טבעת ה-O החלולה ממתכת היא טבעת איטום עגולה העשויה מצינורות מתכת, בדרך כלל בעלת חתך רוחב עגול (אם כי גם אליפסה, מלבנית וכו', אפשריים). היא מתפקדת על ידי עיוות אלסטי תחת דחיסה כדי למלא את הפערים המיקרו-קטנים בין ממשקי האיטום, ובכך להשיג אטימה. שלא כמו אטמים אלסטומריים, היא תוכננה במיוחד להתמודד עם אתגרי איטום בסביבות קיצוניות הכוללות טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה, ואקום גבוה וקורוזיה חזקה.
א. עקרון עבודה: דפורמציה אלסטית ואיטום מגע קו
עקרון האיטום של טבעת ה-O החלולה ממתכת מבוסס על מנגנון "מגע קו" קלאסי, הכולל את השלבים המרכזיים הבאים:
- טעינה מוקדמת וקשר קו:
- כאשר אוגנים או מחברים מהודקים באמצעות ברגים, כיסוי החריץ מפעיל כוח דחיסה צירי על טבעת ה-O החלולה ממתכת.
- כוח זה גורם לדופן טבעת המתכת החלולה לעבורדפורמציה אלסטית(שיטוח), לוחץ את הדופן החיצונית שלו בחוזקה כנגד תחתית חריץ האיטום ופלטת הכיסוי, ויוצר פס איטום רציף של "מגע קווי". מגע ראשוני זה מספק את האיטום הסטטי הבסיסי.
- איטום בסיוע לחץ של המערכת (אפקט אנרגיה עצמית):
- כאשר הלחץ הפנימי במערכת עולה, לחץ המדיום פועל על החלק הפנימי של טבעת ה-O, בין אם דרך חורי אוורור בבסיס החריץ או ישירות.
- הלחץ מאלץ עוד יותר את טבעת ה-O להתרחב כלפי חוץ, וללחוץ את שפת האיטום שלה (קצה המגע שנוצר על ידי השיטוח) חזק יותר כנגד משטח האיטום הנגדי.ככל שלחץ המערכת גבוה יותר, כך לחץ מגע האיטום גדול יותר"אפקט המעורר את עצמו" זה משפר משמעותית את אמינות האיטום.
ההבדל מטבעות O ממתכת מלאה:
- טבעות O ממתכת מוצקהמסתמכים בעיקר על כוחות דחיסה גדולים כדי לעוות פלסטית את המתכת ולמלא פערים. הם דורשים כוחות איטום גבוהים ולעתים קרובות אינם ניתנים לשימוש חוזר לאחר פירוק.
- טבעות O מתכת חלולותמסתמכים בעיקר על עיוות אלסטי של דופן הצינור, הדורשים כוחות איטום נמוכים בהרבה ומציעים התאוששות אלסטית טובה יותר, וכתוצאה מכך שימוש חוזר מעולה.
II. יתרונות מרכזיים
בהתבסס על עקרון העבודה וחומר המתכת שלהן, טבעות O חלולות ממתכת מציעות את היתרונות הבולטים הבאים:
- סבילות טמפרטורה רחבה במיוחד:היתרון הבולט ביותר שלו. בהתאם לבחירת החומר (למשל, אינקונל, נירוסטה 316, Hastelloy), הוא יכול לעמוד בטמפרטורות קיצוניות מ...-250°C עד מעל 1000°C, עולה בהרבה על כל חומר איטום פולימרי.
- ביצועי איטום מצוינים בלחץ גבוה ובוואקום גבוה:מסוגל לעמוד בלחצים גבוהים במיוחד של מאות מגה-פסקל (MPa). במערכות ואקום גבוה, חדירות הגזים הנמוכה מאוד של המתכת עצמה מבטיחה שלמות ואקום מעולה.
- עמידות יוצאת דופן בפני קורוזיה:סגסוגות מיוחדות יכולות לעמוד בפני מגוון חומצות חזקות, בסיסים, ממסים אורגניים וסביבות חמצון בטמפרטורה גבוהה.
- ללא זחילה או הרפיה, איטום לאורך זמן:חומרי מתכת אינם זוחלים או מתיישנים כמו פלסטיק או גומי בטמפרטורות גבוהות, ושומרים על כוח איטום יציב לטווח ארוך ומונעים דליפות עקב הרפיה.
- שימוש חוזר:עם תכנון והתקנה נכונים, כל עוד לא מתרחשת ריסוק קבוע (דחיסה יתר), ניתן לפרק אותו ולעשות בו שימוש חוזר מספר פעמים, ובכך להפחית את עלויות התחזוקה לטווח ארוך.
- עמידות לקרינה:מתאים לסביבות עם חשיפה לקרינה, כגון תעשיית הגרעין.
