1. Prečo chladiace látky a chladiaci olej skracujú životnosť O-krúžkov

O-rings v chladiacich systémoch sú súčasne vystavené trom účinkom.

Po prvé, nafukovanie alebo extrakcia média. Malé molekuly chladiacej kvapaliny vstupujú do gumového siete, čo spôsobuje zmeny hmotnosti, objemu, tvrdosti, pevnosti v ťahu a predĺženia; chladiaci olej môže tiež vniknúť do gumy a extrahovať plastifikátory a prísady, čo spôsobuje, že sa materiál najprv zmäkčí a potom ztvrdne, alebo sa zmenší po ukončení činnosti chladiacej kvapaliny. Údaje spoločnosti Chemours o R134a jasne uvádzajú, že rozširovanie, straty plastifikátorov a zmeny mechanických vlastností nesmú byť posudzované na základe jediného chladiaceho prostriedku, pretože žiadna jediná rodina gumy nepokrýva všetky náhradné chladiace prostriedky.

Po druhé, zlá odolnosť pri tepelnom cyklovaní, nízka odrazivosť pri nízkych teplotách a zlyhanie pri stlačení. Aplikácie v chladnom prostredí, výparníkoch a na strane nasávania vyžadujú nízky stlačovací úbytok; kompresorové, výfukové a tepelné čerpadlá vysokoteplotných podmienok vyžadujú tiež nízky stlačovací úbytok. Miera, do akej O-ring dlhodobé stlačenie nedokáže zásadne obnoviť pôvodný stav, meria základnú tesniacu silu; čím je hodnota väčšia, tým ľahšie sa stráca tesniaca sila.

Po tretie, riziko cyklovania tlaku a rýchleho uvoľnenia tlaku. Systémy s HFC/HFO sa zameriavajú predovšetkým na rozpustnosť, prienik a kompresnú deformáciu; systémy s CO₂/R744 musia okrem toho vziať do úvahy poškodenie spôsobené rýchlym dekomprezným procesom – molekuly CO₂ vstupujú do gumy za vysokého tlaku a rýchle uvoľnenie tlaku môže spôsobiť vnútorné puchnutie gumy, praskliny alebo dokonca prasknutie O-krúžku.

2. Výber materiálov podľa chladiaceho systému ako prvého kroku

A. R134a / HFC + PAG alebo POE: Hlavný scenár pre automobilové klimatizácie a tradičné chladenie

R134a sa v automobilových klimatizačných systémoch často používa spolu s olejom PAG a v chladničkách, kompresoroch a zariadeniach s čiastočným zaťažením spolu s olejom POE. Pri O-krúžkoch je potrebné materiál overiť vzhľadom na chladiacu kvapalinu HFC, olej PAG/POE, tepelné starnutie, kompresnú deformáciu a straty pri inštalácii. Údaje spoločnosti Chemours ukazujú, že kompatibilita R134a s gumičkami, kovmi a elastomermi vyžaduje overenie špecifické pre každý projekt; rozpustnosť oleja POE v HFC-134a sa zvyčajne určuje výrobcom kompresora alebo zariadenia prostredníctvom testovania.

Odporúčané smery:

V Parker v príručke pre O-kruhové tesnenia sa zmesi CR označujú ako bežne používané pre chladiace prostriedky R134a alebo R22 a podobné chladiace prostriedky, pričom typický statický teplotný rozsah je od –40 do 100 °C; teplotný rozsah HNBR je často od –35 do 150 °C; štandardné značky NBR sú väčšinou od –35 do 100 °C; EPDM sa bežne používa v rozsahu od –50 do 150 °C. Toto vrstvenie teplôt vysvetľuje: NBR môže byť lacný, avšak v dlhodobých automobilových klimatizačných systémoch s vysokou teplotou, prítomnosťou kyslíka a požiadavkami na stlačenie sa nemal používať ako predvolená voľba.

B. R1234yf / HFO + PAG alebo POE: vozidlá s alternatívnymi zdrojmi energie, klimatizácia osobných automobilov, tepelné čerpadlá

R1234yf je chladiaca látka typu HFO a stala sa dôležitým smerom náhrady pre automobilové klimatizačné systémy. Údaje spoločnosti Chemours označujú Opteon YF ako R-1234yf/HFO-1234yf; podľa bezpečnostných tried ASHRAE a ISO 817 je klasifikovaná ako A2L: výkonnosť a prevádzkové charakteristiky sú podobné R134a, avšak musia sa používať špeciálne formulované oleje PAG alebo POE určené výhradne pre R1234yf a nemôže sa považovať za jednoduchú náhradu pri retrofitovaní.

