Kovové těsnicí kroužky (také známé jako kovová těsnění nebo kovové O-kroužky) jsou neelastomerní těsnicí prvky určené pro extrémní podmínky, včetně vysokých teplot (až 980 °C), vysokých tlaků (až 1400 kgf/cm²), ultravysokého vakua (10⁻⁹ torr), silné koroze, radiace nebo jaderného prostředí. Na rozdíl od pryžových O-kroužků dosahují téměř nulové netěsnosti díky elastoplastické deformaci kovové trubky, samovolnému nabíjení tlakem nebo vyplňování povlakem. Nestárnou, nepropouštějí a nabízejí extrémně dlouhou životnost. Mezi běžné typy patří duté kovové O-kroužky (standardní / tlakově vyvážené / s plynovým tlakem), C-kroužky, E-kroužky, těsnění kroužkových spojů (typ R / oválné) atd. Výběr probíhá v šesti krocích: provozní podmínky → typ → materiál a povlak → rozměry → konstrukce drážky → validace. Doporučuje se řídit se mezinárodními normami pro vakuové příruby nebo obecnými technickými pokyny.
Krok 1: Analýza provozních podmínek (shromažďování požadavků)
Definujte klíčové parametry – to je základ výběru:
Typ těsnění: Téměř vždy statické (příruby, ventily, tlakové nádoby, letecké motory); zřídka dynamické.
Médium: Plyny, kapaliny, silné kyseliny/zásady, radioaktivní látky, vakuum.
Teplotní rozsah: Kryogenní (-270 °C) až vysokoteplotní (980 °C), včetně tepelných cyklů.
Tlak: Vakuum do 680 MPa (s pulzací vyžaduje tlakově vyvážený typ); vysoký tlak těží z efektu samovolného dobíjení.
Ostatní: Požadavek na míru netěsnosti (<10⁻⁹ Pa·m³/s), radiační odolnost, korozní odolnost, instalační prostor, teplota vypalování, náklady.
Tipy: Pro cyklování za vysokých teplot/vysokého tlaku preferujte typ s tlakovým plynem; pro příruby s nožovou hranou pro ultravysoké vakuum upřednostňujte bezkyslíkaté měděné nebo hliníkové kroužky; potravinářské/jaderné aplikace vyžadují speciální certifikace.
(Obrázky obvykle ukazují princip kompresní deformace: původní kruhový průřez → stlačená elastická regenerace vyplňující mezery a poskytující těsnicí sílu.)
Krok 2: Výběr typu
Přizpůsobení typu tlaku/teplotě (klíčový rozdíl oproti elastomerovým těsněním):
Duté kovové O-kroužky:
Standardní typ: Střední/nízký tlak/vakuum (≤70 kg/cm²), jednoduchá konstrukce.
Tlakově vyvážené (samostatně se aktivující): Vysoký tlak (>70 kg/cm²), malé otvory ve vnitřní stěně zavádějí systémový tlak – vyšší tlak zvyšuje těsnicí sílu.
Tlakový plyn (vnitřní tlak): Cyklování při vysokých teplotách (425–980 °C), vnitřní plyn se s teplotou rozpíná a zlepšuje tak utěsnění.
C-kroužky: Otevřené boční plochy, tlak, plastické zotavení + samonabíjecí mechanismus, vhodné pro přírubové spoje s nízkým předpětím šroubů.
E-kroužky / K-kroužky: Vyšší odolnost, vhodné pro velké průměry nebo excentrické aplikace.
Těsnění kroužkových spojů: typ R / oválné, pro příruby ropovodů a plynovodů, těsnění z masivního kovu.
Princip výběru: Nízký tlak/vakuum → standardní O-kroužek; vysoký tlak → tlakově vyvážený O-kroužek nebo C-kroužek; vysokoteplotní cyklování → O-kroužek pod tlakem plynu. Upřednostněte větší průměr trubky (vyšší těsnicí zatížení, lepší tolerance).
Krok 3: Výběr materiálu a povlaku
Materiál určuje teplotní/korozní odolnost; povlak zlepšuje počáteční utěsnění:
Materiály tělesa trubky:
Nerezová ocel 304: -250 až 540 °C, všeobecná odolnost proti korozi.
Nerezová ocel 321: -250 až 870 °C, odolnost vůči vysokým teplotám.
Ekvivalenty Inconelu 718 / slitiny X750: -270 až 980 °C, nejvyšší pevnost/odolnost vůči záření.
Povrchové úpravy / nátěry (tloušťka 0,03–0,12 mm):
Stříbro: -250 až 650 °C, nejlepší těsnicí výkon.
PTFE: -250 až 260 °C, nízké tření.
Zlato, nikl, měď, indium: Přizpůsobte médiu/teplotě.
Těsnění z plného kovu: bezkyslíková měď (pro příruby s ostrými hranami), čistý hliník, indiový drát.
Princip výběru: Zkontrolujte tabulky kompatibility pro střední korozi a teplotu; vysoká teplota preferuje slitiny s vysokým obsahem niklu se stříbrným povlakem; kryogenní/ultravakuová teplota preferuje hliník/indium. Pro dobrou deformaci udržujte materiál v měkkém/žíhaném stavu.
