepło tarcia. Oznacza to, że trwałość uszczelki dynamicznej nie jest oceniana na podstawie pytania „czy po montażu występuje wyciek?”, lecz na podstawie pytania „ile cykli pracy i ile godzin postoju w stanie spoczynku przy zachowaniu braku wycieku lub niskiego tarcia?"

6. Uszczelka obrotowa musi również uwzględniać prędkość liniową i siłę odśrodkową

Uszczelnienie obrotowe wału nie może być zaprojektowane po prostu poprzez wykonanie rowka statycznego uszczelniającego promieniowo. Podczas obrotu pierścień O podlega ciągłemu tarciu obwodowemu; prędkość liniowa, biój wału, siła odśrodkowa oraz dopływ smaru wpływają na jego trwałość. W notach firmy Parker dotyczących materiałów pierścieni O do zastosowań obrotowych podkreśla się, że prędkość, ciśnienie, stopień ściskania oraz położenie rowka stawiają specyficzne wymagania – co samo w sobie oznacza, że uszczelnienie obrotowe nie może korzystać bezpośrednio z ogólnego rowka statycznego promieniowego.

Metoda oceny przy konserwacji i doborze

Przy diagnozowaniu usterki na miejscu nie należy najpierw pytać: „jak duży jest ten pierścień O?” — należy zadać najpierw pytanie:

Po pierwsze: czy po montażu występuje jakiekolwiek względne ruchy?

Jeśli ruchów nie ma, projekt uszczelnienia musi być statyczny; jeśli występuje ruch posuwisto-zwrotny, obrotowy lub drgający, konieczne jest zastosowanie projektu uszczelnienia dynamicznego.

Po drugie: jaki rodzaj ruchu występuje?

Uszczelnienia ruchome posuwisto-zwrotne i obrotowe nie mogą być traktowane jako jedna kategoria. Uszczelnienie posuwisto-zwrotne wymaga uwzględnienia skoku, częstotliwości, prędkości, oporu rozruchowego oraz warstwy smarującej; uszczelnienie obrotowe zależy od prędkości liniowej, biegu wału, ciepła tarcia, momentu obrotowego oraz dostawy środka smarującego.

Po trzecie: czy zapewniono wystarczające smarowanie?

Niezależnie od tego, czy jest to olej hydrauliczny, olej smarujący, mgiełka smarująca czy samo medium robocze – musi ono tworzyć stabilną warstwę smarującą. Szczególnie niskie ryzyko utraty warstwy olejowej występuje w środowiskach suchych, zawierających powietrze, środki czyszczące oraz pył.

Po czwarte: czy rowek został zaprojektowany zgodnie ze standardem dla uszczelek dynamicznych?

Sprawdź wartość docisku, szerokość rowka, stopień wypełnienia rowka, zaokrąglenia krawędzi, chropowatość powierzchni, luz, zastosowanie pierścienia wspomagającego oraz ścieżkę montażu. Nie należy dokonywać prostego zastępczego wymiany wyłącznie na podstawie średnicy wewnętrznej i przekroju poprzecznego.

Po piąte: czy materiał nadaje się do zastosowania w warunkach zużycia dynamicznego?

Uszczelki statyczne kładą nacisk na zgodność z medium i odkształcenie permanentne; uszczelki dynamiczne wymagają również uwzględnienia odporności na zużycie, współczynnika tarcia, elastyczności w niskich temperaturach, odporności na ciepło oraz zgodności z olejami smarującymi.

Szóste pytanie: na co wskazuje ślad uszkodzenia?

Jeśli powierzchnia uszczelki pierścieniowej (O-ring) jest wytarta, błyszcząca, odcinają się od niej drobinki proszku, materiał staje się sztywny, spalony, skręcony spiralnie lub występują na niej częściowe ślady ugryzienia – zwykle nie rozwiąże tego problemu prosta zamiana uszczelki na inną o tym samym rozmiarze; błąd leży w samej konstrukcji uszczelki.

Podsumowanie doboru dla klientów

Uszczelka pierścieniowa (O-ring) do zastosowań statycznych i uszczelka pierścieniowa do zastosowań dynamicznych mogą wyglądać identycznie, ale logika ich projektowania różni się.

Uszczelki statyczne czołowe mogą skupiać się na stopniu ucisku, sztywności kołnierza oraz pojemności rowka i zgodności z medium i temperaturą.

Uszczelki statyczne promieniowe mogą skupiać się na nadmiarze promieniowym, fazie montażowej, luzie ekstruzji oraz pierścieniu wspierającym.

Uszczelki tłokowe ruchome musi dodatkowo sprawdzić prędkość, tarcie, smarowanie, zużycie, opór w uruchomieniu i szczyt ciśnienia.

Zęby z kołowymi zębami należy dodatkowo sprawdzić prędkość prędkości liniowej, moment obrotowy, ciepło z powodu tarcia, dopływ smaru, przebieg wału i pozycję rowu; nie zaleca się zwykłego obrotu o dużej prędkości, aby jako główną uszczelnienie stosować ogólny pierście

Najczęstszym błędem w inżynierii jest: widząc ten sam wymiar i zakładając, że jest wymiennik; widząc brak statycznej przecieki i zakładając, że projekt jest wykwalifikowany.

Prawidłowe osądy powinny być następujące: uszczelniacz statyczny sprawdza, czy może pozostać uszczelniony przez długi czas po kompresji; uszczelniacz dynamiczny sprawdza, czy może pozostać uszczelniony i działać bezproblemowo przez długi czas w warunkach prędko