ג. תכנון חריץ ההתקנה ופרמטרים מרכזיים
עיצוב החריצים הוא קריטי לתפקוד תקין של טבעות O חלולות ממתכת. המטרה העיקרית היא:כדי לספק מרחב דחיסה מדויק עבור טבעת ה-O תוך הגבלת הזרימה הצידית שלה.
1. סוגי חריצים
- חריץ פתוח (הנפוץ ביותר):החריץ מעובד לתוך משטח אוגן אחד, והשני הוא משטח איטום שטוח. מתאים לרוב האטמים הסטטיים בלחץ גבוה.
- חריץ סגור (חריץ דו-חלקי):החריץ נוצר על ידי עיבוד שבבי של חצי חריץ בכל פני אוגן. מקל על מיקום והתקנה של טבעת O אך דורש דיוק עיבוד שבבי גבוה.
2. עיצוב ממד חריץ מפתח
מידות החריצים קשורות קשר הדוק לקוטר החופשי (OD) של טבעת ה-O ולעובי הדופן (WT). להלן עקרונות התכנון הבסיסיים עבור טבעות O מתכת חלולות בעלות חתך עגול (מידות ספציפיות צריכות להתייחס לתקנים או להמלצות הספק):
- רוחב החריץ (רוחב):
- צריך להיות מעט גדול יותר מקוטר ה-O החופשי (OD) של טבעת ה-O כדי להתאים אותה. בדרך כלל,W ≈ OD + (10% ~ 20%) OD.
- אסור שהרוחב יהיה מוגזם, אחרת טבעת ה-O עלולה להתעוות יתר על המידה תחת לחץ ולהיבלע לתוך הפער ולגרום נזק.
- עומק חריץ (D):
- זהו ה-הכי קריטיפרמטר, הקובע ישירות את טבעת ה-Oיחס דחיסה.
- יחס דחיסה = (OD – D) / OD × 100%
- עבור אטמים סטטיים, יחס הדחיסה ההתחלתי המומלץ הוא בדרך כלל בין15% ו-30%יחס נמוך מדי עלול לגרום לדליפה; יחס גבוה מדי עלול למחוץ את טבעת ה-O, לגרום לאובדן גמישות ולהפוך אותה לבלתי ניתנת לשימוש חוזר.
- עומק החריץ (D) חייב להיות קטן מקוטר החופשי (OD) של טבעת ה-O.
- חספוס פני השטח של החריץ:
- חספוס פני השטח של משטחי המגע האטימה הוא קריטי. בדרך כלל,רא ≤ 0.8 מיקרומטרנדרש כדי להבטיח מגע טוב עם הקו ולמזער נתיבי דליפה.
- פינות חריץ:
- החיבור בין תחתית החריץ לדופן הצדדית צריך להיות בעל רדיוס מתאים (שיפוע קטן) כדי למנוע ריכוז מאמץ ושריטות של טבעת ה-O.
3. בקרת דחיסה: אחוז דחיסה
לאחר ההתקנה, גובה טבעת ה-O נדחס. דרגת דחיסה זו נמדדת ב"אחוז דחיסה".
- אחוז דחיסה = (גובה חופשי – גובה דחוס) / גובה חופשי × 100%
- עבור טבעות O מתכת חלולות בעלות חתך רוחב עגול סטנדרטי,דחיסה של 20% – 30%הוא טווח נפוץ ויעיל. יש להבטיח זאת על ידי חישוב מדויק של עומק החריץ ובחירת אטמים או מרווחים מתאימים.
IV. יישומים אופייניים
- תעופה וחלל:מנועים, מערכות דלק, צינורות בטמפרטורה גבוהה.
- פטרוכימיקלים:כורים, שסתומים, חיבורי צנרת בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה.
- תעשיית הגרעין:כורים גרעיניים וציוד נלווה.
- תנורי ואקום, ציוד מוליכים למחצה:אטמי דלתות תא הדורשים תחזוקה בוואקום גבוה במיוחד.
- ציוד נוזלים סופר-קריטיים.
מַסְקָנָה
טבעת ה-O החלולה ממתכת היא אחד הפתרונות האולטימטיביים לאתגרי איטום בתנאים קיצוניים. הצלחת היישום שלה תלויה במידה רבה ב...בחירת חומרים נכונה(התאמת המדיום והטמפרטורה),עיצוב חריץ מדויק(שליטה בדחיסה), והתקנה נקייה ומקצועיתבעת בחירתם ושימוש בהם, מומלץ מאוד להתייעץ בפירוט עם ספקים מקצועיים או עם מפרטים סטנדרטיים (כגון סדרת AMS) כדי להבטיח פעולה בטוחה מפני כשל.
זמן פרסום: 20 באוקטובר 2025