O-kroužky jsou nejběžnějším mechanickým provedením těsnění kvůli jejich nízké ceně, jednoduché výrobě, spolehlivé funkci a požadavkům na jednoduchou instalaci. Přestože jsou O-kroužky levné, v některých specifických prostředích častá výměna zvýší náklady na údržbu stroje a ovlivní normální provoz zařízení. Proto je nutné pochopit vlastnosti O-kroužků.
Při -50 až -60 stupních pryžové materiály, které nejsou odolné vůči nízkým teplotám, zcela ztratí své počáteční napětí; i pro pryžové materiály odolné proti nízkým teplotám nebude počáteční napětí v tomto okamžiku větší než 25 procent počátečního napětí při 20 stupních. Počáteční stlačení O-kroužku totiž závisí na koeficientu lineární roztažnosti.
Nesprávná konstrukce a použití O-kroužku urychlí jeho poškození a ztratí těsnicí vlastnosti.
Experimenty ukázaly, že pokud je konstrukce každé části zařízení s těsnicím kroužkem rozumná, pouhé zvýšení tlaku nezpůsobí poškození O-kroužku. Za pracovních podmínek vysokého tlaku a vysoké teploty je hlavní příčinou poškození O-kroužku trvalá deformace materiálu O-kroužku, kousnutí mezery způsobené vtlačením O-kroužku do těsnicí mezery a deformace O-kroužek během pohybu.
Trvalá deformace Vzhledem k tomu, že materiál syntetického kaučuku použitý pro těsnicí kroužek O je viskoelastický materiál, bude původně nastavená míra stlačení a kapacita blokování odrazu po dlouhodobém používání trvale deformována a postupně ztracena, což může mít za následek netěsnost.
Trvalá deformace a ztráta elastické síly jsou hlavními důvody, proč O-kroužky ztrácejí své těsnicí vlastnosti. Níže jsou uvedeny hlavní důvody trvalé deformace.
Vztah mezi kompresním poměrem a velikostí natažení a trvalou deformací
Různé složení pryže používané k výrobě O-kroužků způsobí uvolnění tlakového napětí ve stlačeném stavu. V této době bude tlakové napětí klesat s prodlužujícím se časem. Čím delší je doba provozu, tím větší je rychlost stlačení a natažení, tím větší je pokles napětí způsobený uvolněním napětí pryže, takže O-kroužek je nedostatečně elastický a ztrácí svou těsnící schopnost. Proto je vhodné za povolených podmínek použití zkusit snížit kompresní poměr.
Zvětšení velikosti průřezu O-kroužku je nejjednodušší způsob, jak snížit kompresní poměr, ale tím se zvětší konstrukční velikost. Je třeba poznamenat, že když lidé počítají kompresní poměr, často ignorují snížení výšky sekce způsobené natažením O-kroužku během montáže. Změna plochy průřezu O-kroužku je nepřímo úměrná změně jeho obvodu. Zároveň se vlivem tahu změní i tvar průřezu O-kroužku, což se projeví zmenšením jeho výšky. Navíc vlivem povrchového napětí se vnější povrch O-kroužku zplošťuje, tj. výška sekce se mírně zmenšuje. To je také projevem relaxace kompresního napětí O-kroužku.
Stupeň deformace sekce O-kroužku závisí také na tvrdosti materiálu O-kroužku. V případě stejného množství natažení bude mít O-kroužek s vysokou tvrdostí také větší snížení výšky průřezu. Z tohoto hlediska by měly být materiály s nízkou tvrdostí voleny co nejvíce podle podmínek použití. Působením tlaku a tahu kapaliny bude pryžový O-kroužek postupně plasticky deformován a odpovídajícím způsobem se sníží jeho průřezová výška, takže nakonec ztratí svou těsnící schopnost.
Vztah mezi teplotou a relaxačním procesem O-kroužku
Dalším důležitým faktorem ovlivňujícím trvalou deformaci O-kroužku je provozní teplota. Vysoké teploty urychlí stárnutí pryžových materiálů.
