Les juntes tòriques són el disseny mecànic més comú per segellar pel seu preu barat, fabricació senzilla, funció fiable i requisits d'instal·lació senzills. Tot i que les anelles O són barates, en alguns entorns específics, la substitució freqüent augmentarà el cost de manteniment de la màquina i afectarà el funcionament normal de l'equip. Per tant, cal entendre les característiques de les juntes tòriques.
De -50 a -60 graus , els materials de cautxú que no són resistents a les baixes temperatures perdran completament la seva tensió inicial; fins i tot per a materials de cautxú resistents a baixes temperatures, la tensió inicial en aquest moment no serà superior al 25 per cent de la tensió inicial a 20 graus. Això es deu al fet que la compressió inicial de l'anell O depèn del coeficient d'expansió lineal.
El disseny i l'ús inadequats de l'anell tòric acceleraran el seu dany i perdran el seu rendiment de segellat.
Els experiments han demostrat que si el disseny de cada part del dispositiu d'anell de segellat és raonable, simplement augmentar la pressió no provocarà danys a l'anell tòric. Sota les condicions de treball d'alta pressió i alta temperatura, la principal causa del dany de l'anell tòric és la deformació permanent del material de l'anell tòric, la mossegada de l'anell tòric causada per la pressió de l'anell tòric a l'espai de segellat i la distorsió de l'anell O durant el moviment.
Deformació permanent Atès que el material de cautxú sintètic utilitzat per a l'anell de segellat de l'anell O és un material viscoelàstic, la quantitat de compressió establerta inicialment i la capacitat de bloqueig de rebot es deformaran permanentment i es perdran gradualment després d'un ús a llarg termini, i finalment es produiran fuites.
La deformació permanent i la pèrdua de força elàstica són les principals raons per les quals les anelles tòriques perden el seu rendiment de segellat. Els següents són els principals motius de la deformació permanent.
La relació entre la relació de compressió i la quantitat d'estirament i la deformació permanent
Les diverses formulacions de cautxú que s'utilitzen per fer les anelles tòriques produiran una relaxació de l'estrès de compressió en estat comprimit. En aquest moment, la tensió de compressió disminuirà amb l'augment del temps. Com més llarg sigui el temps de servei, més gran és la velocitat de compressió i estirament, més gran és la caiguda d'esforç causada per la relaxació de la tensió del cautxú, de manera que l'anell O és insuficientment elàstic i perd la seva capacitat de segellat. Per tant, s'aconsella intentar reduir la relació de compressió en les condicions d'ús permeses.
Augmentar la mida de la secció transversal de l'anell O és la manera més fàcil de reduir la relació de compressió, però això augmentarà la mida estructural. Cal tenir en compte que quan la gent calcula la relació de compressió, sovint ignoren la reducció de l'alçada de la secció causada per l'estirament de l'anell tòric durant el muntatge. El canvi en l'àrea de la secció transversal d'una junta tòrica és inversament proporcional al canvi de la seva circumferència. Al mateix temps, a causa de l'efecte de la tensió, també canviarà la forma de la secció transversal de l'anell O, que es manifesta com una disminució de la seva alçada. A més, a causa de la tensió superficial, la superfície exterior de la junta tòrica es torna més plana, és a dir, l'alçada de la secció disminueix lleugerament. Aquesta també és una manifestació de la relaxació de l'estrès per compressió de l'anell O.
El grau de deformació de la secció de l'o-ring també depèn de la duresa del material de l'o-ring. En el cas de la mateixa quantitat d'estirament, la junta tòrica d'alta duresa també tindrà una major reducció de l'alçada de la secció transversal. Des d'aquest punt de vista, els materials amb baixa duresa s'han de seleccionar tant com sigui possible segons les condicions d'ús. Sota l'acció de la pressió i la tensió del líquid, la junta tòrica de goma patirà gradualment una deformació plàstica i la seva alçada de la secció transversal disminuirà en conseqüència, de manera que finalment perdrà la seva capacitat de segellat.
La relació entre la temperatura i el procés de relaxació de l'o-ring
La temperatura de servei és un altre factor important que afecta la deformació permanent de l'o-ring. Les altes temperatures acceleraran l'envelliment dels materials de cautxú.
