โอริง
โอริง (อังกฤษ: O-ring) หรือที่เรียกอีกอย่างว่า ปะเก็นอัด (packing) หรือ ข้อต่อโทริก (toric joint) เป็นปะเก็นเชิงกลที่มีรูปร่างเป็นทรงห่วงยาง มันคือห่วงที่ทำจากอีลาสโตเมอร์ มีหน้าตัดเป็นวงกลม ออกแบบมาเพื่อติดตั้งในร่องและถูกบีบอัดระหว่างชิ้นส่วนสองชิ้นขึ้นไปในระหว่างการประกอบ เพื่อสร้างซีลที่บริเวณรอยต่อ
โอริงสามารถนำไปใช้ในการใช้งานแบบสถิตหรือในการใช้งานแบบพลวัตซึ่งมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างชิ้นส่วนและโอริง ตัวอย่างการใช้งานแบบพลวัต ได้แก่ เพลาหมุนของปั๊มและลูกสูบของกระบอกสูบไฮดรอลิก ตัวอย่างการใช้งานโอริงแบบสถิตอาจรวมถึงการใช้งานเพื่อซีลของเหลวหรือก๊าซ ซึ่งในกรณีเหล่านี้: (1) โอริงถูกบีบอัดจนไม่มีช่องว่าง (2) วัสดุของโอริงผ่านกระบวนการวัลคาไนซ์จนเป็นเนื้อเดียวกัน ทำให้ของเหลวหรือก๊าซไม่สามารถซึมผ่าน และ (3) วัสดุของโอริงมีความทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากของเหลวหรือก๊าซ[1] ความหลากหลายของของเหลวและก๊าซที่จำเป็นต้องมีการซีล ทำให้จำเป็นต้องมีการพัฒนาวัสดุสำหรับโอริงที่หลากหลายตามไปด้วย[2]
โอริงเป็นหนึ่งในซีลที่นิยมใช้มากที่สุดในการออกแบบเครื่องจักรเนื่องจากมีราคาไม่แพง ผลิตง่าย เชื่อถือได้ และมีข้อกำหนดในการติดตั้งไม่ซับซ้อน มีการทดสอบแล้วว่าสามารถซีลแรงดันได้สูงถึง 5,000 psi (34 MPa) แรงดันสูงสุดที่แนะนำสำหรับซีลโอริงนั้นขึ้นอยู่กับความแข็งของซีล วัสดุ เส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัด และระยะห่างแนวรัศมี[3]
การผลิต
[แก้]โอริงสามารถผลิตได้โดยการรีดขึ้นรูป (extrusion) การฉีดขึ้นรูป (injection molding) การอัดขึ้นรูป (pressure molding) หรือการอัดฉีดขึ้นรูป (transfer molding)[4]
ประวัติศาสตร์
[แก้]สิทธิบัตรแรกสำหรับโอริงมีวันที่จดทะเบียนคือ 12 พฤษภาคม ค.ศ. 1896 ในฐานะสิทธิบัตรของสวีเดน เจ. โอ. ลุนด์เบิร์ก ผู้ประดิษฐ์โอริง เป็นผู้ได้รับสิทธิบัตรนั้น สิทธิบัตรของสหรัฐ[5][6] สำหรับโอริงถูกยื่นใน ค.ศ. 1937 โดยนีลส์ คริสเตนเซน ช่างเครื่องผู้เกิดในเดนมาร์กวัย 72 ปี[7] ในคำขอที่เขายื่นไว้ก่อนหน้านี้ใน ค.ศ. 1933 นำไปสู่สิทธิบัตรเลขที่ 2115383[8] เขาเริ่มต้นด้วยการกล่าวว่า "สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับการปรับปรุงใหม่ที่เป็นประโยชน์สำหรับระบบเบรกไฮดรอลิกและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับซีลที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับลูกสูบของกระบอกสูบส่งกำลัง" และอธิบายว่า "การเลื่อนหรือการกลิ้งบางส่วนของวงแหวนนี้ ... จะนวดหรือคลึงวัสดุของวงแหวนเพื่อให้คงความยืดหยุ่นและอ่อนตัวโดยไม่มีผลเสียจากการเสียดสีซึ่งเกิดจากการเลื่อนของยางบนพื้นผิวแบบสถิตอย่างแท้จริง ด้วยการหมุนหรือการนวดเล็กน้อยนี้ อายุการใช้งานของวงแหวนจึงยาวนานขึ้น" คำขอที่เขายื่นใน ค.ศ. 1937 ระบุว่า "เป็นการยื่นต่อเนื่องบางส่วนจากคำขอที่อยู่ระหว่างการพิจารณาเลขที่ 704,463 ของฉันสำหรับระบบเบรกไฮดรอลิก ซึ่งยื่นเมื่อ 29 ธันวาคม ค.ศ. 1933 ปัจจุบันคือสิทธิบัตรสหรัฐเลขที่ 2,115,383 ซึ่งได้รับอนุมัติเมื่อ 26 เมษายน ค.ศ. 1938"