(Obrázky obvykle ukazují typické kovové těsnicí kroužky z různých materiálů a povlaků s viditelnými rozdíly ve vzhledu.)
Krok 4: Výběr rozměru (vnější průměr trubky + tloušťka stěny + průměr kroužku)
Normy/zakázkové provedení: Neexistuje univerzální globální norma jako AS568; rozměry jsou založeny na sérii (vnější průměr trubky 0,9–6,4 mm, vnější průměr prstence 10–1500+ mm).
Klíčové parametry:
Vnější průměr trubky (průřez): 0,9 / 1,6 / 2,4 / 3,2 / 4,0 / 4,8 / 6,4 mm (větší = vyšší těsnicí síla).
Tloušťka stěny: 0,15–0,80 mm (tenčí = lepší pružnost; silnější = lepší odolnost vůči vysokému tlaku).
Průměr kroužku: Odpovídá otvoru příruby; kontrola radiálního/axiálního roztažení/stlačení v rozmezí 5 %.
Typ s vyvážením tlaku: Poloha otvoru na vnitřním/vnějším průměru musí odpovídat směru tlaku.
Poznámky k výpočtu: Těsnicí zatížení závisí na tloušťce stěny, průměru trubky a povlaku; vysoký tlak preferuje silnou stěnu + vyvážení tlaku; velký průměr (>250 mm) omezuje roztažení na ≤3 %.
Krok 5: Návrh drážky (základní technický krok)
Drážky jsou obvykle obdélníkové, s ostrou hranou nebo stupňovité, aby byla zajištěna správná komprese a kontaktní tlak:
Míra komprese: 10–30 % (standardně 15–20 %, tlakově vyváženo 25–30 %); vzorec: Komprese = (volná výška – hloubka drážky) / volná výška.
Hloubka drážky: Vnější průměr trubky × (1 – míra stlačení), s tolerancí 0,05–0,1 mm.
Šířka drážky: 1,1–1,3 × vnější průměr trubky (vyhovuje deformaci + povlaku).
Další požadavky:
Drsnost povrchu: Dosedací plochy Ra ≤ 0,8 μm, drážka Ra ≤ 1,6 μm.
Zaoblení/zkosení: R 0,2–0,5 mm, zkosení 15–20° pro zabránění poškození.
Vysoký tlak/vakuum: Přidejte upevňovací vnější kroužek nebo ostří nože; směr tlaku určuje orientaci otvoru (C-kroužek se samočinně aktivuje).
Objemová výplň: 70–85 % (podobně jako u elastomeru, ale s minimální deformací kovu).
Běžné typy drážek:
Ploché příruby: Obdélníková drážka + vnější vodicí kroužek.
Příruby s nožovou hranou: Měděný kroužek bez kyslíku přímo stlačuje hranu.
Kroužkový spoj: Trapézová drážka (specifické pro těsnění typu R).
Vysoký tlak vyžaduje kompenzaci excentricity; tolerance drážky třídy H8/f8.
(Obrázky obvykle zobrazují typické rozměry těsnění kroužkového spoje a drážkovou/oválnou strukturu pro příruby vysokotlakého potrubí.)
Krok 6: Instalace, validace a optimalizace
Pokyny k instalaci: Povrchy očistěte acetonem (bez obsahu oleje), zasouvejte svisle (přesné vyrovnání <0,2 mm), postupně přitlačujte (šrouby utahujte postupně), používejte kompatibilní mazivo, vyvarujte se kroucení/poškrábání. Příruby s ostrými hranami vyžadují přesné vyrovnání.
Validace: Zkouška těsnosti pomocí hmotnostního spektrometru s heliem (<10⁻⁹ Pa·m³/s), zkouška cyklickým zastavením tlaku (72+ h + vypalování při vysoké teplotě), simulace životnosti. Optimalizace úpravou tloušťky stěny/povlaku.
Časté problémy, kterým je třeba se vyhnout: Nadměrné stlačení (trvalé usazení), drsné povrchy (netěsnost), žádný povlak (špatné počáteční utěsnění).
Doporučené nástroje: Pro zadání tlaku/teploty/rozměrů použijte obecné technické kalkulačky nebo příručky k doporučení typu, materiálu a drážky.
Závěrečné doporučení: Kovové těsnicí kroužky mohou dosáhnout 5–10krát delší životnosti než elastomerová těsnění, ale vyžadují vyšší předpětí a vyšší náklady. Vždy provádějte prototypové zkoušky (zejména pro tepelné cykly). Pro specifické podmínky (médium, tlak, teplota, velikost příruby) lze učinit přesná doporučení.
Pro zajištění nulového úniku a bezpečnosti se řiďte spolehlivými technickými pokyny a normami pro vakuum/příruby. V případě složitých podmínek se poraďte s profesionálními inženýry těsnění nebo proveďte simulaci metodou konečných prvků. V extrémních prostředích jsou preferovaným řešením kovové těsnicí kroužky!
Čas zveřejnění: 20. března 2026
