Todo lo que necesita saber sobre los anillos obturadores: características, funciones y selección de materiales

Una junta tórica es un tipo de anillo de sellado de goma con una sección transversal circular. Su nombre proviene de su sección transversal en forma de O y comúnmente se le llama junta tórica.

La junta tórica se introdujo por primera vez a mediados del siglo XIX como elemento de sellado para cilindros de máquinas de vapor. Hoy en día, se utiliza ampliamente debido a su precio asequible, facilidad de fabricación, rendimiento confiable y requisitos de instalación simples. Como resultado, la junta tórica es el diseño más utilizado para el sellado mecánico.

La junta tórica puede soportar altas presiones, medidas en decenas de megapascales (kilo libras). Se puede utilizar en aplicaciones estáticas y dinámicas donde los componentes se mueven entre sí, como ejes de bombas giratorios y pistones de cilindros hidráulicos.

1. Información general

1.1 Características del anillo de sellado

Una junta tórica es un pequeño elemento de sellado en forma de anillo que normalmente tiene una sección transversal circular. El principal material utilizado en su fabricación es el compuesto de moldeo sintético, lo que lo convierte en el tipo de sello más utilizado en ingeniería hidráulica. Se utiliza principalmente para sellos estáticos y deslizantes.

En comparación con otros sellos, la junta tórica tiene varias ventajas, entre ellas:

El. Sellado eficaz y larga vida útil

B. La capacidad de sellar en ambas direcciones con un solo anillo.

w. Buena compatibilidad con aceite, temperatura y presión.

d. Baja resistencia a la fricción dinámica.

Es. Tamaño pequeño, peso ligero y bajo coste.

F. Una estructura de sellado simple y fácil de desmontar.

gramo. La capacidad de usarse como sello estático o dinámico.

h. Tamaño y ranura estandarizados, lo que lo hace conveniente para la selección y el suministro.

Una de las desventajas de la junta tórica es que, cuando se utiliza como sello dinámico, tiene una alta resistencia a la fricción, que es aproximadamente de 3 a 4 veces mayor que su fricción dinámica. Además, es propenso a quedar atrapado dentro de la barrera bajo alta presión.

1.2 Representación

Método de expresión de 1 GB / T 3452.1-1982

Diámetro interior d1 × Diámetro del cable d2

Por ejemplo:

  • Anillo de sellado 20 × 2,4 GB3452.1-82

El "20" indica que el diámetro interior de la junta tórica es de 20 mm.

El "2,4" se refiere al diámetro de la sección transversal de la junta tórica, que es de 2,4 mm.

“GB3452.1” es el número predeterminado.

“82” representa el año en que se publicó la norma.

  • 24002000 GB3452.1-82

El "2400" representa el diámetro de la sección transversal de la junta tórica, que es de 2,4 mm.

El “0200” indica que el diámetro interior de la junta tórica es de 20 mm.

Como en el primer ejemplo, "GB3452.1" es el número estándar y "82" representa el año en que se publicó el estándar.

2. Representación del GB / T 3452.1-2005

Por ejemplo:

(1) Anillo de sellado 7,5 × 1,8 G GB/T3452.1

El “7,5” indica el diámetro interior de la junta tórica.

El "1,8" se refiere al diámetro de la sección transversal de la junta tórica.

La serie "G" se refiere a la "junta tórica universal". Existen otras series, como “A” que significa “O-ring for Aerospace”.

(2) Uno 0 × 0 × 7 × 5XG GB/T3452.1

La serie "A" se refiere al diámetro del alambre de la junta tórica de 1,80 mm. Existen otras series con diferentes diámetros de alambre, como por ejemplo:

  • “B” para diámetro de alambre del anillo de sello de 2,65 mm
  • “C” para diámetro de alambre del anillo de sello de 3,55 mm
  • “D” para diámetro de alambre del anillo de sello de 5,30 mm
  • “E” para diámetro de alambre del anillo de sello de 7,30 mm

2. Estado de funcionamiento del anillo de sellado

2.1 Función de la junta tórica para sello estático

La junta tórica es un tipo de sello de extrusión. El principio básico de un sello de extrusión es que se basa en la deformación elástica del sello para crear presión de contacto sobre la superficie de sellado. Si esta presión de contacto es mayor que la presión interna del medio sellado, no habrá fugas; de lo contrario, se producirán fugas. El proceso en el que el propio medio cambia el estado de contacto de la junta tórica para lograr el sellado se denomina "autosellado".