หลังอพยพไปยังสหรัฐได้ไม่นาน ใน ค.ศ. 1891 เขาจดสิทธิบัตรระบบเบรกลมสำหรับรถราง แม้จะมีความพยายามทางกฎหมาย สิทธิบัตรก็ถูกส่งต่อจากบริษัทหนึ่งไปยังอีกบริษัทหนึ่งจนกระทั่งไปอยู่ที่เวสติงเฮาส์[7] ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง รัฐบาลสหรัฐเข้ายึดสิทธิบัตรโอริงในฐานะสิ่งของสำคัญที่เกี่ยวข้องกับสงครามและมอบสิทธิ์ในการผลิตให้กับองค์กรอื่น ๆ คริสเตนเซนได้รับการจ่ายเงินก้อนเดียวเป็นจำนวน 75,000 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับความพยายามของเขา การฟ้องร้องดำเนินไปจนกระทั่งมีการจ่ายเงิน 100,000 ดอลลาร์สหรัฐให้แก่ทายาทของเขาใน ค.ศ. 1971 19 ปีหลังการเสียชีวิตของเขา[7]
ทฤษฎีและการออกแบบ
[แก้]
โอริงมีจำหน่ายในขนาดมาตรฐานทั้งหน่วยเมตริกและหน่วยนิ้วหลากหลายขนาด โดยขนาดจะระบุด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในและความหนาของหน้าตัด (ความหนา) ในสหรัฐ ขนาดมาตรฐานหน่วยนิ้วที่เป็นที่นิยมมากที่สุดเป็นไปตามข้อกำหนด SAE AS568C (เช่น AS568-214) ISO 3601-1:2012 ประกอบด้วยขนาดมาตรฐานที่ใช้กันมากที่สุดทั่วโลก ทั้งหน่วยนิ้วและหน่วยเมตริก สหราชอาณาจักรก็มีขนาดมาตรฐานที่เรียกว่าขนาด BS โดยทั่วไปมีตั้งแต่ BS001 ถึง BS932 นอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดขนาดอื่น ๆ อีกหลายแบบ
การใช้งานทั่วไป
[แก้]การออกแบบข้อต่อโอริงที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องมีการติดตั้งเชิงกลที่แข็งแรงซึ่งจะทำให้โอริงเกิดการยุบตัวลงในระดับที่คาดการณ์ได้ การยุบตัวนี้จะทำให้เกิดแรงเค้นเชิงกลที่คำนวณได้บนพื้นผิวที่โอริงสัมผัส ตราบใดที่ แรงดันของของเหลวที่ถูกกักเก็บไม่เกินแรงเค้นสัมผัสของโอริง การรั่วไหลจะไม่เกิดขึ้น แรงดันของของเหลวที่ถูกกักเก็บจะส่งผ่านวัสดุของโอริงซึ่งโดยพื้นฐานแล้วไม่สามารถถูกอัดได้ และแรงเค้นสัมผัสจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันที่เพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้ โอริงจึงสามารถซีลแรงดันสูงได้อย่างง่ายดายตราบใดที่โอริงไม่เกิดความเสียหายทางกลไก ความเสียหายที่พบบ่อยที่สุดคือการรีดของโอริงผ่านช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่ประกบกัน
ซีลนี้ถูกออกแบบให้มีการสัมผัสเป็นจุดระหว่างโอริงและพื้นผิวซีล ซึ่งทำให้เกิดความเค้นเฉพาะจุดสูง สามารถกักเก็บแรงดันสูงได้โดยไม่เกินค่าความเค้นครากของเนื้อโอริง ด้วยคุณสมบัติความยืดหยุ่นของวัสดุโอริง ทำให้สามารถปรับตัวเข้ากับความไม่สมบูรณ์ของชิ้นส่วนที่ติดตั้งได้ อย่างไรก็ตาม การรักษาผิวสำเร็จที่ดีของชิ้นส่วนประกบเหล่านั้นยังคงมีความสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งยางซีลจะเข้าสู่ช่วงเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วและมีความยืดหยุ่นลดลงจนคล้ายแก้วมากขึ้น ผิวสำเร็จยังมีความสำคัญเป็นพิเศษในการใช้งานแบบพลวัต ผิวสำเร็จที่หยาบเกินไปจะขัดสีผิวของโอริง ขณะที่ผิวสำเร็จที่เรียบเกินไปจะไม่ทำให้เกิดฟิล์มของเหลวหล่อลื่นซีลได้อย่างเพียงพอ
การใช้งานสุญญากาศ