Čím vyšší je provozní teplota, tím větší je kompresní nastavení O-kroužku. Když je trvalá deformace větší než 40 procent, O-kroužek ztrácí těsnicí schopnost a prosakuje. Počáteční hodnota napětí vytvořená v pryžovém materiálu O-kroužku v důsledku deformace tlakem se bude postupně snižovat a dokonce mizí s relaxačním procesem a poklesem teploty O-kroužku. U O-kroužků, které pracují při teplotách pod nulou, se může jejich počáteční stlačení snížit nebo úplně vymizet v důsledku prudkého poklesu teploty. Při -50 až -60 stupních pryžové materiály, které nejsou odolné vůči nízkým teplotám, zcela ztratí své počáteční napětí; i pro pryžové materiály odolné proti nízkým teplotám nebude počáteční napětí v tomto okamžiku větší než 25 procent počátečního napětí při 20 stupních. Počáteční stlačení O-kroužku totiž závisí na koeficientu lineární roztažnosti. Při volbě počátečního stlačení je proto nutné zajistit, aby po poklesu napětí v důsledku relaxačního procesu a poklesu teploty byla stále dostatečná těsnící schopnost. U O-kroužků, které pracují při teplotách pod nulou, je třeba věnovat zvláštní pozornost indexu zotavení a indexu deformace pryžového materiálu.
Stručně řečeno, návrh by se měl snažit zajistit, aby O-kroužek měl vhodnou pracovní teplotu, nebo zvolit materiály O-kroužku odolné vůči vysokým a nízkým teplotám, aby se prodloužila životnost.
Střední pracovní tlak a trvalá deformace Tlak pracovního média je hlavním faktorem způsobujícím trvalou deformaci O-kroužku.
Pracovní tlak moderních hydraulických zařízení se každým dnem zvyšuje. Dlouhodobě vysoký tlak způsobí trvalou deformaci O-kroužku. Proto by měly být vybrány vhodné pryžové materiály odolné proti tlaku podle pracovního tlaku během návrhu. Čím vyšší je pracovní tlak, tím vyšší by měla být tvrdost a vysoká tlaková odolnost použitého materiálu. Aby se zlepšila tlaková odolnost materiálu O-kroužku, zvýšila se elasticita materiálu (zejména zvýšila elasticita materiálu při nízké teplotě) a snížila se deformace materiálu v tlaku, je obecně nutné zlepšit vzorec materiálu a přidejte změkčovadlo. Pokud je však O-kroužek se změkčovadlem ponořen na delší dobu do pracovního média, změkčovadlo bude pracovním médiem postupně absorbováno, což způsobí zmenšení objemu O-kroužku a může způsobit i negativní stlačení O-kroužek (tj. mezi O-kroužkem a povrchem utěsněného dílu vzniká mezera).
Při výpočtu komprese O-kroužku a návrhu formy by proto měla být tato smrštění plně zohledněna. Lisovaný O-kroužek by si měl po ponoření do pracovního média po dobu 5-10 dnů a nocí udržet potřebnou velikost.
Kompresní sada materiálů O-kroužků je závislá na teplotě. Když je míra deformace 40 procent nebo větší, dojde k úniku, takže limity tepelné odolnosti několika pryžových materiálů jsou: nitrilový kaučuk 70 stupňů C, EPDM kaučuk 100 stupňů C, fluorový kaučuk 140 stupňů C. trvalá deformace O-kroužků.
Pro O-kroužky ze stejného materiálu při stejné teplotě má O-kroužek s větším průměrem průřezu nižší kompresní nastavení. U ropy je situace jiná. Vzhledem k tomu, že O-kroužek není v tomto okamžiku v kontaktu s kyslíkem, jsou výše uvedené nežádoucí reakce značně sníženy. Kromě toho obvykle způsobuje určitou expanzi pryžové směsi, takže rychlost nastavení stlačení způsobená teplotou bude kompenzována. Proto je tepelná odolnost v oleji výrazně zlepšena. Vezmeme-li jako příklad nitrilový kaučuk, jeho pracovní teplota může dosáhnout 120 stupňů nebo vyšší.