ओ-रिंग का सीलिंग सिद्धांत

ओ-रिंग का सीलिंग सिद्धांत

ओ-रिंग, जिसे ओ-रिंग के रूप में भी जाना जाता है, एक गोलाकार क्रॉस-सेक्शन वाली रबर की अंगूठी है। यह हाइड्रोलिक और वायवीय प्रणालियों में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सील है। ओ-रिंग्स उत्कृष्ट सीलिंग गुण प्रदान करते हैं और इसका उपयोग स्थिर और प्रत्यागामी दोनों सीलों के लिए किया जा सकता है। इन्हें स्वतंत्र रूप से उपयोग किया जा सकता है और ये कई मॉड्यूलर सीलिंग सिस्टम का एक मूलभूत घटक हैं। उनके पास अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। यदि सामग्री ठीक से चुनी गई है, तो वे विभिन्न परिचालन स्थितियों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। ऑपरेटिंग दबाव 1.333 × 10⁵Pa के वैक्यूम से लेकर 400 MPa के उच्च दबाव तक होता है, और तापमान -60°C से 200°C तक होता है।

अन्य सील प्रकारों की तुलना में, ओ-रिंग्स के निम्नलिखित फायदे हैं:

1) छोटा आकार और आसान संयोजन और पृथक्करण।

2) स्थैतिक और गतिशील सीलिंग दोनों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, स्थैतिक सील के रूप में उपयोग करने पर वस्तुतः कोई रिसाव नहीं होता है।

3) एक एकल ओ-रिंग द्विदिशात्मक सीलिंग प्रदान करती है।

4) कम गतिशील घर्षण।

 

ओ-रिंग एक प्रकार की एक्सट्रूज़न सील है। इसका मूल संचालन सिद्धांत सील तत्व के लोचदार विरूपण पर निर्भर करता है, जिससे सीलिंग सतह पर संपर्क दबाव बनता है। यदि संपर्क दबाव सीलबंद माध्यम के आंतरिक दबाव से अधिक हो जाता है, तो रिसाव होगा; अन्यथा, रिसाव हो जाएगा. सीलिंग सतह पर संपर्क दबाव के कारण और गणना के तरीके स्थिर और गतिशील सील के लिए भिन्न होते हैं और अलग-अलग स्पष्टीकरण की आवश्यकता होती है।

1. स्थैतिक सील के लिए सीलिंग सिद्धांत

स्थैतिक सील में ओ-रिंग्स का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। यदि सही तरीके से डिज़ाइन और उपयोग किया जाए, तो ओ-रिंग्स रिसाव-मुक्त, पूर्ण सील प्राप्त कर सकते हैं।

सीलिंग ग्रूव में ओ-रिंग स्थापित करने के बाद, इसका क्रॉस-सेक्शन संपर्क संपीड़न तनाव से गुजरता है, जिससे लोचदार विरूपण होता है। यह संपर्क सतह पर एक निश्चित प्रारंभिक संपर्क दबाव Po उत्पन्न करता है। यहां तक ​​कि बिना या बहुत कम दबाव के भी, ओ-रिंग अपने स्वयं के लोचदार बल के कारण सील बनाए रखती है। जब दबावयुक्त माध्यम कक्ष में प्रवेश करता है, तो ओ-रिंग मध्यम दबाव के प्रभाव में निचले दबाव की ओर स्थानांतरित हो जाती है, जिससे अंतराल को भरने और बंद करने के लिए इसके लोचदार विरूपण में वृद्धि होती है। इस बिंदु पर, सीलिंग जोड़ी की संभोग सतहों पर संपर्क दबाव पीएम तक बढ़ जाता है:
 

पीएम=पीओ+पीपी

जहां पीपी ओ-रिंग (0.1 एमपीए) के माध्यम से संपर्क सतह पर प्रेषित संपर्क दबाव है।

पीपी=के·पी

K दबाव संचरण गुणांक है, रबर O-रिंग्स के लिए K=1;

पी सीलबंद तरल पदार्थ का दबाव (0.1 एमपीए) है।

यह सीलिंग प्रभाव को काफी बढ़ाता है। चूँकि K आम तौर पर ≥ 1 है, Pm>P. इसलिए, जब तक ओ-रिंग पर प्रारंभिक दबाव है, यह रिसाव-मुक्त, पूर्ण सील प्राप्त कर सकता है। ओ-रिंग की यह संपत्ति, जो ओ-रिंग की संपर्क स्थिति को बदलने और सील प्राप्त करने के लिए माध्यम के दबाव पर निर्भर करती है, को सेल्फ-सीलिंग कहा जाता है।