[แก้]ในงานที่เกี่ยวข้องกับสุญญากาศ ความสามารถในการซึมผ่านของวัสดุทำให้จุดสัมผัสไม่สามารถใช้งานได้ แทนที่ด้วยการใช้แรงกดในการติดตั้งที่สูงขึ้นและโอริงจะเติมเต็มร่องทั้งหมด นอกจากนี้ ยังมีการใช้แหวนรับแรงดันทรงกลมเพื่อป้องกันโอริงจากการเสียรูปมากเกินไป[10][11][12]
เนื่องจากโอริงสัมผัสกับความดันบรรยากาศและความดันย่อยของก๊าซเฉพาะบริเวณซีล ดังนั้นความชันของแรงดันเหล่านี้จะสูงชันใกล้กับซีลและตื้นในส่วนใหญ่ (ตรงข้ามกับความชันของแรงเค้นสัมผัส)[13] (ดูที่ หน้าแปลนสูญญากาศ#KF.2FQF) ระบบสุญญากาศสูงที่ต่ำกว่า 10−9 ทอร์จะใช้โอริงที่ทำจากทองแดงหรือนิกเกิล นอกจากนี้ ระบบสุญญากาศที่ต้องจุ่มอยู่ในไนโตรเจนเหลวจะใช้โอริงที่ทำจากอินเดียม เนื่องจากยางจะแข็งและเปราะที่อุณหภูมิต่ำ
การใช้งานที่อุณหภูมิสูง
[แก้]ในงานที่มีอุณหภูมิสูงบางประเภท โอริงอาจจำเป็นต้องติดตั้งในสภาวะถูกอัดในแนวสัมผัส เพื่อชดเชยปรากฏการณ์โกว์-จูล
ขนาด
[แก้]โอริงมีหลากหลายขนาด สมาคมวิศวกรยานยนต์ (SAE) มาตรฐานอากาศยาน 568 (AS568)[14] ระบุถึงเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน หน้าตัด ค่าความคลาดเคลื่อน และรหัสระบุขนาด (หมายเลขขีด) สำหรับโอริงที่ใช้ในการซีลและสำหรับปะเก็นข้อต่อท่อเกลียวตรง มาตรฐานบริติช (BS) ซึ่งมีทั้งขนาดอิมพีเรียลและขนาดเมตริก โดยทั่วไปแล้วขนาดของโอริงจะระบุด้วยมิติภายใน (id) มิติภายนอก (od) และความหนา/หน้าตัด (cs)
โดยทั่วไปแล้ว โอริงมาตรฐานเมตริกถูกกำหนดขนาดโดยใช้มิติภายในคูณด้วยหน้าตัด หมายเลขชิ้นส่วนทั่วไปสำหรับโอริงมาตรฐานเมตริก - ID x CS [วัสดุ & ความแข็งชอร์] 2x1N70 = ระบุโอริงนี้ว่ามีมิติภายใน 2 มิลลิเมตร มีหน้าตัด 1 มิลลิเมตร ทำจากยางไนไตรล์ที่มีความแข็ง 70 ชอร์ (70Sh) โอริงมาตรฐานบริติชถูกกำหนดขนาดโดยใช้มาตรฐานอ้างอิง
โอริงขนาดใหญ่ที่สุดในโลกถูกผลิตขึ้นในการพยายามทำลายสถิติโลกกินเนสส์ที่ประสบความสำเร็จโดยบริษัท เทรลเลบอร์ก ซีลลิง โซลูชันส์ ทิวส์เบอรี ร่วมมือกับนักเรียน 20 คนจากโรงเรียนทิวส์เบอรี เมื่อโอริงสร้างเสร็จและนำไปวางรอบโบสถ์ทิวส์เบอรีสมัยกลาง มีเส้นรอบวงยาว 364 เมตร (1,194 ฟุต) เส้นผ่านศูนย์กลางภายในประมาณ 116 เมตร (381 ฟุต) และมีหน้าตัด 7.2 มิลลิเมตร (0.28 นิ้ว)[15]
วัสดุ
[แก้]
การเลือกโอริงนั้นขึ้นอยู่กับความเข้ากันได้ทางเคมี อุณหภูมิในการใช้งาน แรงดันซีล ข้อกำหนดในการหล่อลื่น ความแข็ง ขนาด และราคา[16]
- ยางบิวทาไดอีน (BR)
- ยางบิวทิล (IIR)
- คลอโรซัลโฟเนตพอลีเอทิลีน (CSM)
- ยางเอพิคลอโรไฮดริน (ECH, ECO)
- เอทิลีนโพรพิลีนไดอีนโมโนเมอร์ (EPDM): มีความทนทานที่ดีต่อน้ำร้อนและไอน้ำ ผงซักฟอก สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์แบบกัดกร่อน สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ น้ำมันและจาระบีซิลิโคน ตัวทำละลายมีขั้วหลายชนิด และกรดและสารเคมีเจือจางหลายชนิด สูตรพิเศษยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานกับน้ำมันเบรกที่มีส่วนผสมของไกลคอล ไม่เหมาะสำหรับใช้งานกับผลิตภัณฑ์จากน้ำมันแร่ สารหล่อลื่น น้ำมัน หรือเชื้อเพลิง สารประกอบที่ผ่านกระบวนการวัลคาไนซ์ด้วยเพอร์ออกไซด์เหมาะสมสำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้น[17]
- ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR)
- ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ (FKM): ขึ้นชื่อในเรื่องความทนทานต่อความร้อนสูงมากและสารเคมีหลากหลายชนิด ข้อดีที่สำคัญอื่น ๆ ได้แก่ ความทนทานต่อการเสื่อมสภาพและโอโซนที่ดีเยี่ยม การซึมผ่านของก๊าซต่ำมาก และข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุเหล่านี้สามารถดับไฟได้เอง วัสดุ FKM มาตรฐานมีความทนทานดีเยี่ยมต่อน้ำมันแร่และจาระบี ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติก อะโรมาติก และคลอริเนต เชื้อเพลิง ของเหลวไฮดรอลิกไม่ติดไฟ (HFD) และตัวทำละลายและสารเคมีอินทรีย์หลายชนิด โดยทั่วไปจะไม่ทนทานต่อน้ำร้อน ไอน้ำ ตัวทำละลายมีขั้ว น้ำมันเบรกที่มีส่วนผสมของไกลคอล และกรดอินทรีย์ที่มีโมเลกุลต่ำ นอกจากวัสดุ FKM มาตรฐานแล้ว ยังมีวัสดุพิเศษอีกหลายชนิดที่มีองค์ประกอบของโมโนเมอร์และปริมาณฟลูออรีนที่แตกต่างกัน (ร้อยละ 65 ถึง 71) ซึ่งให้ความทนทานต่อสารเคมีหรืออุณหภูมิที่ดีขึ้น และ/หรือประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในอุณหภูมิต่ำ[17]
- ยางไนไตรล์ (NBR, HNBR, HSN, Buna-N): เป็นวัสดุทั่วไปสำหรับโอริงเนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ทนทานต่อสารหล่อลื่นและจาระบี และมีราคาค่อนข้างต่ำ คุณสมบัติทางกายภาพและความทนทานต่อสารเคมีของวัสดุ NBR ถูกกำหนดโดยปริมาณอะคริโลไนไตรล์ (ACN) ในโพลิเมอร์พื้นฐาน ปริมาณต่ำทำให้มีความยืดหยุ่นที่ดีที่อุณหภูมิต่ำ แต่ให้ความทนทานต่อน้ำมันและเชื้อเพลิงที่จำกัด เมื่อปริมาณ ACN เพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำจะลดลงและความทนทานต่อน้ำมันและเชื้อเพลิงจะดีขึ้น คุณสมบัติทางกายภาพและความทนทานต่อสารเคมีของวัสดุ NBR ยังได้รับผลกระทบจากระบบการวัลคาไนซ์ของพอลิเมอร์ วัสดุที่วัลคาไนซ์ด้วยเพอร์ออกไซด์มีคุณสมบัติทางกายภาพ ความทนทานต่อสารเคมี และคุณสมบัติทางความร้อนที่ดีขึ้น เมื่อเทียบกับวัสดุที่วัลคาไนซ์ด้วยสารให้กำมะถัน NBR เกรดมาตรฐานโดยทั่วไปจะทนทานต่อสารหล่อลื่นและจาระบีที่มีส่วนประกอบหลักเป็นน้ำมันแร่ ของเหลวไฮดรอลิกหลายเกรด ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติก น้ำมันซิลิโคนและจาระบี และน้ำได้ถึงประมาณ 176 °F (80 °C) โดยทั่วไปแล้ว NBR ไม่ทนทานต่อไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกและคลอริเนต เชื้อเพลิงที่มีปริมาณอะโรมาติกสูง ตัวทำละลายมีขั้ว น้ำมันเบรกที่มีส่วนประกอบหลักเป็นไกลคอล และของเหลวไฮดรอลิกไม่ติดไฟ (HFD) NBR ยังมีความทนทานต่ำต่อโอโซน สภาพอากาศ และการเสื่อมสภาพ HNBR มีความทนทานต่อความร้อน โอโซน และการเสื่อมสภาพที่ดีขึ้นอย่างมาก และให้คุณสมบัติเชิงกลที่ดี[17]
- เพอร์ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ (FFKM)
- ยางพอลีอะคริเลต (ACM)
- พอลีคลอโรพรีน (นีโอพรีน) (CR)
- พอลีไอโซพรีน (IR)
- ยางพอลีซัลไฟด์ (PSR)
- พอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE)
- ซานิฟลูเออร์ (FEPM)
