O-prsten je jedan od najjednostavnijih, najčešćih tipova brtvila za širok raspon statičkih i dinamičkih primjena. Dizajn utora za o-prsten je relativno jednostavan - slijedeći dobro razvijena pravila za geometriju utora, dobiva se ekonomično i pouzdano brtvljenje. Tendencija O-prstena da se vrati u svoj izvorni oblik kada se poprečni presjek sabije jedan je od glavnih razloga zašto O-prsten čini izvrsnu brtvu.
Kako se koristi o-prsten?
Jednostavno rečeno, brtva O-prstena sastoji se od elastomernog kružnog presjeka u dizajniranom utoru O-prstena, čime se postiže početna kompresija.
Sila potrebna za stiskanje O-prstena rezultat je durometra i promjera poprečnog presjeka. Rastezanje O-prstena utječe na kompresiju brtve smanjenjem poprečnog presjeka, što smanjuje brtveni potencijal O-prstena.
Pri nultom ili vrlo niskom tlaku, prirodna elastičnost gumene smjese osigurava brtvljenje. Učinkovitost brtve može se poboljšati povećanjem dijametralnog stiska. Ovo povećanje stiskanja može imati štetne učinke u primjenama dinamičkog brtvljenja s višim tlakom.
Dijametralno stiskanje stvara silu trenja između O-prstena i utora koji ga drži u instaliranom položaju. Projektirana da se deformira, gumena smjesa teče do ekstruzijskog otvora, potpuno ga brtveći od curenja, sve dok primijenjeni tlak ne bude dovoljan da nadvlada sile trenja i deformira O-prsten u mali ekstruzijski otvor (pod pretpostavkom da je guma dosegla svoj ograničenje protoka pod tlakom, daljnje povećanje sile rezultirat će slomom zbog smicanja ili ekstruzije).
Utor je dizajniran za pružanje početne sile na brtvu preko jedne osi u rasponu od 7-30 posto. Ova sila pritiska obično je okomita na silu koja se primjenjuje, što rezultira slobodnim volumenom u utoru na drugoj osi.
Čemu služi O-prsten?
Kada se primijeni pritisak, O-prsten će se pomaknuti prema niskotlačnoj strani utora. Brtveni tlak prenosi se na površinu koju treba brtviti, a koji je zapravo viši od primijenjenog tlaka tekućine za iznos jednak početnom interferencijskom tlaku.
Povećanje primijenjenog tlaka stvara interferencijski stres između brtve i dodirnih površina. Dok ova situacija postoji, o-prsten će nastaviti funkcionirati normalno i pouzdano do nekoliko stotina funti sile, pod pretpostavkom da je odabrani o-prsten ispravne veličine i da je utor strojno obrađen na odgovarajuću veličinu.
S povećanjem tlaka, deformacija prstena će biti pretjerana, što će u konačnici istisnuti dio prstena u ekstruzijski otvor. Ako je razmak ekstruzije prevelik, brtva će otpasti nakon što se potpuno istisne pod visokim pritiskom.
Nakon otpuštanja pritiska, elastičnost gumene smjese rezultira povratkom O-prstena u svoj prirodni oblik, spreman za slične cikluse.
Te je materijale, na njihovoj normalnoj radnoj temperaturi, gotovo nemoguće komprimirati i imaju vrlo nizak modul elastičnosti. Možete promijeniti njihov oblik (ali ne i volumen), a primijenjeni dijametralni stisak uzrokovat će povećanje duljine brtve preko utora.
Ovo povećanje će biti još veće kao rezultat širenja gume zbog topline iz tekućine koja se zatvara i kompatibilnosti materijala. Utor mora biti odgovarajuće veličine kako bi omogućio maksimalno širenje gumene smjese, inače će sklop razviti vrlo velika naprezanja.
Kada se primijeni dovoljna sila, O-prsten će se pomaknuti prema strani niskog tlaka dok ne dođe u kontakt sa stranom utora. Dodatni pritisak ili sila će deformirati O-prsten prema otvoru za istiskivanje. O-prsten će se u početku deformirati u oblik "D". Ova će deformacija povećati kontaktnu površinu površine 70-80 posto od početnog poprečnog presjeka. Površina kontaktne površine O-prstena pod visokim tlakom otprilike je dvostruko veća od izvorne geometrije pri nultom tlaku.
Mogućnost ekstruzije brtve nije ograničena na dinamičke primjene.
U statičkoj aksijalnoj primjeni, rastezanje montažnih vijaka pod visokim pritiskom može otvoriti ekstruzijski otvor dovoljno da omogući curenje.
Granice unutarnjeg tlaka određene su razmakom i tvrdoćom o-prstena (neki podaci navedeni su na gornjoj slici). U praksi se razmak obično specificira za određenu veličinu prstena i primjenu. Ako radite na niskim temperaturama, možda će biti potrebno smanjiti dubinu žlijezde kako bi se kompenziralo skupljanje prstena i osiguralo potrebno stiskanje pri smanjenoj veličini.
Na drugom kraju temperaturne ljestvice, može biti preporučljivo malo povećati dubinu utora kako bi se izbjeglo pretjerano stiskanje prstena na radnim temperaturama. Ovaj učinak može biti značajan pri ekstremnim temperaturama jer je koeficijent toplinskog širenja elastomera veći nego kod metala.
Ispod je početna deformacija O-prstena u utornom O-prstenu. Prema onome što možemo vidjeti, čini se da O-prsten doživljava pritisak u sustavu.
