Statik görevleri ele alındığında sızdırmazlık yöntemlerinin dizayn ve tipleri geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. Ürün çeşitleri karşılaştırılırken iki ana grup ön plana çıkmaktadır; sızdırmazlık malzemesi ve contalar. Sızdırmazlık malzemeleri, bir flanş çifti arasında sıkıştırılmış lifli malzemeler vasıtasıyla bir conta yarığı ve lastik şerit içinde yer alan elastomerik bir o-ring ile simgelenir. Sızdırmazlık malzemeleri bu çerçeve içinde, kendi kendine enerjilenmesi beklenecek şekilde dizayn edilirler, öyle ki yeterli bir kuvvet ile sıkıştırılan contalar için conta içinde depolanmış olan enerji ile basıncın direnç göstermesi önemlidir. Bu nedenle bir sızdırmazlık malzemesi için relatif montaj yükü aynı görev için oluşturulmuş bir contadan daha düşüktür. 

 

Bu iki ayrı konu üzerinde çok çeşitli varyasyonlar vardır ve seçim pek çok faktöre bağlıdır. 

Bunlar: 

• Sıcaklık değeri

• Basınç değeri

• Akışkan cinsi

• Dış ortam

• Gereken sızdırmazlığın bütünlüğü

• Her iki taraf için karşılık malzemesi

• Ömür gereksinimi

• Bakım gereksinimi

• Üretim hacmi

• Montaj yöntemi

• Test ve gözlem kriteri

• Tasarımcıların deneyimi

• Yüzeylerin esneklik derecesi ve relatif hareketi

• Basınç, termal ve mekanik şoka dayanım gereksinimi

• Endüstri standartları ve pratikler

• Sterilizasyon ve hijyen gereksinimleri 

• Belirli bir sanayi için özel uygulamalar

 

Bu nedenle, otomobil şanzıman gövdesi, gıda fabrikası için gerekli bir tesisat, elektronik parça üretimi için gerekli bir vakum odası ya da yüksek basınçlı buhar tesisatı birbirinden çok farklı olacaktır. Bunun yanında sadece çalışma koşulları değil aynı zamanda güvenlik, ömür beklentisi, bakım ve üretim hacmi de önemlidir. Ayrıca, malzeme seçimi ve tasarım aşamasında pek çok farklılıklar ortaya çıkacaktır. 

 

Elastomer O-ring’ler

Elastomerik o-ring’ler genel amaçlı kulanım içinde muhtemelen en yaygın formdur. Şematik gösterim Şekil 1’deki gibidir. Yiv tasarımı oldukça basittir, fakat bazı gelişmiş tasarım kurallarına uygun güvenilir bir sızdırmazlık için gereklidir. Ancak bu tip kurallar genellikle bilgi eksikliği ya da ekonomik nedenlerle dikkate alınmaz ancak bu durum çeşitli sorunlara yol açabilir. 

 

O-ring yivi bir eksen boyunca yaklaşık %15-20’lik ölçüde ilk sıkıştırmayı sağlamak için tasarlanır. Ancak bu aralık kullanılan standart ve contanın kesit alanına bağlı olarak %7-30 arasında olabilir. Bu sıkıştırma, ki giriş, sıkışma ya da ısırık gibi çeşitli şekilde de tanımlanır, genellikle sızdırmazlık alanında basıncın etki ettiği eksende ortaya çıkar. Özellikle flanş sızdırmazlık uygulamaları için, %20-25 değerinde karşılıklı etkileşim miktarında artış uygundur. Yiv tasarımını sonlandırmadan önce hem uygulama ve hem de sızdırmazlık malzemesinin her ikisini birden değerlendirmek önemlidir.

 

Pek çok dizayn standartları genel uygulamalardaki malzemeler için geçerlidir. Perfluoroelastomerler gibi malzemeler, yüksek çalışma sıcaklığı ve yüksek sıcaklıkta düşük dayanım gibi özel değerlendirmeler gerektirir. Bu durumlarda malzemenin aşırı streslenmesinden kaçınılmalı ve maksimum %13-15 değerinde sıkıştırılmalıdır. 

 

Bir O-ring Nasıl Çalışır?

Conta yarık içinde yerleştirilip sıkıştırıldığında, yarık içinde ilk etkileşim kuvveti oluşur, bu ilk montaj kuvveti oldukça küçüktür. Ortalama sertliğe sahip 2,65 mm’lik kesite sahip O-ring için çevresine 20 – 30 N/cm’lik kuvvet mevcuttur. Basınç uygulandığında yarığın akış yönü duvarı boyunca sıkıştırılır. 

 

Sızdırmazlık bir elastomerin eşsiz özelliği sayesinde sağlanır. Bu malzemeler kendi normal çalışma sıcaklığında hem sıkıştırılamazlar ve hem de çok düşük elastik modülüne sahiptir. Bu yüzden yüksek derecede deforme olabilirler, ancak Poisson oranı 0,5’e çok yakın olduğu için sabit hacme sahiptirler. İlk montajda montaj gerilimi malzeme ile birlikte gerilimle beraber karşıt eksenine etki eder. 

 

 

 

 

 

 

Basınç contaya kendi doğasında olan esnekliğe uygulanırken ve hacmin değişimine direnç gösterirken basınç sıkıştırılma yönündeki eksene transfer olur. 

 

 

 

 

 

 

Elastomer malzemenin özelliğinden dolayı, malzeme sıvıymış gibi davranır. Bundan dolayı uygulanan basıncın değişimi conta ile yüzey arasında bir etkileşim gerilimi yaratır ki bu gerilim her zaman uygulanan basınca eşittir. 

 

Üç farklı sebepten ötürü dizayn esnasında bazı kabuller yapılmak zorundadır:

* Yazar: Dr. Mak. Müh. Süleyman TOKAY 

Ar-Ge Danışmanı / Duyar Vana Mak. San ve Tic. A.Ş.

 

Kaynak: “Fluid Sealing Technology, Principles and Applications”, Heinz K. Müller, Bernard S. Nau, Marcel Dekker Inc. 1998.