Ihåliga O-ringar av metall: Principer, fördelar och installationsspår

Den ihåliga metall-O-ringen är en cirkulär tätningsring tillverkad av metallrör, vanligtvis med ett cirkulärt tvärsnitt (även om ovala, rektangulära etc. också är möjliga). Den fungerar genom att deformeras elastiskt under kompression för att fylla mikrospalterna mellan tätningsgränssnitten och därigenom uppnå en tätning. Till skillnad från elastomeriska tätningar är den specifikt utformad för att hantera tätningsutmaningar i extrema miljöer med hög temperatur, högt tryck, högt vakuum och stark korrosion.

​I. Arbetsprincip: Elastisk deformation och linjekontakttätning​

Tätningsprincipen för den ihåliga metall-O-ringen är baserad på den klassiska "linjekontakt"-mekanismen, som involverar följande viktiga steg:

1. ​Förspänning och linjekontakt:​
   • När flänsar eller kontakter dras åt med bultar, applicerar spårskyddet en axiell kompressionskraft på den ihåliga metall-O-ringen.
   • Denna kraft gör att väggen i den ihåliga metallringen utsätts förelastisk deformation(utplattande), och pressar dess yttervägg tätt mot botten av tätningsspåret och täckplattan, vilket bildar ett kontinuerligt "linjekontakt"-tätningsband. Denna initiala kontakt ger den grundläggande statiska tätningen.
2. ​Systemtryckassisterad tätning (självaktiverande effekt):​
   • När det interna systemtrycket ökar verkar medeltrycket på insidan av O-ringen, antingen genom ventilationshål i spårbasen eller direkt.
   • Trycket tvingar ytterligare O-ringen att expandera utåt, vilket pressar dess tätningsläpp (kontaktkanten som bildas genom tillplattandet) tätare mot den motstående tätningsytan.Ju högre systemtryck, desto större tätningskontakttryckDenna "självförstärkande effekt" förbättrar tätningens tillförlitlighet avsevärt.

​Skillnaden mot O-ringar i massiv metall:​

• ​O-ringar i massiv metallförlitar sig främst på stora kompressionskrafter för att plastiskt deformera metallen och fylla sprickor. De kräver höga tätningskrafter och kan ofta inte återanvändas efter demontering.
• ​Ihåliga metall-O-ringarförlitar sig främst på rörväggens elastiska deformation, vilket kräver mycket lägre tätningskrafter och erbjuder bättre elastisk återhämtning, vilket resulterar i överlägsen återanvändbarhet.

​II. Kärnfördelar​

Baserat på sin arbetsprincip och metallmaterial erbjuder ihåliga O-ringar av metall följande enastående fördelar:

1. ​Extremt bred temperaturtolerans:Dess mest anmärkningsvärda fördel. Beroende på materialval (t.ex. Inconel, rostfritt stål 316, Hastelloy) kan den motstå extrema temperaturer från-250°C till över 1000°C, vilket vida överträffar alla polymertätningsmaterial.
2. ​Utmärkt högtrycks- och högvakuumtätningsprestanda:Klarar ultrahöga tryck på hundratals megapascal (MPa). I högvakuumsystem säkerställer metallens mycket låga gaspermeabilitet utmärkt vakuumintegritet.
3. ​Enastående korrosionsbeständighet:Speciallegeringar kan motstå olika starka syror, alkalier, organiska lösningsmedel och högtemperaturoxidationsmiljöer.
4. ​Ingen krypning eller avslappning, långvarig tätning:Metallmaterial kryper eller åldras inte som plast eller gummi vid höga temperaturer, vilket bibehåller en stabil tätningskraft på lång sikt och förhindrar läckage på grund av relaxation.
5. ​Återanvändbarhet:Med korrekt design och installation, så länge permanent krossning (överkompression) inte uppstår, kan den demonteras och återanvändas flera gånger, vilket minskar de långsiktiga underhållskostnaderna.
6. ​Strålningsbeständighet:Lämplig för miljöer med strålningsexponering, såsom kärnkraftsindustrin.