Pre-sello de anillo Q

Efecto autosellante:

Debido al efecto de presellado, la junta tórica está en estrecho contacto tanto con la superficie lisa sellada como con el fondo de la ranura. Como resultado, cuando el fluido ingresa a la ranura a través de un espacio, solo actúa en un lado de la junta tórica. Cuando la presión del fluido es alta, empuja el anillo de sello hacia el otro lado de la ranura y lo comprime en forma de D, transfiriendo presión a la superficie de contacto.

Sin embargo, la capacidad de autosellado de las juntas tóricas es limitada. Cuando la presión interna es demasiado alta, la junta tórica puede experimentar una "extrusión de goma". Esto ocurre cuando hay un espacio en el punto de sellado y la alta presión provoca la concentración de tensiones en el espacio. Cuando la tensión alcanza un cierto nivel, la goma se apretará. Aunque la junta tórica puede mantener temporalmente el sello, en realidad se ha dañado. Por lo tanto, es importante seleccionar cuidadosamente la junta tórica adecuada para la aplicación.

2.2 Función de la junta tórica para sellado dinámico

En los sellos dinámicos, los efectos de presellado y autosellado de la junta tórica son similares a los de los sellos estáticos. Sin embargo, la situación es más complicada en los sellos dinámicos debido a la posibilidad de que se introduzca fluido entre la junta tórica y el vástago durante el movimiento.

Cuando la varilla está en funcionamiento, si la presión media P1 actúa sobre el lado izquierdo de la junta tórica (como se muestra en la Figura a), la presión de contacto generada por la junta tórica en la varilla es mayor que P1 debido a el efecto autosellante, asegurando un sellado.

Sin embargo, cuando la varilla comienza a moverse hacia la derecha, el medio adherido a la varilla se lleva al espacio entre la junta tórica y la varilla (Figura b). Debido al efecto hidrodinámico, la presión de esta parte del medio es mayor que P1 y puede exceder la fuerza de contacto de la junta tórica en la varilla, provocando que el medio se apriete en la primera ranura de la junta tórica (Figura c ). A medida que la varilla continúa moviéndose hacia la derecha, el medio seguirá entrando en la siguiente ranura, lo que provocará una fuga en la dirección del movimiento de la varilla.

Es menos probable que se produzcan fugas cuando la varilla se mueve hacia la izquierda porque la dirección de conducción es opuesta a la dirección de presión de la varilla. La probabilidad de fuga aumenta con la viscosidad del medio y la velocidad del movimiento de la varilla, además de estar estrechamente relacionada con el tamaño y la presión de trabajo de la junta tórica.

Sello de junta tórica en forma de 2,3 S

  1. Los sellos de junta tórica se pueden clasificar según el movimiento relativo entre el sello y el dispositivo sellado:
  • Sellos estáticos
  • Sellos alternativos
  • Sellos rotativos
  • Sellos de interruptor
  1. La compresión (apretado) del ajuste del sello de compresión de la junta tórica en la ranura rectangular se puede dividir en cinco ajustes básicos del sello:
  • Ajuste de compresión
  • Ajuste de tensión de la manga
  • Ajuste hidráulico
  • Ajuste neumático
  • Ajuste giratorio

Además, en la ranura del chaflán frontal se puede colocar una junta de compresión y dos métodos de sellado especiales:

  • Sello deslizante
  • Sello flotante
  1. La estructura de piezas selladas se puede utilizar para clasificar las juntas tóricas en los siguientes tipos:
  • Sellos de extremo, que incluyen sellos de empuje y sellos en ángulo (como sellos de ranura achaflanada en la superficie del extremo de un orificio o eje)
  • Sellos cilíndricos, que incluyen sellos radiales (como sellos cilíndricos de diámetro interior para vástagos de pistón y sellos cilíndricos de diámetro exterior para pistones)
  • Sellos cónicos
  • Sellos esféricos.

3. Diseño y aplicación de juntas tóricas

3.1 Parámetros de servicio de la junta tórica S

3.1.1 Relación de compresión C

La relación de compresión (W) de una junta tórica se expresa como:

An = (d2 – h) / d2 × 100%

Dónde:

d2 – El diámetro de la sección transversal de la junta tórica en su estado libre (mm)

h: la distancia entre la parte inferior de la ranura de la junta tórica y la superficie sellada (profundidad de la ranura), que es la altura de la sección transversal de la junta tórica después de la compresión (mm).

Al elegir la relación de compresión de una junta tórica, es importante considerar los siguientes factores:

  • Área de contacto de sellado adecuada
  • Fricción mínima
  • Evite la deformación permanente

La selección de la relación de compresión (W) también debe tener en cuenta las condiciones de servicio y si se trata de un sello estático o dinámico.