- ยางซิลิโคน (SiR): เป็นที่รู้จักในด้านความสามารถในการใช้งานในช่วงอุณหภูมิกว้างและมีความทนทานต่อโอโซน สภาพอากาศ และการเสื่อมสภาพที่ดีเยี่ยม เมื่อเทียบกับอีลาสโตเมอร์สำหรับซีลส่วนใหญ่ คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิโคนนั้นไม่ดีนัก โดยทั่วไป วัสดุซิลิโคนนั้นไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย ดังนั้นจึงนิยมใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา ซิลิโคนมาตรฐานมีความทนทานต่อน้ำได้ถึง 212 °F (100 °C), น้ำมันเครื่องและน้ำมันเกียร์ประเภทอะลิฟาติก และน้ำมันและไขมันจากสัตว์และพืช โดยทั่วไปแล้วซิลิโคนไม่ทนทานต่อเชื้อเพลิง น้ำมันแร่ประเภทอะโรมาติก ไอน้ำ (สามารถทนทานได้ในระยะสั้นถึง 248 °F (120 °C)) น้ำมันและจาระบีซิลิโคน กรด หรือด่าง ยางฟลูออโรซิลิโคนมีความทนทานต่อน้ำมันและเชื้อเพลิงมากกว่ามาก ช่วงอุณหภูมิในการใช้งานค่อนข้างจำกัดกว่า[17]
- ยางสไตรีนบิวตาไดอีน (SBR)
- เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) สไตรีนิก
- เทอร์โมพลาสติกพอลีโอเลฟิน (TPO) LDPE, HDPE, LLDPE, ULDPE
- เทอร์โมพลาสติกพอลียูรีเทน (TPU) พอลีอีเทอร์, พอลีเอสเตอร์: พอลียูรีเทนต่างจากอีลาสโตเมอร์ทั่วไปตรงที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความทนทานต่อการขัดถู การสึกหรอ และการรีดสูง มีความทนทานต่อแรงดึงสูง และทนทานต่อการฉีกขาดดีเยี่ยม โดยทั่วไปแล้วพอลียูรีเทนจะทนทานต่อการเสื่อมสภาพและโอโซน น้ำมันแร่และจาระบี น้ำมันซิลิโคนและจาระบี ของเหลวไฮดรอลิกที่ไม่ติดไฟ HFA และ HFB น้ำที่มีอุณหภูมิสูงถึง 122 °F (50 °C) และไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติก[17]
- เทอร์โมพลาสติกอีเทอร์เอสเทอริลาสโตเมอร์(TEEEs) โคพอลีเอสเตอร์
- เทอร์โมพลาสติกพอลีเอไมด์ (PEBA) พอลีเอไมด์
- ยางที่หลอมละลายได้ (MPR)
- เทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์ (TPV)
- อากาศ 200 ถึง 300 °F (93 ถึง 149 °C) – ซิลิโคน
- เบียร์ – EPDM
- น้ำคลอรีน – Viton (FKM)
- น้ำมันเบนซิน – Buna-N หรือ Viton (FKM)
- น้ำมันไฮดรอลิก (น้ำมันพื้นฐานปิโตรเลียม อุตสาหกรรม) – Buna-N
- น้ำมันไฮดรอลิก (น้ำมันพื้นฐานสังเคราะห์) – Viton
- น้ำ – EPDM
- น้ำมันเครื่อง – Buna-N[18]
ซีลชนิดอื่น ๆ
[แก้]
แม้โอริงจะมีชื่อเรียกดั้งเดิมตามลักษณะหน้าตัดวงกลม แต่ปัจจุบันมีการออกแบบหน้าตัดที่หลากหลายมากขึ้น รูปร่างอาจมีลักษณะต่าง ๆ เช่น หน้าตัดรูปตัว X เรียกกันทั่วไปว่าเอกซ์ริง (X-ring) คิวริง (Q-ring) หรือชื่อทางการค้าว่าควอดริง (Quad Ring) เมื่อถูกอัดขณะติดตั้ง มันจะซีลด้วยพื้นผิวสัมผัส 4 จุด คือ 2 จุดสัมผัสขนาดเล็กด้านบนและด้านล่าง[19] ซึ่งต่างจากโอริงมาตรฐานที่มีพื้นผิวสัมผัสเดี่ยวขนาดค่อนข้างใหญ่ทั้งด้านบนและด้านล่าง เอกซ์ริงส่วนใหญ่มักใช้ในการใช้งานแบบเคลื่อนที่ไปมา ซึ่งให้แรงเสียดทานในการเคลื่อนที่และแรงเสียดทานสถิตที่ลดลงและลดความเสี่ยงของการบิดเป็นเกลียวเมื่อเทียบกับโอริง