सैद्धांतिक रूप से, भले ही संपीड़न विरूपण शून्य हो, फिर भी यह तेल के दबाव में सील हो सकता है। हालाँकि, व्यवहार में, स्थापना के दौरान ओ-रिंग्स विलक्षण हो सकते हैं। इसलिए, सीलिंग खांचे में ओ-रिंग स्थापित होने के बाद, इसका क्रॉस-सेक्शन आम तौर पर 7% -30% के संपीड़न विरूपण का अनुभव करता है। स्थैतिक सील के लिए उच्च संपीड़न अनुपात का उपयोग किया जाता है, जबकि गतिशील सील के लिए कम संपीड़न अनुपात का उपयोग किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सिंथेटिक रबर कम तापमान पर संपीड़ित होता है, इसलिए स्थैतिक ओ-रिंग्स के पूर्व-संपीड़न को इसके कम तापमान वाले संकोचन के लिए जिम्मेदार होना चाहिए।

 

2. प्रत्यागामी गति सील के लिए सीलिंग सिद्धांत

हाइड्रोलिक और वायवीय घटकों और प्रणालियों में प्रत्यागामी गति सील एक सामान्य सीलिंग आवश्यकता है। प्रत्यावर्ती गति सील का उपयोग पावर सिलेंडर पिस्टन और सिलेंडर बॉडी, पिस्टन-टू-सिलेंडर इंटरपोजिशन और सिलेंडर हेड और विभिन्न प्रकार के स्लाइडिंग वाल्व में किया जाता है। एक बेलनाकार छड़ और एक बेलनाकार बोर के बीच एक गैप बनता है, जिसके भीतर छड़ अक्षीय रूप से चलती है। सील द्रव के अक्षीय रिसाव को प्रतिबंधित करती है। जब एक प्रत्यागामी गति सील के रूप में उपयोग किया जाता है, तो ओ-रिंग की पूर्व-सीलिंग और स्वयं-सीलिंग गुण स्थिर सील के समान होते हैं। इसके अलावा, अपनी अंतर्निहित लोच के कारण, ओ-रिंग स्वचालित रूप से टूट-फूट की भरपाई कर सकती है। हालाँकि, तरल मीडिया को सील करते समय, रॉड की गति, तरल दबाव और चिपचिपाहट के प्रभाव के कारण स्थिति स्थिर सील की तुलना में अधिक जटिल होती है।

जब तरल पदार्थ दबाव में होते हैं, तो तरल अणु धातु की सतह के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। तेल में ध्रुवीय अणु धातु की सतह पर कसकर और समान रूप से संरेखित होते हैं, जिससे स्लाइडिंग सतह और सील के बीच एक मजबूत सीमा फिल्म बनती है, जो स्लाइडिंग सतह पर मजबूत आसंजन लगाती है। यह तरल फिल्म हमेशा सील और प्रत्यावर्ती सतह के बीच मौजूद होती है, जो एक निश्चित डिग्री की सीलिंग प्रदान करती है और चलती सीलिंग सतह को चिकनाई देने के लिए महत्वपूर्ण होती है। हालाँकि, यह रिसाव के लिए हानिकारक है। जब प्रत्यागामी शाफ्ट को बाहर की ओर खींचा जाता है, तो शाफ्ट पर मौजूद तरल फिल्म भी इसके साथ खिंच जाती है। सील की "पोंछने" की क्रिया के कारण, जब प्रत्यागामी शाफ्ट पीछे हटता है, तो यह तरल फिल्म सीलिंग तत्व द्वारा बाहर ही बनी रहती है। जैसे-जैसे प्रत्यागामी स्ट्रोक की संख्या बढ़ती है, अधिक तरल पदार्थ बाहर बना रहता है, अंततः तेल की बूंदें बनती हैं, जो प्रत्यावर्ती सील में रिसाव का प्रतिनिधित्व करती हैं। चूँकि बढ़ते तापमान के साथ हाइड्रोलिक तेल की चिपचिपाहट कम हो जाती है, तेल फिल्म की मोटाई तदनुसार कम हो जाती है। इसलिए, जब हाइड्रोलिक उपकरण कम तापमान पर शुरू किया जाता है, तो आंदोलन की शुरुआत में रिसाव अधिक होता है। जैसे-जैसे आवाजाही के दौरान विभिन्न नुकसानों के कारण तापमान बढ़ता है, रिसाव धीरे-धीरे कम होने लगता है।

ओ-रिंग्स, पारस्परिक सील के रूप में, कॉम्पैक्ट और आकार में छोटे होते हैं, और मुख्य रूप से इनका उपयोग किया जाता है:

1) कम दबाव वाले हाइड्रोलिक घटक, आम तौर पर छोटे स्ट्रोक और 10 एमपीए के आसपास के मध्यम दबाव तक सीमित होते हैं।