​III. Installationsspårens design och nyckelparametrar​

Spårdesignen är avgörande för att metalliska ihåliga O-ringar ska fungera korrekt. Huvudmålet är:för att ge exakt kompressionsutrymme för O-ringen samtidigt som dess sidoflöde begränsas.​

​1. Spårtyper​

• ​Öppen spår (vanligast):Spåret är maskinfräst i ena flänsytan och den andra är en plan tätningsyta. Lämplig för de flesta statiska högtryckstätningar.
• ​Sluten groove (tvådelad groove):Spåret formas genom att ett halvt spår bearbetas i varje flänsyta. Underlättar positionering och installation av O-ringar men kräver hög bearbetningsnoggrannhet.

​2. Design av nyckelspårdimension​

Spårdimensionerna är nära relaterade till O-ringens fria diameter (OD) och väggtjocklek (WT). Följande är grundläggande designprinciper för ihåliga metall-O-ringar med cirkulärt tvärsnitt (specifika dimensioner bör hänvisa till standarder eller leverantörsrekommendationer):

• ​Spårbredd (B):​
  • Bör vara något större än O-ringens fria diameter (OD) för att få plats med den. Vanligtvis,W ≈ OD + (10 % ~ 20 %) OD.
  • Bredden får inte vara för stor, annars kan O-ringen deformeras för mycket under tryck och pressas in i springan och orsaka skador.
• ​Spårdjup (D):​
  • Detta är denmest kritiskaparameter, som direkt bestämmer O-ringenskompressionsförhållande.
  • ​Kompressionsförhållande = (OD – D) / OD × 100 %​​
  • För statiska tätningar är det rekommenderade initiala kompressionsförhållandet vanligtvis mellan15 % och 30 %För lågt förhållande kan orsaka läckage; för högt kan krossa O-ringen, vilket leder till förlust av elasticitet och gör den oåteranvändbar.
  • Spårdjupet (D) måste vara mindre än O-ringens fria diameter (OD).
• ​Spårytans grovhet:​
  • Ytjämnheten hos tätningsytorna är avgörande. Vanligtvis,Ra ≤ 0,8 μmkrävs för att säkerställa god linjekontakt och minimera läckagevägar.
• ​Spårhörn:​
  • Övergången mellan spårets botten och sidoväggen bör ha en lämplig radie (liten avfasning) för att förhindra spänningskoncentration och repor i O-ringen.

​3. Kompressionskontroll: Procentuell kompression​

Efter installationen komprimeras O-ringens höjd. Denna kompressionsgrad mäts med "procentuell kompression".

• ​Procentuell kompression = (Fri höjd – Komprimerad höjd) / Fri höjd × 100 %​
• För standard cirkulärt tvärsnitt ihåliga metall-O-ringar,20 % – 30 % kompressionär ett vanligt och effektivt intervall. Detta måste säkerställas genom att exakt beräkna spårdjupet och välja lämpliga packningar eller distanser.

​IV. Typiska tillämpningar​

• ​Flyg- och rymdfart:Motorer, bränslesystem, högtemperaturledningar.
• ​Petrokemikalier:Högtemperatur- och högtrycksreaktorer, ventiler, röranslutningar.
• ​Kärnkraftsindustrin:Kärnreaktorer och tillhörande utrustning.
• ​Vakuumugnar, halvledarutrustning:Kammardörrstätningar som kräver ultrahögt vakuumunderhåll.
• ​Utrustning för superkritiska vätskor.​

​Slutsats​

Den ihåliga metall-O-ringen är en av de ultimata lösningarna för tätningsutmaningar under extrema förhållanden. Dess framgångsrika tillämpning beror starkt påkorrekt materialval(matcha mediet och temperaturen),exakt spårdesign(kontrollerar kompression) ochren, professionell installationVid val och användning av dem rekommenderas det starkt att konsultera professionella leverantörer eller standardspecifikationer (som AMS-serien) i detalj för att säkerställa felsäker drift.