Z hľadiska kompatibility materiálov ukázali pevné skúšky kompatibility elastomérov spoločnosti Chemours pri teplote 100 °C po dobu 2 týždňov pri porovnaní R1234yf a R134a, že materiál HNBR vykazoval väčšiu zmenu hmotnosti pri ponorení do R134a, zatiaľ čo pri ponorení do HFO-1234yf bola zmena hmotnosti menšia; zmena hmotnosti EPDM bola výrazne vyššia v porovnaní s materiálmi HNBR, NBR, EPDM a CR. Viton® bol najodolnejší, avšak rôzni výrobcovia a výrobné procesy môžu dávať odlišné výsledky, preto by mali materiály poskytovať dodávatelia materiálov.

Odporúčania pre výber:

Poznámka: systém s chladiacim prostredím R134a nemožno jednoducho prepnúť na R1234yf, a R1234yf sa nesmie miešať do systému s R134a. Spoločnosť Chemours výslovne uvádza, že systém s R1234yf má jedinečné spojky; miešanie chladiacich prostredí predstavuje krížové kontaminácie a komponenty systému sú navrhnuté pre konkrétne chladiace prostredie.

C. Zmes chladiacich prostredí HFC/HFO + POE/PVE: tepelné čerpadlá, komerčné chladenie, chladené systémy

Tepelné čerpadlá a komerčné chladiace zariadenia bežne používajú chladiace prostredia HFC, HFO alebo ich zmesi HFC/HFO, pričom výrobky väčšinou využívajú oleje POE, PVE alebo špeciálne zmesové oleje. V tomto prípade sa závery týkajúce sa materiálov pre R134a alebo R1234yf nedajú priamo uplatniť na systémy s R410A, R32, R454B, R513A, R1234ze a podobné, pretože sa líšia polarita, tlak nasýtených par, prevádzková teplota, rozpustnosť oleja v chladiacom prostredí a zloženie prísad.

Počiatočná logika výberu:

Cieľom normy ASHRAE 97 je posúdiť kompatibilitu tesniacich materiálov s materiálmi chladiacich systémov prostredníctvom testovania v uzavretých sklenených trubičkách; trubička obsahuje chladiacu kvapalinu, mazivo a testované materiály uzavreté v sklenenej trubičke, zvyčajne sa po starnutí otvorí a vykoná sa kvalitatívna alebo kvantitatívna analýza, aby sa posúdila kompatibilita alebo chemická stabilita.

D. CO₂ / R744 + PAG, POE alebo PAO: tepelné čerpadlo vysokého tlaku, komerčné chladenie, automobilové tepelné čerpadlo

CO₂/R744 je ďalšia kategória problému. Jeho chemická korozivita nie je nevyhnutne vysoká, avšak riziko vysokého tlaku, prieniku a explozívnej dekompresie je veľmi vysoké. Parkerove údaje o tesniacich materiáloch pre CO₂ klimatizačné systémy uvádzajú, že prevádzkový tlak systému R744 je výrazne vyšší ako u R134a; prevádzkový tlak R744 môže dosiahnuť 150–160 barov a teplota až 180 °C; pri výbere mäkkých tesniacich materiálov je potrebné sa zamerať na odolnosť voči explozívnej dekompresii.

Medzi materiály, ktoré Parker uvádza pre výber tesniacich materiálov pre CO₂ klimatizačné systémy, patria EPDM, FKM, HNBR a EPDM/BIIR, pričom zdôrazňuje, že tieto materiály musia mať rozsah teplôt od –55 do +200 °C, musia byť kompatibilné s olejmi PAG/PAO/POE, mať nízku priepustnosť a vynikajúcu odolnosť voči explozívnej dekompresii.

Odporúčania pre výber R744:

Pre CO₂/R744 nie je možné použiť bežné automobilové O-krúžky ako náhradu. Aj keď má materiál rovnaký názov (HNBR alebo EPDM), je potrebné rozlišovať, či ide o špeciálny materiál pre R744 s nízkou priepustnosťou a odolný voči explozívnej dekompresii.

