O-krúžky sú najbežnejšou mechanickou konštrukciou na tesnenie kvôli ich nízkej cene, jednoduchej výrobe, spoľahlivej funkcii a jednoduchým požiadavkám na inštaláciu. Hoci sú O-krúžky lacné, v niektorých špecifických prostrediach častá výmena zvýši náklady na údržbu stroja a ovplyvní normálnu prevádzku zariadenia. Preto je potrebné pochopiť vlastnosti O-krúžkov.
Pri -50 až -60 stupňoch gumové materiály, ktoré nie sú odolné voči nízkym teplotám, úplne stratia svoje počiatočné napätie; aj v prípade gumových materiálov odolných voči nízkej teplote nebude počiatočné napätie v tomto čase väčšie ako 25 percent počiatočného napätia pri 20 stupňoch. Počiatočné stlačenie O-krúžku totiž závisí od koeficientu lineárnej rozťažnosti.
Nesprávna konštrukcia a použitie O-krúžku urýchli jeho poškodenie a stratí jeho tesniaci výkon.
Experimenty ukázali, že ak je konštrukcia každej časti zariadenia s tesniacim krúžkom rozumná, jednoduché zvýšenie tlaku nespôsobí poškodenie O-krúžku. V pracovných podmienkach vysokého tlaku a vysokej teploty je hlavnou príčinou poškodenia O-krúžku trvalá deformácia materiálu O-krúžku, uhryznutie medzery spôsobené vtlačením O-krúžku do tesniacej medzery a deformácia O-krúžok počas pohybu.
Trvalá deformácia Keďže materiál zo syntetickej gumy použitý na tesniaci krúžok O je viskoelastický materiál, pôvodne nastavená veľkosť kompresie a schopnosť blokovania odrazu sa po dlhodobom používaní trvalo deformujú a postupne strácajú, čo môže mať za následok netesnosti.
Trvalá deformácia a strata elastickej sily sú hlavnými dôvodmi, prečo O-krúžky strácajú svoje tesniace vlastnosti. Nižšie sú uvedené hlavné dôvody trvalej deformácie.
Vzťah medzi kompresným pomerom a veľkosťou natiahnutia a trvalou deformáciou
Rôzne formulácie gumy používané na výrobu O-krúžkov spôsobia uvoľnenie tlakového napätia v stlačenom stave. V tomto čase bude tlakové napätie klesať so zvyšujúcim sa časom. Čím dlhšia je doba prevádzky, tým väčšia je miera stlačenia a natiahnutia, tým väčší je pokles napätia spôsobený uvoľnením napätia gumy, takže O-krúžok je nedostatočne elastický a stráca svoju tesniacu schopnosť. Preto je vhodné pokúsiť sa znížiť kompresný pomer za povolených podmienok používania.
Zväčšenie veľkosti prierezu O-krúžku je najjednoduchší spôsob, ako znížiť kompresný pomer, ale tým sa zväčší veľkosť konštrukcie. Treba poznamenať, že keď ľudia počítajú kompresný pomer, často ignorujú zníženie výšky sekcie spôsobené natiahnutím O-krúžku počas montáže. Zmena plochy prierezu O-krúžku je nepriamo úmerná zmene jeho obvodu. Zároveň sa vplyvom pnutia zmení aj tvar prierezu O-krúžku, čo sa prejaví zmenšením jeho výšky. Navyše vplyvom povrchového napätia sa vonkajší povrch O-krúžku splošťuje, to znamená, že výška sekcie sa mierne znižuje. Toto je tiež prejav uvoľnenia tlakového napätia O-krúžku.
Stupeň deformácie časti O-krúžku závisí aj od tvrdosti materiálu O-krúžku. V prípade rovnakej veľkosti roztiahnutia bude mať O-krúžok s vysokou tvrdosťou tiež väčšie zníženie výšky prierezu. Z tohto hľadiska by sa materiály s nízkou tvrdosťou mali vyberať čo najviac podľa podmienok použitia. Pôsobením tlaku kvapaliny a ťahu sa gumový O-krúžok postupne plasticky deformuje a zodpovedajúcim spôsobom sa zníži jeho prierezová výška, takže nakoniec stratí svoju tesniacu schopnosť.
Vzťah medzi teplotou a relaxačným procesom O-krúžku
Prevádzková teplota je ďalším dôležitým faktorom ovplyvňujúcim trvalú deformáciu O-krúžku. Vysoké teploty urýchlia starnutie gumených materiálov.