นอกจากนี้ยังมีห่วงที่มีหน้าตัดเป็นสี่เหลี่ยม มักเรียกว่า สแควร์คัต (square-cut), เลทคัท (lathe cut), แทบิวลาร์คัต (tabular cut) หรือสแควร์ริง (square ring) ในช่วงที่โอริงมีราคาสูงเนื่องจากเป็นสิ่งใหม่ ขาดกระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพ และมีต้นทุนแรงงานสูง สแควร์ริงจึงถูกนำเสนอเป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่าโอริง โดยทั่วไปแล้วสแควร์ริงผลิตจากการขึ้นรูปปลอกอีลาสโตเมอร์ (elastomer sleeve) แล้วจึงนำมาตัดด้วยเครื่องกลึง ซีลชนิดนี้บางครั้งมีต้นทุนการผลิตถูกกว่าด้วยวัสดุและเทคโนโลยีการขึ้นรูปแบบเฉพาะ (การอัดขึ้นรูป การอัดฉีดขึ้นรูป การฉีดขึ้นรูป) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปริมาณน้อย ประสิทธิภาพการซีลทางกายภาพของสแควร์ริงในการใช้งานแบบสถิตนั้นเหนือกว่าโอริง อย่างไรก็ตามในการใช้งานแบบพลวัตนั้นด้อยกว่าโอริง ปกติแล้วสแควร์ริงจะใช้ในการใช้งานแบบพลวัตเท่านั้น เพื่อเป็นตัวเสริมแรง (energizers) ในชุดซีลแบบมีฝาปิด (cap seal assemblies) สแควร์ริงยังอาจติดตั้งยากกว่าโอริง
อุปกรณ์ที่คล้ายกันแต่มีหน้าตัดที่ไม่ใช่รูปวงกลมนั้นเรียกว่าซีล (seals) ปะเก็นอัด (packings) หรือปะเก็น (gaskets) โปรดดูเพิ่มเติมที่แหวนรอง (washer)[20]
โดยทั่วไปแล้ว ฝาสูบของเครื่องยนต์ (ยานยนต์) จะถูกซีลด้วยปะเก็นแบนที่มีผิวหน้าเป็นทองแดง
ขอบมีดที่กดลงบนปะเก็นทองแดงถูกใช้สำหรับสุญญากาศสูง
อีลาสโตเมอร์หรือโลหะอ่อนที่แข็งตัวอยู่กับที่ถูกนำมาใช้เป็นซีล
ความล้มเหลว
[แก้]วัสดุที่ใช้ทำโอริงอาจต้องเผชิญกับอุณหภูมิสูงหรือต่ำ การกัดกร่อนจากสารเคมี การสั่นสะเทือน การเสียดสี และการเคลื่อนไหว ดังนั้นจึงมีการเลือกใช้อีลาสโตเมอร์ให้เหมาะสมกับสถานการณ์นั้น ๆ
มีวัสดุที่ใช้ทำโอริงซึ่งสามารถทนทานต่ออุณหภูมิต่ำถึง −330 องศาฟาเรนไฮต์ (−200 องศาเซลเซียส) หรือสูงถึง 480 องศาฟาเรนไฮต์ (250 องศาเซลเซียส) ที่อุณหภูมิต่ำสุด วัสดุทางวิศวกรรมเกือบทั้งหมดจะแข็งตัวและไม่สามารถซีลได้ ที่อุณหภูมิสูงสุด วัสดุมักไหม้หรือสลายตัว การกัดกร่อนทางเคมีสามารถทำให้วัสดุเสื่อมสภาพ เกิดรอยแตกเปราะหรือบวม ตัวอย่างเช่น ซีล NBR สามารถแตกได้เมื่อสัมผัสกับก๊าซโอโซนในความเข้มข้นต่ำมาก หากไม่ได้รับการป้องกัน การบวมจากการสัมผัสกับของเหลวที่มีความหนืดต่ำทำให้ขนาดเพิ่มขึ้น และยังลดความต้านทานแรงดึงของยาง ความล้มเหลวอื่น ๆ อาจเกิดจากการใช้โอริงที่มีขนาดไม่ถูกต้องสำหรับร่องที่กำหนด ซึ่งอาจทำให้ยางเกิดการรีดออกมา
อีลาสโตเมอร์มีความไวต่อรังสีไอออนไนซ์ ในการใช้งานทั่วไป โอริงได้รับการปกป้องอย่างดีจากรังสีที่มีอำนาจทะลุผ่านต่ำ เช่น รังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์แบบอ่อน แต่รังสีที่มีอำนาจทะลุผ่านสูงกว่า เช่น นิวตรอนอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ จะมีการใช้ซีลโลหะอ่อน
มีสาเหตุทั่วไปสองสามประการที่ทำให้โอริงเสียหาย:
- ความเสียหายจากการติดตั้ง – เกิดจากการติดตั้งโอริงที่ไม่ถูกต้อง
- ความเสียหายแบบเกลียว – พบได้ในซีลลูกสูบที่มีช่วงชักยาว และในระดับที่น้อยกว่าในซีลก้านสูบ ซีลจะ "ติดขัด" ณ จุดใดจุดหนึ่งบนเส้นผ่านศูนย์กลาง (ชิดผนังกระบอกสูบ) และเกิดการเลื่อนและหมุนไปพร้อมกัน สิ่งนี้จะบิดโอริงขณะที่อุปกรณ์ที่ซีลไว้มีการเคลื่อนที่ไปมาและในที่สุดจะทำให้เกิดรอยตัดลึกแบบเกลียวหลายรอย (โดยทั่วไปทำมุม 45 องศา) บนพื้นผิวของซีล