3. Ako sa materiály porovnávajú

HNBR: Hlavná voľba pre automobilové klimatizácie

Výhodou HNBR je dobrá odolnosť voči olejom, teplu, mechanická pevnosť a kompresná deformácia v kombinácii. Pre systémy s chladiacimi prostriedkami R134a, R1234yf a olejmi PAG, POE sa HNBR zvyčajne používa ako preferovaný materiál pre O-krúžky automobilových klimatizačných systémov, statické tesnenia kompresorov a tesnenia riadiacich ventilov. Údaje spoločnosti Parker ukazujú, že viaceré stupne HNBR pokrývajú rozsah teplôt od –35 °C / –40 °C do 150 °C a niektoré stupne s nízkou teplotnou odolnosťou sú označené pre scenáre s nízkymi teplotami.

Použiteľné pre: automobilové klimatizácie, potrubia s chladiacimi prostriedkami R134a / R1234yf, statické tesnenia kompresorov, časť systémov tepelných čerpadiel.

Poznámka: Obsah akrylonitrilu (ACN) v HNBR, stupeň hydrogenácie, sieťovací systém a systém plnidiel významne ovplyvňujú odskok pri nízkych teplotách, rozpínanie a zmenu kompresnej deformácie.

EPDM: Dobrá odolnosť voči nízkym teplotám, ozónu a tepelnej starnutosti, avšak odolnosť voči olejom je potrebné overiť

Nízkoteplotné vlastnosti EPDM, odolnosť voči ozónu a tepelne podmienené starnutie sú dobré; pri porovnaní Chemours R134a/R1234yf je zmena hmotnosti EPDM relatívne malá. EPDM však nie je prirodzene vhodný pre všetky typy olejov, najmä pre špeciálne „EPDM odolný voči všetkým PAG/POE/pridaným chladiacim prostriedkom“ určený pre R744, ktorý vyžaduje špeciálny zložkový návrh. EPDM špeciálne pre R744 alebo EPDM/BIIR môžu byť kandidátmi pre systémy vysokého tlaku s CO₂, avšak ich použitie je potrebné posúdiť prípad od prípadu.

FKM: odolný voči vysokým teplotám, nízka priepustnosť, ale nie je univerzálnym materiálom pre R134a/R1234yf

Výhodou FKM je odolnosť voči vysokým teplotám a starnutiu, nízka priepustnosť plynov a široká chemická kompatibilita; stupnice údajov Parker označené ako vhodné pre vysoké teploty, horúce oleje, aromatické rozpúšťadlá a široké chemické prostredia; v testoch elastomérov s pevným deformáciou Chemours pre R1234yf/R134a bola zmena hmotnosti Viton® výrazne nižšia než u HNBR, NBR, EPDM a CR.

Preto by sa FKM v chladiacich systémoch malo vzťahovať na konkrétnu značku a konkrétne prostredie, a nemalo by sa chápať ako „FKM je vysokokvalitné, preto je vhodné pre všetky chladiace média.“

NBR: Nízka cena, ale nie je odporúčané ako štandardné riešenie pre dlhodobé automobilové klimatizácie

NBR je lacné, má dobrú odolnosť voči minerálnym olejom a určitú stabilitu produktu, avšak environmentálna stabilita, odolnosť voči teplu, ozónu a dlhodobému stlačeniu je všeobecne slabšia ako u HNBR. Graf spoločnosti Parker uvádza bežný teplotný rozsah pre NBR predovšetkým ako –35 až 100 °C. Môže sa používať v scenároch s nízkymi nákladmi a nízkymi požiadavkami na teplotu a tlak, avšak nie je odporúčané ako štandardná voľba pre automobilové klimatizácie s chladiacim médium R1234yf, tepelné čerpadlá alebo vysokoteplotné oblasti kompresorov.