Los sellos estáticos se pueden dividir en sellos radiales y sellos axiales. Los sellos radiales tienen holguras radiales y los sellos axiales tienen holguras axiales.

Las obturaciones axiales se pueden dividir en obturaciones de presión internas y obturaciones de presión externas, dependiendo de si el medio de presión actúa sobre el diámetro interior o exterior de la junta tórica. La presión interna aumenta la tensión, mientras que la presión externa disminuye la tensión inicial de la junta tórica.

Para estas diferentes formas de sellos estáticos, la dirección del medio sellador en la junta tórica es diferente, por lo que el diseño de prepresión también es diferente.

Para los sellos dinámicos, es importante distinguir entre sellos alternativos y sellos rotativos.

  • Sello estático: el dispositivo de sello estático cilíndrico es similar al dispositivo de sello alternativo y normalmente tiene una relación de compresión de -10% a 15%. El dispositivo de sellado estático plano tiene una relación de compresión de -15% a 30%.
  • Para los sellos dinámicos, se puede dividir en tres casos: El movimiento alternativo normalmente tiene una relación de compresión del 10% al -15%.

Al seleccionar la relación de compresión para sellos de movimiento giratorio, es necesario considerar el efecto del calor Joule. Generalmente, el diámetro interior de la junta tórica utilizada para el movimiento giratorio es entre un 3% y un 5% mayor que el diámetro del eje, y la relación de compresión del diámetro exterior es entre un -3% y un 8%.

Para las juntas tóricas utilizadas en aplicaciones de baja fricción, normalmente se selecciona una pequeña relación de compresión del 5% al ​​8% para reducir la resistencia a la fricción. También es importante considerar la expansión de los materiales de caucho debido al medio y la temperatura.

Normalmente, la tasa de expansión máxima permitida es del 15% además de la deformación de compresión dada. Si se excede este rango, indica que la selección del material es inadecuada y se debe usar un material diferente para la junta tórica o se debe corregir la tasa de deformación por compresión.

3.1.2 S cantidad de estiramiento

Una vez instalada la junta tórica en la ranura de sellado, normalmente tiene un cierto nivel de tensión. Esta tensión, así como la relación de compresión, afecta en gran medida el rendimiento del sellado y la vida útil de la junta tórica. La tensión excesiva dificulta la instalación de la junta tórica y reduce la relación de compresión, provocando fugas.

La cantidad de estiramiento se puede calcular usando la siguiente fórmula:

a = (d + d2) / (d1 + d2)

Dónde:

d – diámetro del eje (mm) d1 – diámetro interior de la junta tórica (mm)

El rango recomendado para la cantidad de estiramiento es del 1% al 5%. La Tabla 1 proporciona el valor de alargamiento recomendado para las juntas tóricas, y el valor de alargamiento se puede seleccionar y limitar según el tamaño del diámetro del eje.

Tabla I Límites de la relación de compresión y la cantidad de estiramiento de la junta tórica

Forma de sellado Medio de sellado Cantidad de estiramiento a (%) Relación de compresión w (%)
Sello estático Aceite hidráulico 1,03 ~ 1,04 15~25
Aire <1.01 15~25
Movimiento alternativo Aceite hidráulico 1.02 12~17
Aire <1.010,95~1 12~173~8
movimiento rotacional Aceite hidráulico 0,95~1 3~8

3.2 Ranura de instalación de junta tórica UE

La compresión de una junta tórica está determinada principalmente por el diseño y las dimensiones de la ranura de instalación.

Las ranuras rectangulares y triangulares son las formas más utilizadas, y las ranuras triangulares solo se utilizan para sellos fijos específicos.

Las formas de las ranuras para sellos estáticos, sellos alternativos y sellos dinámicos pueden ser similares, pero sus tamaños varían para adaptarse a diferentes requisitos de compresión.

3.2.1 Ancho del lote S

El ancho de la ranura se considera desde las siguientes tres perspectivas:

  • Debe ser mayor que el diámetro máximo de la junta tórica después de la deformación por compresión.
  • Se debe tener en cuenta el impacto del calentamiento inducido por el movimiento sobre la expansión y el hinchamiento de la junta tórica.
  • Se debe proporcionar un espacio adecuado en la ranura para permitir que el anillo de sello gire libremente durante el movimiento alternativo.

Generalmente se recomienda que el área de la sección transversal de la junta tórica ocupe al menos el 85% del área de la sección transversal rectangular. En muchos casos, el ancho de la ranura es 1,5 veces el diámetro de la sección transversal de la junta tórica.