2) छोटे-व्यास, लघु-स्ट्रोक, मध्यम-दबाव हाइड्रोलिक स्पूल वाल्व।

3) वायवीय स्पूल वाल्व और सिलेंडर।

4) संयुक्त प्रत्यागामी सीलों में इलास्टोमर्स के रूप में।

ओ-रिंग छोटे व्यास, छोटे स्ट्रोक और निम्न-से-मध्यम दबाव के लिए पारस्परिक सील के रूप में सबसे उपयुक्त हैं, जैसे कि वायवीय सिलेंडर और स्पूल वाल्व जैसे पारस्परिक घटकों में। हाइड्रोलिक घटकों में, प्राथमिक गतिशील सील के रूप में ओ-रिंग्स का उपयोग आम तौर पर छोटे स्ट्रोक और लगभग 10 एमपीए के मध्यम से निम्न दबाव तक सीमित होता है। ओ-रिंग बहुत कम गति वाले प्रत्यागामी सील के लिए या उच्च दबाव वाले प्रत्यागामी अनुप्रयोगों के लिए एकमात्र सील के रूप में उपयुक्त नहीं हैं। यह मुख्य रूप से इन स्थितियों में उच्च घर्षण के कारण होता है, जिससे समय से पहले सील विफलता हो सकती है। किसी भी एप्लिकेशन में, सील का उपयोग उसके रेटेड डेटा या क्षमता के अनुसार किया जाना चाहिए और संतोषजनक प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए ठीक से इकट्ठा किया जाना चाहिए।

 

3. रोटरी सील

तेल सील और यांत्रिक सील का उपयोग आमतौर पर रोटरी सील के लिए किया जाता है। हालाँकि, तेल सील कम दबाव पर काम करते हैं और ओ-रिंग्स की तुलना में बड़े, अधिक जटिल और कम विनिर्माण योग्य होते हैं। जबकि यांत्रिक सील उच्च दबाव (40 एमपीए), उच्च गति (50 मीटर/सेकेंड), और उच्च तापमान (400 डिग्री सेल्सियस) पर काम कर सकते हैं, उनकी अधिक जटिल और भारी संरचना और उच्च लागत उन्हें केवल पेट्रोलियम और रासायनिक उद्योगों में भारी मशीनरी के लिए उपयुक्त बनाती है।

रोटरी अनुप्रयोगों के लिए ओ-रिंग के साथ प्राथमिक समस्या जूल हीटिंग है। उच्च गति से घूमने वाले शाफ्ट और ओ-रिंग के बीच संपर्क बिंदु पर उत्पन्न होने वाली यह घर्षण गर्मी इन संपर्क बिंदुओं के तापमान को लगातार बढ़ाती है, जिससे रबर सामग्री गंभीर रूप से विकृत हो जाती है और संपीड़न और बढ़ाव में परिवर्तन होता है। यह गर्मी सीलिंग सामग्री की उम्र बढ़ने में भी तेजी लाती है, जिससे ओ-रिंग का सेवा जीवन कम हो जाता है। यह सीलिंग तेल फिल्म को भी नष्ट कर देता है, जिससे तेल टूटने लगता है और सील घिसने में तेजी आती है।
 

उपरोक्त स्थिति के आधार पर, हाल के वर्षों में रोटरी गति के लिए ओ-रिंग्स पर घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर व्यापक और गहन शोध किया गया है। जूल हीटिंग से बचने के लिए, रबर के गुणों, मुख्य रूप से ओ-रिंग के बढ़ाव और संपीड़न अनुपात के आधार पर ओ-रिंग संरचनात्मक मापदंडों को सही ढंग से चुनने में कुंजी निहित है। प्रायोगिक अध्ययनों से पता चला है कि रोटरी गति के लिए ओ-रिंग्स को घूर्णन शाफ्ट व्यास के बराबर या उससे थोड़ा बड़े आंतरिक व्यास के साथ डिजाइन किया जाना चाहिए, आमतौर पर 3% से 5% बड़ा। स्थापना के दौरान, ओ-रिंग को आंतरिक व्यास से अंदर की ओर संपीड़ित किया जाता है, और क्रॉस-सेक्शनल संपीड़न को न्यूनतम, आमतौर पर लगभग 5% के आसपास डिज़ाइन किया गया है। इसके अलावा, जब भी संभव हो न्यूनतम थर्मल प्रभाव वाली सीलिंग सामग्री का उपयोग किया जाता है, और ओ-रिंग स्थापना स्थल पर गर्मी अपव्यय पर उचित विचार किया जाता है। यह ओ-रिंग्स के प्रदर्शन में उल्लेखनीय रूप से सुधार करता है, जिससे 4 मीटर/सेकेंड तक की गति के साथ घूमने वाले शाफ्ट को सील करने में उनका उपयोग संभव हो जाता है।

हाल ही में, गर्मी प्रतिरोधी फ्लोरोरबर और पहनने के लिए प्रतिरोधी पॉलीयुरेथेन रबर उभरे हैं, और रबर घटकों में जूल हीटिंग प्रभाव की गहरी समझ के साथ, इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए समाधान विकसित किए गए हैं, जिससे नई ओ-रिंग सीलिंग संरचनाओं का डिज़ाइन तैयार किया गया है जो उच्च गति, उच्च दबाव वाली रोटरी गति के लिए बेहतर अनुकूल हैं।

ओ-रिंग्स का उपयोग उनके छोटे आकार, सरल संरचना, कम लागत, अच्छी प्रक्रिया प्रदर्शन और अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के कारण रोटरी मोशन सीलिंग उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है।