CR: Tradičné chladiace médium je použiteľné, avšak jeho schopnosť vydržať vysoké teploty je obmedzená

CR/chloroprenová kaučuková guma má dlhú históriu používania v tradičných chladiacich prostriedkoch; Parkerova tabuľka tiež označuje CR ako často používaný s R134a alebo R22, s typickým horným teplotným limitom okolo 100 °C. Pre moderné automobilové klimatizácie a vysokoteplot

VMQ/FVMQ: Nízka teplota je dobrá, ale vysoký tlak a permeabilita si vyžadujú starostlivosť

Silikónová guma a fluorosilikónová guma majú nízku elasticitu pri nízkych teplotách, čo je vhodné pre niektoré nízkoteplotné statické tesnenia. Ale ich mechanická pevnosť, odolnosť voči trhnutiu, plynová permeabilita a vysokotlaká protiextrúzia sú zvyčajne horšie. Ak sa používajú pre chladiace systémy, mali by sa obmedziť na nízkonapäťové statické tesnenie a musí byť dokončené úplné overenie úniku a tepelného cyklu.

4. Vráť sa. Dizajn sa nemôže spoliehať len na nahradenie materiálov

Zlyhanie O-prsteňa chladiaceho systému často nespôsobuje iba materiál, ale skôr materiál, drážka a proces.

Opuchnutý okraj. Parkerova príručka poukazuje na to, že nápor statického tesniaceho média 25% až 30% objemu je niekedy prijateľný, ale dynamický tesniaci médium by zvyčajne nemal prekročiť 10%; nadmerné opuchnutie zvyšuje riziko extrúzie pri zníženom stlačení.

Anti-extrúzia. Systémy s vysokým tlakom, kompresormi a CO2/R744 musia znížiť výstupnú priepustnosť a v prípade potreby používať záložné kruhy; vysoký tlak tlačí O-krúžok smerom k extrúzii s nízkym tlakom a záložné kruhy môžu toto riziko znížiť.

Výber tvrdosti. 70A sa bežne používa pre všeobecné statické tesnenia a spojky pre elektrické potrubie; 80A sa bežne používa pre vyšší tlak alebo prísnejšiu montáž; 90A sa bežne používa pre CO2/R744, vysokotlakový kompresor alebo tam, kde je potrebná anti-extrúzia, ale schopnosť odrazového a

Overenie nízkej teploty. Nedá sa pozerať iba na „-40 °C“ v technickej dokumentácii materiálu. Pri automobilových tepelných čerpadlách a testovaní chladiacich systémov za nízkych teplôt je potrebné overiť TR10, odskok kompresie pri nízkych teplotách, úniky pri štarte po státí v zime a úniky pri tepelnom cyklovaní; ztvrdnutie gumových dielov pri nízkych teplotách, nedostatočná kompresia – najčastejšie vznikajú úniky v momente štartu po státí v zime.

Povrch a montáž. O-krúžky na potrubných spojoch často vykazujú rezanie, skrúcanie, suchú montáž a problémy s trením pri inštalácii. Je potrebné kontrolovať zaoblenie hran, drsnosť povrchu, mazivo pre montáž a kompatibilitu s chladiacim prostredím; v systémoch s R1234yf a CO₂ je tiež potrebné vyhýbať sa olejom, ktoré by mohli kontaminovať alebo ovplyvniť detekciu únikov.

5. Odporúčaný postup overovania

Pre výber O-krúžkov pre chladiace prostredie a chladiace oleje sa odporúča absolvovať aspoň štyri kategórie overovania:

ASTM D471 pokrýva zmenu kvality, objemu, tvrdosti, pevnosti v ťahu a predĺženia gumy po ponorení do kvapaliny a je základnou metódou na skríning kompatibility s chladiacim olejom. Avšak samotný chladivo nie je jedinou relevantnou kvapalinou a testovanie by sa malo vykonávať spolu s testovaním v prítomnosti stlačeného chladiva a oleja. Trelleborg tiež upozorňuje, že tabuľky kompatibility sú založené na verejných údajoch a laboratórnych testoch a krátkodobé testovanie pri izbovej teplote nemôže plne reprezentovať prevádzkové podmienky; používatelia by mali potvrdiť výsledky prostredníctvom skutočného aplikovaného testovania.

V systémoch s vysokým tlakom CO₂/R744 by sa mal tiež pridať test RGD/AED na explozívnu dekomprimáciu. ISO 23936-2 a NORSOK M710 sa týkajú overenia kvalifikácie nemetalických materiálov, pričom príloha B normy NORSOK M710 je presne testom rýchlej plynovej dekomprimácie, nazývaným tiež testom explozívnej dekomprimácie.