Čím vyššia je prevádzková teplota, tým väčšia je kompresná sada O-krúžku. Keď je trvalá deformácia väčšia ako 40 percent, O-krúžok stráca svoju tesniacu schopnosť a presakuje. Počiatočná hodnota napätia vytvorená v gumovom materiáli O-krúžku v dôsledku deformácie stlačením sa bude postupne znižovať a dokonca zmizne s relaxačným procesom a poklesom teploty O-krúžku. Pri O-krúžkoch, ktoré pracujú pri teplotách pod nulou, sa môže ich počiatočná kompresia znížiť alebo úplne zmiznúť v dôsledku prudkého poklesu teploty. Pri -50 až -60 stupňoch gumové materiály, ktoré nie sú odolné voči nízkym teplotám, úplne stratia svoje počiatočné napätie; aj v prípade gumových materiálov odolných voči nízkej teplote nebude počiatočné napätie v tomto čase väčšie ako 25 percent počiatočného napätia pri 20 stupňoch. Počiatočné stlačenie O-krúžku totiž závisí od koeficientu lineárnej rozťažnosti. Preto pri výbere počiatočného stlačenia je potrebné zabezpečiť, aby po poklese napätia v dôsledku relaxačného procesu a poklesu teploty bola stále dostatočná tesniaca schopnosť. Pri O-krúžkoch, ktoré pracujú pri teplotách pod nulou, by sa mala venovať osobitná pozornosť indexu zotavenia a indexu deformácie gumového materiálu.
Stručne povedané, dizajn by sa mal snažiť zabezpečiť, aby O-krúžok mal vhodnú pracovnú teplotu, alebo zvoliť materiály O-krúžku odolné voči vysokým a nízkym teplotám, aby sa predĺžila životnosť.
Stredný pracovný tlak a trvalá deformácia Tlak pracovného média je hlavným faktorom spôsobujúcim trvalú deformáciu O-krúžku.
Pracovný tlak moderných hydraulických zariadení sa každým dňom zvyšuje. Dlhodobý vysoký tlak spôsobí trvalú deformáciu O-krúžku. Preto by sa mali zvoliť vhodné gumové materiály odolné voči tlaku podľa pracovného tlaku počas návrhu. Čím vyšší je pracovný tlak, tým vyššia by mala byť tvrdosť a vysoká tlaková odolnosť použitého materiálu. Aby sa zlepšila tlaková odolnosť materiálu O-krúžku, zvýšila sa elasticita materiálu (najmä zvýšenie elasticity materiálu pri nízkej teplote) a znížila sa deformácia materiálu v tlaku, je vo všeobecnosti potrebné zlepšiť vzorec materiálu a pridajte zmäkčovadlo. Ak je však O-krúžok so zmäkčovadlom ponorený do pracovného média na dlhší čas, zmäkčovadlo bude postupne absorbované pracovným médiom, čo spôsobí zmenšenie objemu O-krúžku a môže dokonca spôsobiť negatívne stlačenie O-krúžok (tj medzi O-krúžkom a povrchom utesnenej časti vzniká medzera).
Preto pri výpočte stlačenia O-krúžku a návrhu formy by sa mali tieto zmrštenia plne zohľadniť. Lisovaný O-krúžok by si mal zachovať potrebnú veľkosť po namočení v pracovnom médiu počas 5-10 dní a nocí.
Kompresná súprava materiálov O-krúžkov je závislá od teploty. Keď je miera deformácie 40 percent alebo viac, dôjde k úniku, takže limity tepelnej odolnosti niekoľkých gumových materiálov sú: nitrilový kaučuk 70 stupňov C, EPDM kaučuk 100 stupňov C, fluórový kaučuk 140 stupňov C. Krajiny preto prijali nariadenia o trvalá deformácia O-krúžkov.
Pre O-krúžky z rovnakého materiálu, pri rovnakej teplote, O-krúžok s väčším priemerom prierezu má nižšie kompresné nastavenie. V prípade ropy je situácia iná. Pretože O-krúžok nie je v tomto čase v kontakte s kyslíkom, vyššie uvedené nežiaduce reakcie sú značne znížené. Okrem toho zvyčajne spôsobuje určitú expanziu gumovej zmesi, takže rýchlosť nastavenia kompresie spôsobená teplotou bude kompenzovaná. Preto je tepelná odolnosť v oleji výrazne zlepšená. Ak vezmeme ako príklad nitrilový kaučuk, jeho pracovná teplota môže dosiahnuť 120 stupňov alebo viac.