اورینگ چیست

اورینگ چیست؟
 
تعریف اورینگ
 
اورینگ یک شیء به شکل دونات (یک نوع پیراشکی) است که مابین دیواره‌های گلند (جایی که اورینگ در آن نصب می‌شود) فشرده می‌گردد .

این فشردگی منجر به صفرشدن نشتی مایعات و گاز‌ها و همچنین یک آب‌بندی موثر می‌گردد.

اورینگ بر اساس سه پارامتر تعریف می‌شود :

1. ابعاد :

قطر داخلی اورینگ (Inside Diameter)
ضخامت اورینگ (Cross Section)
2. سختی اورینگ (Durometer) – shore A hardness

3. مواد ساخته شده (Material)
 
در شکل زیر 3 حالت کاربردی استفاده از اورینگ که بر دو اساس استوار می‌باشد را نشان می‌دهد .

حالت استاتیک: گلند ثابت و بدون حرکت می‌باشد و در صنعت به نام Face Seal شناخته می‌شود .
حالت داینامیک: گلند متحرک است که اگر گلند بر روی پیستون طراحی شده باشد در صنعت به نام Piston Seal و اگر بر روی بدنه طراحی شده باشد به نام Rod Seal شناخته می‌شود.
 
 
اورینگ چگونه کار می کند؟
 
سیستم آب‌بندی که به درستی طراحی شده باشد، شامل چند درجه فشردگی اولیه اورینگ می‌باشد.

در فشار اتمسفر حالت ارتجاعی اورینگ فشرده‌شده به تنهایی عملیات آب‌بندی را فراهم می‌کند .

به هر حال سیستم فشاری که باعث آب‌بندی می‌گردد ، اورینگ را مجبور می‌کند تا به سمت دیواره گلندی که کمترین فشار را دارد برود.

درصورت تغییر شکل و دفرمگی ، اورینگ به سمت صفرکردن نشتی و بندآوردن هرگونه نشتی بیشتر تغییر شکل می‌دهد.

در شکل زیر در بخش پنجم روند افزایش فشار و اثر آن بر آب‌بندی را نشان می‌دهد.
 
 
قطر داخلی اورینگ (Inside Diameter)
 
برای فراهم کردن یک آب‌بندی موثر قطر داخلی اورینگ (ID) باید کوچکتر ازگروو (Groove) پیستون باشد .

در نتیجه این مقدار کشش کم برای جایگذاری اورینگ در گروو (Groove) باعث می‌شود که به درستی در جایگاه خود بنشیند.

این مقدار کشش می‌باید مابین 1 الی 5 درصد باشد. مقدار ایده‌ال و موثر برای تمامی تجهیزات 2 درصد می‌باشد و کشش‌های بالای 5 درصد توصیه نمی‌گردد.

زیرا این امر می‌تواند به واسطه کاهش ضخامت اورینگ (CS) منجر به از بین رفتن آب‌بندی گردد.

البته موارد خاصی هم وجود دارد که از این قانون پیروی نمی‌کنند. آن زمانی است که به اورینگ اجازه داده می‌شود که آزادانه در groove  قرار بگیرد. آن برای سیستم‌هایی است که مقدار خیلی کمی از نشتی مجاز می‌باشد و اصطکاک خیلی کمی مورد نیاز است.
 
تذکر : کشش بالای 5 درصد برای اورینگ توصیه نمی گردد زیرا این امر می تواند به واسطه کاهش ضخامت اورینگ (CS) منجر به از بین رفتن آببندی گردد.
 
 
 
ضخامت اورینگ (Cross Section)
 
وقتی که می‌خواهید ضخامت اورینگ را محاسبه نمایید باید سایز گلند (Gland) را مد نظر داشته باشید. باید مناسب باشد تا میزان مورد نیاز فشردگی اورینگ لحاظ گردد و بهترین آب بندی را انجام دهد.

در هر گلند و در حالت معمولی یک فاصله بسیار کم بین دو سطح وجود دارد. به آن فاصله مجاز قطری (Diametrical clearance) گفته می‌شود.

در نتیجه بسیار مهم است که ضخامت اورینگ بزرگتر از ارتفاع گلند (Gland) باشد. در نتیجه فشردگی اورینگ باعث آب بندی خواهد شد.

در شکل 3.1 در صفحه 2 ( حالت استاتیک (ثابت) و یا داینامیک (متحرکت) و یا حالت پیستون و یا راد) به وضوح مشخص است که اورینگ فشرده شده است.

