اهمیت، انواع و انتخاب اورینگ مناسب نشت‌بندی کمپرسور شعاعی

نشت (Leakage) در کمپرسور یا فن، به خروج ناخواسته سیال از سیستم فشرده‌سازی اشاره دارد؛ این پدیده می‌تواند در نقاط مختلفی از کمپرسور، مانند اتصالات و نشت‌بندها، رخ دهد. نشتی نه تنها باعث کاهش کارایی تجهیز می‌شود، بلکه هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد؛ و در صورتی که سیال فرایندی قابل اشتعال یا سمی باشد، می‌تواند باعث بروز خطرات محیطی و مسائل ایمنی شود.

اهمیت نشت‌بندی در تجهیزات دوار

نشت‌بندی (Sealing) در تجهیزات دوار برای جلوگیری از نشتی، حفظ فشار و اطمینان از عملکرد کارآمد سیستم بسیار حیاتی است. نشت‌بندی مناسب می‌تواند باعث:

·         حفظ کارایی: نشت‌بندها با قابلیت اطمینان بالا منجر به باقی ماندن گاز یا هوای فشرده در سیستم شده  و کارایی بیشتر کمپرسور یا فن را تامین می‌کنند.

·         ایمنی: نشت‌بندها از نشت گازهای  خطرناک، سمی و قابل اشتعال جلوگیری می‌کنند و از ایمنی محیط و کارکنان حفاظت می‌کنند.

·         صرفه‌جویی در هزینه‌ها: کاهش نشتی نیاز به صرف انرژی اضافی برای جبران افت‌ها را کاهش داده و هزینه‌های عملیاتی را پایین می‌آورد.

·         طول عمر تجهیزات: نشت‌بندی مناسب از سایش و خرابی قطعات کمپرسور یا فن می‌کاهد و طول عمر آن‌ها را افزایش می‌دهد.

 

انتخاب O-ring مناسب برای یک تجهیز، به طور کلی شامل 4 است:

1) انتخاب جنس و نوع O-ring

 

2) تعیین ابعاد O-ring، قطر داخلی و خارجی

2.1) ابعاد شیار (Groove)

2.2) انتخاب وتر و قطر O-ring

 

3) انتخاب چیدمان O-Ring

 

4)     بررسی محدوده‌ی تلرانس

 

1)   انتخاب جنس و نوع O-ring

به طور کلی جنس Static O-Rings به سه دسته‌ تقسیم می‌شوند:

1)     Metal O-ring

2)     Plastic O-ring

3)     Elastomer O-ring

 

Metal O-ring (1.1

جنس: معمولاً از فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، یا برنج

کاربرد: در محیط‌های با فشار و دمای بالا که ممکن است O-rings الاستومریک به مشکل بخورند.

ویژگی: مقاومت عالی در برابر تماس با مواد شیمیایی، دماها و فشارهای بالا

شکل 1) Metal O-ring

 

Plastic O-ring (1.2

جنس: از پلاستیک‌هایی مانند پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP) یا PTFE (تفلون)

کاربرد: معمولاً در مواردی که مقاومت در برابر خوردگی مهم است.

ویژگی: سبک، مقرون به صرفه و مقاوم در مقابل دما و فشارهای نسبتا بالا

شکل 2) Plastic O-ring

 Elastomer O-ring (1.3

جنس: پلاستومرها یک کلاس از مواد پلیمری هستند که ویژگی‌هایی بین پلاستیک و الاستومر دارند. این حلقه ها تراکم ناپذیرند و اعمال فشار بر روی آن‌ها منجر به تغییر شکل آن‌ها می‌گردد. این مواد قابلیت برگشت به حالت اول خود را دارند.

کاربرد: معمولاً در مواردی که مقاومت در برابر خوردگی مهم است و فشار و دمای کاری بالا است.

ویژگی: تمام ویژگی‌های Plastic O-ring + انعطاف‌پذیری، مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر خورندگی

شکل 3) Elastomer O-ring

(1.4 Perfluoroelastomer (FFKM) O-ring

جنس: حاوی سطوح بالاتری از فلورین نسبت به الاستومرهای فلورکربن (FKM) است.

کاربرد: در محیط‌هایی که نیازمند مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و دماهای بالا است.

ویژگی: بهترین مقاومت شیمیایی در میان مواد الاستومریک

شکل 4) Perfluoroelastomer O-ring

 

2) تعیین ابعاد O-ring، قطر داخلی و خارجی

 

2.1)  ابعاد شیار (Groove)

مطابق با شکل زیر، شیار محل قرارگیری O-Ring دارای یک ارتفاع(H) و یک عرض(W) است و O-Ring نیز با یک وتر یا ضخامت (D) نشان داده می‌شود.