Es importante tener en cuenta que una ranura estrecha aumentará la fricción y provocará un mayor desgaste en la junta tórica. Por otro lado, si la ranura es demasiado ancha, aumentará el rango de movimiento de la junta tórica y la hará más susceptible al desgaste. Además, bajo sellos estáticos con presión pulsante, la junta tórica puede presentar movimientos pulsantes y desgaste anormal.

En situaciones de alta presión, se debe utilizar un anillo de retención y aumentar en consecuencia el ancho de la ranura.

3.2.2 G profundidad del techo

La profundidad de la ranura es un factor crucial para el correcto funcionamiento de la junta tórica. Depende principalmente de la deformación por compresión de la junta tórica.

Esta deformación se compone de la deformación por compresión (A1) en el diámetro interno de la junta tórica y la deformación por compresión (A2) en el diámetro externo de la junta tórica.

Cuando A1 = A2, la sección transversal de la junta tórica coincide con el centro de la sección transversal de la ranura y los dos círculos son iguales, lo que indica que la junta tórica no se estira durante la instalación.

Cuando A1>A2, la circunferencia del centro de la sección de la junta tórica es más pequeña que la del centro de la ranura, lo que indica que la junta tórica está instalada en un estado estirado.

Cuando A1

Al diseñar la profundidad de la ranura, se debe considerar primero el uso previsto de la junta tórica, seguido de la selección de una tasa de deformación de compresión razonable. También se deben tener en cuenta la hinchazón del material en el medio, la hinchazón del material en sí y otros factores relacionados.

Sin embargo, existen normas relevantes proporcionadas por el estado para la estructura de las ranuras.

3.2.3 Selección y diseño de ranuras.

1. Modo de instalación de ranura

Explicar:

  • Para evitar que la junta tórica se dañe cuando se comprime en un espacio, generalmente se recomienda fijar el sello cuando la presión de trabajo del líquido supera los 10 MPa. Si la presión del líquido excede los 32 MPa, se debe agregar un anillo de sellado (como se muestra en la Fig. c). El número de anillos depende de la presión de la junta tórica.
  • Cuando se aplica presión externa al sello axial, es importante agregar una protuberancia en el diámetro d8 para evitar que la junta tórica entre en la tubería.

Tabla II Tamaño de ranura radial de junta tórica

Diámetro de la sección del anillo de sellado d 2 1,80 2,65 3.55 5:30 pm. 7:00
ancho de zanja Sello neumático 2.2 3.4 4.6 6.9 9.3
Sello dinámico hidráulico o sello estático +0,25 2.4 3.6 4.8 7.1 9.59.5
b1 +0.25 3.8 5.0 6.2 9.0 12.3
b2 +0.25 5.2 6.4 7.6 10.9 15.1
Profundidad de la ranura en T Sello del vástago del pistón (para cálculo d3) Sello dinámico hidráulico 1.42 2.16 2,96 4.48 5.95
Sello neumático 1.46 2.23 3.03 4.65 6:20 am
Sello estático 1.38 2.07 2.74 4.19 5.67
Sello del vástago del pistón (para cálculo d6) Sello dinámico hidráulico 1.47 2.24 3.07 4.66 6.16
Sello neumático 1,57 2.37 3.24 4.86 6.43
Sello estático 1.42 2.15 2,85 4.36 5,89
Longitud mínima del chaflán Zmin 1.1 1.5 1.8 2.7 3.6
Radio de filete inferior de la ranura r1 0,2-0,4 0,4-0,8 0,8-1,2
Radio de filete de ranura r2 0,1-0,3
Diámetro máximo de la parte inferior de la ranura de sellado del vástago del pistón d 3max. =d 4 +2t, d 4 diámetro del vástago del pistón
El diámetro mínimo de la parte inferior de la ranura de sellado del vástago del pistón d 6 minutos =d 5max. +2t, d 5máx. Diámetro máximo del vástago del pistón.

China ha establecido estándares para la serie de anillos de sellado de tamaño de ranura. Los detalles se pueden encontrar en la Tabla 3.