- การคลายตัวของก๊าซอย่างรวดเร็ว– ภาวะโอริงอุดตัน หรือที่เรียกว่าการแตกเนื่องจากการขยายตัวของก๊าซ เกิดขึ้นเมื่อก๊าซแรงดันสูงเข้าไปติดอยู่ภายในส่วนประกอบที่เป็นอีลาสโตเมอร์ของซีล การขยายตัวนี้ทำให้เกิดตุ่มพองและการแตกบนพื้นผิวของซีล
ภัยพิบัติกระสวยอวกาศแชลเลนเจอร์
[แก้]การล้มเหลวของซีลโอริงถูกระบุว่าเป็นสาเหตุของภัยพิบัติกระสวยอวกาศแชลเลนเจอร์เมื่อ 28 มกราคม ค.ศ. 1986 ปัจจัยสำคัญคือสภาพอากาศหนาวเย็นก่อนการปล่อยตัว เหตุการณ์นี้ถูกสาธิตอย่างโด่งดังทางโทรทัศน์โด ศาสตราจารย์ริชาร์ด ไฟน์แมน นักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (แคลเทค) เมื่อเขาจุ่มโอริงขนาดเล็กในน้ำเย็นจัด และต่อมาได้แสดงให้เห็นถึงการสูญเสียความยืดหยุ่นของมันต่อหน้าคณะกรรมการสอบสวน
วัสดุของโอริงที่เสียหายคือ FKM ซึ่งถูกระบุโดยผู้รับเหมามอเตอร์กระสวยอวกาศ มอร์ตัน-ไตโอคอล เมื่อโอริงเย็นตัวลงต่ำกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว Tg มันจะสูญเสียความยืดหยุ่นและเปราะ ที่สำคัญกว่านั้นคือ เมื่อโอริงเย็นตัวลงใกล้ (แต่ไม่ต่ำกว่า) Tg โอริงที่เย็นตัว เมื่อถูกบีบอัดแล้ว จะใช้เวลานานกว่าปกติในการคืนตัวกลับสู่รูปร่างเดิม โอริง (และซีลอื่น ๆ ทั้งหมด) ทำงานโดยการสร้างแรงดันบวกกดกับพื้นผิว ซึ่งเป็นการป้องกันการรั่วไหล ในคืนก่อนการปล่อยยาน มีการบันทึกอุณหภูมิอากาศที่ต่ำมาก ด้วยเหตุนี้ ช่างเทคนิคของนาซาจึงทำการตรวจสอบ อุณหภูมิโดยรอบอยู่ในเกณฑ์ที่กำหนดสำหรับการปล่อยยาน และลำดับการปล่อยยานจึงได้รับอนุญาตให้ดำเนินต่อไป อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิของโอริงยางยังคงต่ำกว่าอุณหภูมิของอากาศโดยรอบอย่างมาก ระหว่างการตรวจสอบภาพเหตุการณ์การปล่อยยาน ไฟน์แมนสังเกตเห็นการปล่อยก๊าซเล็กน้อยจากจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็งที่รอยต่อระหว่างสองส่วนในชั่วขณะก่อนเกิดภัยพิบัติ สิ่งนี้ถูกตำหนิว่าเป็นผลมาจากซีลโอริงที่ล้มเหลว ก๊าซร้อนจัดที่รั่วไหลออกมาพุ่งชนถังเชื้อเพลิงภายนอก และยานทั้งลำก็ถูกทำลายในที่สุด
นับตั้งแต่อุบัติเหตุ บริษัทผู้ผลิตยางได้ดำเนินการเปลี่ยนแปลง หลาย ๆ โอริงในปัจจุบันมาพร้อมกับการเข้ารหัสระบุรุ่นการผลิต (batch) และวันที่ผลิต (cure-date) เช่นเดียวกับที่ปฏิบัติในการผลิตยา เพื่อให้สามารถติดตามและควบคุมการจัดจำหน่ายได้อย่างแม่นยำ สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการทหาร โอริงมักถูกบรรจุแยกชิ้นและติดฉลากระบุวัสดุ วันที่ผลิต และข้อมูลรุ่นการผลิต โอริงสามารถถูกเรียกคืนจากชั้นวางได้หากจำเป็น[21] นอกจากนี้ โอริงและซีลอื่น ๆ จะถูกทดสอบคุณภาพเป็นชุดโดยผู้ผลิตเป็นประจำ และมักผ่านการทดสอบการประกันคุณภาพอีกหลายครั้งโดยผู้จัดจำหน่ายและผู้ใช้งานปลายทาง
สำหรับตัวจรวดขับดันเองนั้น นาซาและมอร์ตัน-ไตโอคอลได้ออกแบบใหม่โดยใช้โครงสร้างข้อต่อแบบใหม่ ซึ่งปัจจุบันได้รวมโอริงสามวงแทนที่จะเป็นสองวง และตัวข้อต่อเองก็มีเครื่องทำความร้อนติดตั้งอยู่ภายในที่สามารถเปิดได้เมื่ออุณหภูมิลดต่ำกว่า 50 องศาฟาเรนไฮต์ (10 องศาเซลเซียส) ไม่มีปัญหาเกี่ยวกับโอริงเกิดขึ้นอีกเลยนับตั้งแต่ภัยพิบัติแชลเลนเจอร์ และโอริงก็ไม่ได้มีบทบาทใด ๆ ในภัยพิบัติกระสวยอวกาศโคลัมเบียใน ค.ศ. 2003
