Statik görevleri ele alındığında sızdırmazlık yöntemlerinin dizayn ve tipleri geniÅŸ bir yelpazeyi kapsamaktadır. Ürün çeÅŸitleri karşılaÅŸtırılırken iki ana grup ön plana çıkmaktadır; sızdırmazlık malzemesi ve contalar. Sızdırmazlık malzemeleri, bir flanÅŸ çifti arasında sıkıştırılmış lifli malzemeler vasıtasıyla bir conta yarığı ve lastik ÅŸerit içinde yer alan elastomerik bir o-ring ile simgelenir. Sızdırmazlık malzemeleri bu çerçeve içinde, kendi kendine enerjilenmesi beklenecek ÅŸekilde 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 oluÅŸturulmuÅŸ bir contadan daha düÅŸüktür. 

 

Bu iki ayrı konu üzerinde çok çeÅŸitli varyasyonlar vardır ve seçim pek çok faktöre baÄŸlıdır. 

Bunlar: 

• Sıcaklık deÄŸeri

• Basınç deÄŸeri

• Akışkan cinsi

• Dış ortam

• Gereken sızdırmazlığın bütünlüÄŸü

• 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 ÅŸoka dayanım gereksinimi

• Endüstri standartları ve pratikler

• Sterilizasyon ve hijyen gereksinimleri 

• Belirli bir sanayi için özel uygulamalar

 

Bu nedenle, otomobil ÅŸanzıman 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 koÅŸulları deÄŸil aynı zamanda güvenlik, ömür beklentisi, bakım ve üretim hacmi de önemlidir. Ayrıca, malzeme seçimi ve tasarım aÅŸamasında pek çok farklılıklar ortaya çıkacaktır. 

 

Elastomer O-ring’ler

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

 

O-ring yivi bir eksen boyunca yaklaşık %15-20’lik ölçüde ilk sıkıştırmayı saÄŸlamak için tasarlanır. Ancak bu aralık kullanılan standart ve contanın kesit alanına baÄŸlı olarak %7-30 arasında olabilir. Bu sıkıştırma, ki giriÅŸ, sıkışma ya da ısırık gibi çeÅŸitli ÅŸekilde de tanımlanır, genellikle sızdırmazlık alanında basıncın etki ettiÄŸi eksende ortaya çıkar. Özellikle flanÅŸ sızdırmazlık uygulamaları için, %20-25 deÄŸerinde karşılıklı etkileÅŸim miktarında artış uygundur. Yiv tasarımını sonlandırmadan önce hem uygulama ve hem de sızdırmazlık malzemesinin her ikisini birden deÄŸerlendirmek önemlidir.

 

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

 

Bir O-ring Nasıl Çalışır?

Conta yarık içinde yerleÅŸtirilip sıkıştırıldığında, yarık içinde ilk etkileÅŸim kuvveti oluÅŸur, bu ilk montaj kuvveti oldukça küçüktür. Ortalama sertliÄŸe 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 eÅŸsiz özelliÄŸi sayesinde saÄŸlanır. Bu malzemeler kendi normal çalışma sıcaklığında hem sıkıştırılamazlar ve hem de çok düÅŸük elastik modülüne sahiptir. Bu yüzden yüksek derecede deforme olabilirler, ancak Poisson oranı 0,5’e çok yakın olduÄŸu için sabit hacme sahiptirler. Ä°lk montajda montaj gerilimi malzeme ile birlikte gerilimle beraber karşıt eksenine etki eder. 

 

 

 

 

 

 

Basınç contaya kendi doÄŸasında olan esnekliÄŸe uygulanırken ve hacmin deÄŸiÅŸimine direnç gösterirken basınç sıkıştırılma yönündeki eksene transfer olur. 

 

 

 

 

 

 

Elastomer malzemenin özelliÄŸinden dolayı, malzeme sıvıymış gibi davranır. Bundan dolayı uygulanan basıncın deÄŸiÅŸimi conta ile yüzey arasında bir etkileÅŸim gerilimi yaratır ki bu gerilim her zaman uygulanan basınca eÅŸittir. 

 

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.