شکل5) ابعاد شیار یک O-ring

انتخاب وتر مناسب برای O-Ring به نوع سیال و ابعاد شیاری بستگی دارد که در داخل آن قرار می‌گیرد. هر حلقه در حدود %70 حجم شیار را اشتغال می‌کند و از طرفی وجود فضای خالی در شیار برای عملکرد درست O-Ring ضروری است. در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، میزان فشردگی (Compression) در Elastomer O-ring مرسوم در حدود %15 تا %20 است و این محدوده برای Perfluoroelastomer O-ring به علت متفاوت بودن جنس حلقه، به میزان %13 تا %15 است. در صورتی که دمای کاری متفاوت باشد، حلقه دچار انبساط شده که که باید در تعیین وتر درنظر گرفته شود. میزان درصد انبساط (Expansion) در جدول 1 مطابق با دما نشان داده شده است.

 

جدول 1) درصد انبساط در دمای های مختلف

 

 

 

2.2)  انتخاب وتر و قطر O-ring

هر O-Ring دارای سه مشخصه؛ قطر داخلی(ID)، قطر خارجی(OD) و قطر/ وتر(D/CS) است.

شکل6) ابعاد مشخصه یک O-ring

 

برای تعیین وتر و قطر داخلی یک O-ring، دو استاندارد اینچ و متریک موجود است که استاندارد اینچ بر مبنای British Standard BS 4518 وSwedish Document SMS 1588 و استاندراد متریک بر مبنایISO 16032 تهیه شده‌اند. مطابق با این استانداردها، محدوده‌ی بیشینه و کمینه قطر داخلی تنها بر اساس 5 مقدار وتر مشخص می‌شوند. در جدول 2 برای هر دو استاندارد متریک و اینچ، مقادیر وتر به میلی‌متر و محدود‌ه‌ی بیشینه و کمینه‌ی قطر داخلی نشان داده شده است.

 

جدول 2) ابعاد مشخصه اورینگ در استاندارد متریک و اینچی

 

پس از تعیین وتر و قطر داخلی، اندازه قطر خارجی به صورت زیر محاسبه می شود:

 

3) انتخاب چیدمان O-Ring

3.1)  چیدمان نرینگی (Male Grand Seal)

در این چیدمان شیار ایجاد شده بر روی قطر خارجی ایجاد می‌شود. نوع قرارگیری حلقه در شیار به صورت در راستای شعاع (Radially Sealed) است.

شکل7) Male Gland seal arrangement

3.2)  چیدمان مادگی (Female Grand Seal)

در این چیدمان شیار ایجاد شده بر روی قطر داخلی ایجاد می‌شود. نوع قرارگیری حلقه در شیار به صورت در راستای شعاع (Radially Sealed) است.

شکل8) Female Gland seal arrangement

 3.3)  چیدمان صفحه‌ای (Face Seal)

در این چیدمان شیار ایجاد شده بر روی سطح صاف ماشین‌کاری ایجاد می‌شود. نوع قرارگیری حلقه در شیار به صورت در راستای محوری (Axially Sealed) است.

شکل9) Face seal arrangement

 

4)  بررسی محدوده‌ی تلرانس

با مشخص شدن وتر حلقه، نیاز به بررسی محدوده‌ی انطباق تلرانس‌های انطباقی نسبت تراکم است. با توجه به تلرانس‌های شیار و تلرانس‌های O-ring،  نسبت تراکم (Compression Ratio) به صورت زیر محاسبه می‌شود:

مطابق با جدول 3 تلرانس‌های مربوط به هر وتر نشان داده شده است.

 

جدول 3) تلرانس های انطباقی

 

برای محاسبه فرمول فوق نیاز به داشتن Gland Height است که این مقدار مطابق شکل زیر برابر با H+Clearance  است:

 

شکل10) مشخصات حلقه‌ی تحت فشار

بررسی الزام نسبت تراکم، در 3 حالت به صورت زیر محاسبه می‌شوند:

 حالت اول)  محاسبه بدون اعمال تلرانس

حالت دوم)  محاسبه برای حالتی که ابعاد اورینگ بیشینه و ابعاد شیار کمینه باشد

حالت سوم)  محاسبه برای حالتی که ابعاد اورینگ کمینه و ابعاد شیار بیشینه باشد

 در صورت قرارگیری در محدوده‌ی مجاز %5 تا %30 درصد، وتر انتخاب شده برای O-Ring مورد قبول است، اما در صورتی که این الزامات رعایت نشوند، نیاز به انتخاب قطر دیگر و تکرار محاسبات است. این فرایند تا رسیدن به وتر مطلوب تکرار می‌شوند.

 

 تهیه شده توسط دپارتمان تحقیق و توسعه