این فشردگی می‌تواند در یک یا دو جهت ایجاد شود.

فشردگی محوری (AXIAL):
اگر فشردگی در حالات بالا و پایین اتفاق بیافتد به آن فشردگی محوری می‌گویند.

فشردگی شعاعی (RADIAL):
اگر این فشردگی از طرف داخل و خارج اورینگ باشد به آن فشردگی شعاعی می‌گویند.

برای بدست‌ آوردن میزان درست فشردگی اورینگ جهت بهترین آب‌بندی باید سایز اورینگ نسبت به سایز گلند را در نظر بگیریم.

برای محاسبه سایز دقیق ضخامت اورینگ باید بدانیم که کاربرد اورینگ در حالت استاتیک می‌باشد و یا داینامیک.

در حالت داینامیک به انتخاب فشردگی کمتری توصیه می‌شود.
 
تذکر : همیشه یادتان باشد که ضخامت اورینگ از عمق گلند بیشتر باشد.
 
 
محاسبه ضخامت اورینگ در حالت داینامیک
 
باتوجه به تصویر شماره  3.2 محاسبه ضخامت درست اورینگ درحالت داینامیک براساس دو فرمول زیر می‌باشد.

فرمول اول محاسبه بیشترین ضخامت اورینگ و فرمول دوم محاسبه کمترین ضخامت آن می‌باشد.
 
 
فرمول اول: محاسبه بیشترین ضخامت اورینگ
 
 
 
فرمول دوم: محاسبه کمترین ضخامت اورینگ
 
 
 
محاسبه ضخامت اورینگ در حالت استاتیک
 
برای محاسبه ضخامت اورینگ (حداقل و حداکثر) درحالت استایتک (فشردگی محوری)، عمق گلند را محاسبه کرده و در حداکثر و یا حداقل میزان فشردگی اورینگ ضرب گردد.

به یاد داشته باشید که عدد یک را بمیزان فشردگی اضافه کنید. مثلا میزان فشردگی 30 درصد را باید بصورت عدد 1.3 لحاظ گردد.

مثال : اگر عمق گلند 2 میلیمتر باشد با میزان فشردگی 30%
 
 
تذکر : طراحی اورینگ حالت استاتیک می تواند سایز و جنس های بیشتری را در اختیار شما قرار دهد. درحالیکه طراحی اورینگ در حالت داینامیک محدودیت بیشتری دارد (سخت تر است)
 
 
نکات طراحی اورینگ
 
قطر
قطر داخلی اورینگ با جهت فشار وارده با آن محاسبه می گردد.

اگر این فشار به سمت قطر داخلی باشد (مطابق تصویر 4.2) در نتیجه اورینگ باید بر اساس قطر داخلی (نزدیک به قطر داخلی گرو (groove) طراحی گردد و اگر فشار به سمت قطر خارجی باشد (مطابق تصویر 4.1) در نتیجه اورینگ باید بر اساس قطر خارجی گرو (groove)  طراحی گردد.
 
 
تذکر : در هنگام طراحی مد نظر داشته باشید که حداکثر حجم اورینگ نباید بیشتر از حداقل حجم گلند باشد.
 
 
جنس اورینگ
بعد از آنکه شما سایز اورینگ را محاسبه نمودید، باید بهترین جنس را انتخاب نمایید.

جنس های مختلف در “راهنمای انتخاب جنس اورینگ” ذکر شده است؛ که شامل : اسم مواد، دمای کاری، مزایا و معایب می باشد.

شما می‌توانید از لینک زیر در وب‌سایت این شرکت بهترین مواد را برای کاربرد اختصاصی‌تان انتخاب نمایید.
 
خوردندگی شیمیایی
مهمترین نکته در خصوص انتخاب جنس اورینگ، مقاومت آن در برابر مواد شیمیایی مختلف می‌باشد.

در نتیجه اولین مرحله در انتخاب مواد اورینگ، در نظر گرفتن بهترین جنس پلیمر می‌باشد که بیتشرین مقاومت در برابر مواد شیمیایی را دارا است.

شما می‌توانید از بخش راهنمای شیمیایی در وب‌سایت oriniran.ir کمک بگیرید.
 
دمای کاری
محدوده بازه کاری برای یک اورینگ بسیار مهم می‌باشد که در کنار انتخاب مواد باید لحاظ گردد.