Com més alta sigui la temperatura de funcionament, més gran serà el conjunt de compressió de l'anell O. Quan la deformació permanent és superior al 40 per cent, la junta tòrica perd la seva capacitat de segellat i filtra. El valor de tensió inicial format en el material de cautxú de l'anell O a causa de la deformació per compressió disminuirà gradualment i fins i tot desapareixerà amb el procés de relaxació i la caiguda de temperatura de l'anell O. Per a les juntes tòriques que funcionen a temperatures sota zero, la seva compressió inicial es pot reduir o desaparèixer completament a causa d'una forta caiguda de la temperatura. De -50 a -60 graus , els materials de cautxú que no són resistents a les baixes temperatures perdran completament la seva tensió inicial; fins i tot per a materials de cautxú resistents a baixes temperatures, la tensió inicial en aquest moment no serà superior al 25 per cent de la tensió inicial a 20 graus. Això es deu al fet que la compressió inicial de l'anell O depèn del coeficient d'expansió lineal. Per tant, a l'hora de seleccionar la compressió inicial, cal assegurar-se que encara hi ha prou capacitat de segellat després que l'esforç cau a causa del procés de relaxació i la baixada de temperatura. Per a les juntes tòriques que funcionen a temperatures sota zero, s'ha de prestar especial atenció a l'índex de recuperació i l'índex de deformació del material de cautxú.
En resum, el disseny hauria d'intentar assegurar-se que l'anell tòric tingui una temperatura de treball adequada o triar materials resistents a altes i baixes temperatures per allargar la vida útil.
Pressió de treball mitjana i deformació permanent La pressió del medi de treball és el principal factor que causa la deformació permanent de l'anell tòric.
La pressió de treball dels equips hidràulics moderns augmenta dia a dia. L'alta pressió a llarg termini provocarà una deformació permanent de l'anell O. Per tant, s'han de seleccionar materials de cautxú resistents a la pressió adequats segons la pressió de treball durant el disseny. Com més gran sigui la pressió de treball, més gran hauria de ser la duresa i la resistència a l'alta pressió del material utilitzat. Per millorar la resistència a la pressió del material de l'anell O, augmentar l'elasticitat del material (especialment augmentar l'elasticitat del material a baixa temperatura) i reduir el conjunt de compressió del material, generalment és necessari millorar la fórmula del material i afegir un plastificant. Tanmateix, si l'anell O amb plastificant està immers al medi de treball durant molt de temps, el plastificant serà absorbit gradualment pel medi de treball, fent que el volum de l'anell O es redueixi i fins i tot pot provocar una compressió negativa del Junta tòrica (és a dir, es produeix un buit entre l'anell O i la superfície de la part segellada).
Per tant, a l'hora de calcular la compressió de l'anell O i dissenyar el motlle, aquestes contraccions s'han de tenir plenament en compte. L'anell tòric premsat ha de mantenir la mida necessària després d'haver submergit en el medi de treball durant 5-10 dies i nits.
El conjunt de compressió dels materials de les anelles tòriques depèn de la temperatura. Quan la taxa de deformació és del 40 per cent o més, es produiran fuites, de manera que els límits de resistència a la calor de diversos materials de cautxú són: cautxú nitril 70 graus C, cautxú EPDM 100 graus C, cautxú fluor 140 graus C. Per tant, els països han establert regulacions sobre la deformació permanent de les juntes tòriques.
Per a les anelles tòriques del mateix material, a la mateixa temperatura, la junta tòrica amb un diàmetre de secció transversal més gran té un conjunt de compressió més baix. En el petroli la situació és diferent. Com que l'anell O no està en contacte amb l'oxigen en aquest moment, les reaccions adverses esmentades anteriorment es redueixen molt. A més, sol provocar una certa expansió del compost de cautxú, de manera que es compensarà la taxa de fixació de compressió causada per la temperatura. Per tant, la resistència a la calor del petroli es millora molt. Prenent com a exemple el cautxú de nitril, la seva temperatura de treball pot arribar als 120 graus o més.