6. Odporúčania pre výber pre zákazníkov

Zákazníci z oblasti automobilového klimatizácie

O-krúžky pre spojky potrubia R134a alebo R1234yf – uprednostniť najprv HNBR 70A/80A; na vysokotlakovú stranu a spojky kompresora možno zvážiť HNBR 80A/90A. Pri tepelných čerpadlách a elektrických kompresoroch nových energií je potrebné nezávisle potvrdiť použitie oleja POE alebo špeciálneho oleja PAG – nesmie sa postupovať len na základe skúseností s palivovými vozidlami s R134a/PAG.

Zákazníci tepelných čerpadiel

Zložitosť systémov tepelných čerpadiel spočíva v širokom rozsahu cyklu vysokých a nízkych teplôt, pričom je potrebné súčasne zabezpečiť nízkoteplotný odskok na nasávacej strane a vysokoteplotnú kompresiu na výfukovej strane. Odporúča sa uprednostniť hodnotenie nízkoteplotných materiálov HNBR, EPDM a overených materiálov FKM – nie je vhodné odporúčať výber iba na základe bežných tabuliek kompatibility prostredí.

Zákazníci kompresorov

Zameranie tesniacich prvkov kompresorov je na vysokoteplotný chladiaci olej, rozpustnosť chladiaceho prostriedku, tlakové impulzy a dlhodobé stlačenie. HNBR je bežnou voľbou; v oblasti vysokých teplôt možno posúdiť špeciálne FKM, avšak musí sa overiť v skutočnom chladiacom oleji a chladiacom prostriedku. Kompressory pre CO₂ sa musia navrhovať podľa logiky tesnenia pri vysokom tlaku R744.

Zákazníci chladiacich zariadení s CO₂/R744

Uprednostňujte požiadavku, aby dodávateľ poskytol údaje o formulácii špeciálne určenej pre R744/CO₂, vrátane odolnosti voči explozívnej dekompresii, nízkej priepustnosti, cyklovaniu tlaku, odrazu pri nízkych teplotách a kompatibility s olejmi PAG/POE/PAO. Bežné označenia materiálov – HNBR, EPDM, FKM – nestačia ako dôkaz.

7. Oblasti, ktoré je nutné potvrdiť pri nákupnom alebo technickom komunikovaní

Pri žiadosti o cenové ponuky od dodávateľov tesniacich dielov poskytnite aspoň tieto informácie:

8. Najčastejšie chyby

Chyba č. 1: Zamýšľanie sa iba nad chladivom, nie nad chladiacim olejom. PAG, POE, PAO, PVE majú odlišné vlastnosti vo vzťahu k nádušnosti a nízkoteplotným charakteristikám; olej často ovplyvňuje nádušnosť a ztvrdnutie gumy viac ako chladivo.

Chyba číslo dva: Priame použitie skúseností s R134a na R1234yf. Výkon R1234yf je podobný výkonu R134a, avšak systém, olej, požiadavky na bezpečnosť A2L a servisné rozhrania sú všetky odlišné; materiály musia byť tiež nezávisle overené vzhľadom na R1234yf + špecifikovaný olej.

Chyba číslo tri: Predpoklad, že FKM je vždy lepší ako HNBR. FKM má výhody pri vysokých teplotách a níkej priepustnosti, avšak v testoch výberu pre R134a/R1234yf sa zmena hmotnosti Viton® nie je nevyhnutne najmenšia; je potrebné overiť konkrétny zloženie a skutočné testovanie.

Chyba číslo štyri: Výber CO₂/R744 iba na základe chemickej kompatibility. Hlavné riziko R744 je vysoký tlak, priepustnosť, rýchla dekompresia, odolnosť proti extrúzii a odraz pri nízkych teplotách; bežné tabuľky kompatibility chladiacich médií nestačia.

Chyba číslo päť: Považovanie farby za dôkaz materiálu. Zelené tesniace krúžky sa v automobilových klimatizačných systémoch s HNBR bežne vyskytujú, avšak farba nie je dôkazom materiálu; je potrebné overiť triedu materiálu, šaržu, tvrdosť, skúšobný protokol a overenie v aplikácii.