دما همیشه به عنوان یک فاکتور تاثیرگذار در امر آب‌بندی بوده است. بصورت عملی باید مدنظر داشته باشید که دمای محیط اورینگ بعنوان یک فاکتور مهم می‌باشد نه دمای کاری سیستم.

همچنین در دمای کاری بالا، باید مدت زمان آن را نیز مدنظر داشته باشید که آیا زمان آن کوتاه است و یا طولانی. شما می‌توانید محدوده دمای کاری جنس‌های مختلف را از نمودار زیر مشاهده نمایید.
 
 
اصطکاک
دو حالت اصطکاک در اورینگ‌ها وجود دارد که هر دو برای طراحی درحالت داینامیک مهم است و باید لحاظ گردد.

وقتی دو تا قطعه بصورت متناوب و همیشگی حرکت نمی‌کنند، اصطکاک اولیه آن (حرکت از حالت سکون) بالا می‌باشد. این اصطکاک اولیه باعث فشار اورینگ به گلند می‌شود که ممکن است باعث پارگی اورینگ گردد.
اما اگر حرکت دو تا قطعه بصورت متناوب و همیشگی باشد، اصطکاک آن بصورت همیشگی است. که باعث داغ‌شدن اورینگ و بادکردن آن می‌شود که این افزایش حجم می‌تواند اورینگ را از گلند خارج کند.
 
سختی
سختی پارامتری از مشخصات فیزیکی یک پلیمر می باشد. معمولا عدد مقیاس 70 را برای سختی پلیمرها لحاظ می‌کنند.

عدد کمتر از 70 به معنای سختی کمتر (نرم) و عدد بالای 70 به معنای سختی بیشتر (سفت) لحاظ می‌گردد بجز مواد وایتون (FKM) که مقیاس 75 را لحاظ می‌کنند.

هر سختی در یک محدوده تلرانس 5± لحاظ می‌گردد.

به یاد داشته باشید که همه پلیمرها در همه سختی‌ها موجود نمی‌باشد و هر پلیمری محدودیت خود را دارد.
 
فشار
وارد آمدن فشار زیاد به یک اورینگ می‌تواند توانایی آب‌بندی آن را به خظر اندازد. در این خصوص ما بعدا بطور کلی صحبت خواهیم کرد.
از طرف دیگر فشار کم نیز مشکلات خاص خودش را دارد.

اگر فشار یک سیستم کمتر از 100 PSI باشد، به عنوان فشار کم درنظر گرفته می‌شود. زیرا فشار سیستم آنقدر نیست که باعث کارایی اورینگ گردد.

در نتیجه طراحی در فشار کم فقط باید روی نیروی ارتجاعی پلیمر تمرکز کند.

همچنین ما نمی‌توانیم فشار زیادی به پلیمر بیاوریم زیرا عاملی به اسم “میزان فشردگی” (Compression Set) وجود دارد که باعث می‌شود آب‌بندی به خوبی انجام نشود.

در نتیجه با انتخاب پلیمر مناسب با سختی کمتر و افزایش قطر اورینگ ما می‌توانیم یک آب‌بندی خوب را در فشار پایین داشته باشیم.

در آینده نزدیک اثر فشار بر اورینگ را مفصلا بررسی خواهیم کرد.
 
خط قالب
وقتی اورینگ از قالب بیرون آورده می شود، یک میزانی از پلیمر در مرز قالب بالایی و پایینی روی قطر داخلی و خارجی اورینگ باقی می ماند. بسیاری از شرکت های خوب تولید کننده این بخش زاید بسیار ریز را به کمک روش های پولیش کردن خارج می کنند اما بر اساس استاندارد این اندازه می تواند مطابق شکل زیر باشد. در بسیاری از موارد، پولیش کردن برای جنس وایتون اجباری می باشد.
 
 
جمع بندی
 
برای یک آب‌بندی موثر، انتخاب درست اورینگ الزامی است.

ما بایستی فاکتورهای سایز، فشردگی، کشیدگی، دما، فشار، نوع ماده شیمیایی و اصطکاک را مدنظر قرار دهیم.

همه این موارد باید هنگام طراحی اورینگ مدنظر قرار گیرد.

در کنار همه اینها هزینه اورینگ نیز مهم است و باید این کارها با کمترین هزینه انجام شود.

بعضی موارد خاص فقط یک پلیمر جوابگو است که هزینه بالایی دارد اما چاره ای جز استفاده از آن نمی‌باشد.

تمام