Tabla III Tamaño de ranura y compresión para sellado

Tolerancia dimensional de la sección del anillo 0 1,9±0,08 2,4±0,08 3,1±0,10 3,5±0,10 5,7±0,15 8,6±0,16
Sello fijo axial Cantidad de compresión 0,60~0,40 0,70~0,504 0,85~0,55 0,90~0,65 1,3~0,9 1,6 ~ 1,0
Tamaño de ranura h 1,3~1,5 1,7 ~ 1,9 2,25~2,55 2,60~2,85 4,40~4,80 7:00 ~ 2:60
B 2.50 3.20 4.2 4.70 7:50 am 11.2
r≤ 0,40 0,7 0,80
Para deportes Cantidad de compresión 0,47~0,28 0,47~0,27 0,54~0,30 0,60~0,324 0,85~0,45 1,06~0,68
Tamaño de ranura h 1,43~1,62 1,93 ~ 2,13 2,65~2,80 2,90~3,18 4,85~5,25 7,54 ~ 7,92
B Sin anillo de retención 2.5 3.2 4.2 4.70 7.5 11.2
Añadir un anillo de retención 3.9 4.4 5.2 6.0 9.0 13.2
Agregue dos anillos de retención 5:40 am 6.0 7.0 7.8 11.5 17.2
r≤ 0,4 0,7 0,8
Observación:
h se refiere a la altura de la ranura; b representa el ancho de la zanja; r se refiere al chaflán de la ranura.

3. Requisitos de procesamiento de ranuras para juntas tóricas

Para evitar fugas debido a rayones e instalación incorrecta, existen ciertos requisitos para la precisión de las ranuras y los componentes relacionados al instalar juntas tóricas.

Primero, los bordes que pasan durante la instalación deben ser romos o redondeados, y el orificio interior que pasa debe estar biselado en un ángulo de 10 a 20 grados.

En segundo lugar, se debe considerar cuidadosamente la precisión de la superficie a lo largo del recorrido de instalación de la junta tórica. El eje debe tener un valor de rugosidad bajo y lubricarse si es necesario.

Los requisitos para la ranura de instalación y la precisión de la superficie correspondiente se pueden encontrar en la Tabla IV.

Tabla IV Acabado superficial de las piezas acopladas de la ranura del sello de caucho en forma de O

superficie Formularios Condición de presión. Acabado de la superficie
Fondo y lados de la zanja. Sello hermético No alternante y sin pulso, R.3.2um
Alternando o pulso, R.1.6um
sello dinámico, No alternante y sin pulso.
Superficie de acoplamiento Sello hermético No alternante y sin pulso. R.1.6um.
Alternando o pulso, R.0.8um
Sello dinámico R0.4μm

Selección de material de junta tórica de 3,3 M

La selección del material de la junta tórica tiene en cuenta los siguientes factores:

  • El estado de funcionamiento de la junta tórica, como si se utiliza para sellado estático, sellado dinámico o sellado deslizante.
  • El estado operativo de la máquina, incluido si funciona de forma continua o intermitente, y la duración de cada interrupción y su impacto en el componente de sellado.
  • El medio de trabajo, ya sea gaseoso o líquido, y sus propiedades físicas y químicas.
  • La presión de trabajo, incluida la magnitud de la presión, la amplitud de la fluctuación, la frecuencia y la presión instantánea máxima.
  • La temperatura de trabajo, incluida la temperatura instantánea y la temperatura alterna de frío y calor.
  • Costo y disponibilidad.

Normalmente, el caucho de nitrilo se utiliza para resistencia al aceite, caucho de cloropreno para resistencia a la intemperie y resistencia al ozono, caucho de acrilato o caucho de cloro para resistencia al calor, caucho de poliuretano para resistencia a alta presión y resistencia al desgaste, y caucho de copoliazol para resistencia al frío y resistencia al aceite.

El ámbito de aplicación de varios adhesivos se puede encontrar en la Tabla 5.

Tabla V Especificación para el uso de materiales de sellado de juntas tóricas

Ciencia de los Materiales Medios aplicables Temperatura de servicio/℃ Comentarios
Para deportes Uso estático
Caucho nitrilo Aceite mineral, gasolina, benceno. 80 -30~120
Neopreno Aire, agua, oxígeno. 80 -40~120 Precauciones para los deportes.
caucho butílico Aceite animal y vegetal, ácido débil, álcali. 80 -30~110 Gran deformación permanente, no apto para aceite mineral.
caucho estireno-butadieno Álcalis, aceites animales y vegetales, aire, agua. 80 -30~100 No aplicable al aceite mineral.
Caucho natural Agua, ácido débil, base débil. 60 -30~90 No aplicable al aceite mineral.
Goma de silicona Aceite de alta y baja temperatura, aceite mineral, aceite animal y vegetal, oxígeno, ácido débil, base débil -60~260 -60~260 No apto para vapor, evitar su uso en piezas móviles.
Polietileno clorosulfonado Aceite a alta temperatura, oxígeno, ozono. 100 -10~150 Evite el uso en piezas móviles.
Caucho de poliuretano agua, aceite 60 -30~80 Resistente al desgaste, pero evita el uso a alta velocidad.
caucho fluorado Vapor de aceite caliente, ácido inorgánico. 150 -20~200
teflón Ácidos, bases, diversos disolventes. -100~260 No aplicable a piezas móviles.

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