มาตรฐาน
[แก้]ISO 3601 ระบบกำลังของไหล — โอริง
[แก้]- ISO 3601-1:2012 เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน หน้าตัด ค่าความคลาดเคลื่อนและรหัสกำหนด
- ISO 3601-2:2016 ขนาดร่องสำหรับใช้งานทั่วไป
- ISO 3601-4:2008 แหวนป้องกันการรีด (แหวนสำรอง)
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Whitlock, Jerry (2004). "The Seal Man's O-Ring Handbook" (PDF). EPM, Inc. - The Seal Man. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2019-08-10. สืบค้นเมื่อ 2018-12-08.
- ↑ "GFS O-Rings". Gallagher Seals. สืบค้นเมื่อ 4 August 2021.
- ↑ "Frequently Asked O-ring Technical Questions". Parker O-Ring & Engineered Seals Division. สืบค้นเมื่อ December 7, 2018.
- ↑ "Factory Tour".
- ↑ US patent 2180795, Niels A. Christensen, issued 1939-11-21
- ↑ 2180795, Christensen, Niels A., "Packing", issued 1939-11-21, applied 1937-10-02
- 1 2 3 "No. 555: O-Ring". Uh.edu. 2004-08-01. สืบค้นเมื่อ 2011-03-25.
- ↑ 2115383, Christensen, Niels A., "Hydraulic brake", issued 1938-04-26, applied 1933-12-29
- ↑ U.S. Patent 5,516,122
- ↑ "Nor-Cal Products, Inc. - NW Stainless Steel Centering Rings with O-ring". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2007-09-21. สืบค้นเมื่อ 2008-01-25.
- ↑ "MDC Vacuum Products-Vacuum Components, Chambers, Valves, Flanges & Fittings". Mdc-vacuum.com. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2010-10-12. สืบค้นเมื่อ 2011-03-25.
- ↑ "O-ring". Glossary.oilfield.slb.com. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2011-06-07. สืบค้นเมื่อ 2011-03-25.
- ↑ "DHCAE Tools GMBH: OpenFOAM-solution".[ลิงก์เสีย]
- ↑ "AS568: Aerospace Size Standard for O-Rings - SAE International". sae.org. สืบค้นเมื่อ 2018-02-20.
- ↑ "Trelleborg Sets Guinness World Record for the Largest O-Ring Ever Produced". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2023-07-16. สืบค้นเมื่อ 2025-05-06.
- ↑ "O-ring Design, O-ring Design Guide, O-ring Seal Design -Mykin Inc". Mykin.com. สืบค้นเมื่อ 2011-03-25.
- 1 2 3 4 5 "Type details". O-ring elastomer. Dichtomatik Americas. 2012. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-03-04. สืบค้นเมื่อ 9 April 2013.
- ↑ "Chemical Compatibility". The O-Ring Store LLC.
- ↑ "X-ring simulation".
- ↑ "John Crane seals measure up to API standards: News from John Crane EAA". Processingtalk.com. 2005-12-09. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2009-02-24. สืบค้นเมื่อ 2011-03-25.
- ↑ "What is O-Ring Shelf Life?". Oringsusa.com. สืบค้นเมื่อ 2011-03-25.
แหล่งข้อมูลอื่น
[แก้]