Stosowanie smaru z O-ringami w układzie próżniowym: użyteczne ulepszenie czy zły pomysł?

Po dłuższym okresie użytkowania przyłącza uszczelnione O-ringem w systemie próżniowym mogą nie być całkowicie szczelne, a dalsze dokręcanie śrub nie pomoże. Jedną z możliwości poprawy uszczelnienia jest nasmarowanie O-ringu. Ale czy jest to dobry pomysł, czy ta niewielka zmiana może rzeczywiście spowodować więcej problemów, niż rozwiązuje w zastosowaniach związanych z próżnią? Poniżej przyjrzymy się czterem przyczynom, dla których smarowanie o-ringu może pomóc – i czterem przyczynom, dla których może to pogorszyć sytuację.

Jakie jest zadanie O-ringu?

Zadaniem O-ring jest wypełnienie i skompensowanie wszelkich nierówności pomiędzy dwiema metalowymi powierzchniami uszczelnień, takimi jak kołnierze. Wymaga to gładkich kołnierzy i ściśnięcia O-ringu o około 20–30% jego rozmiaru. Mniejsza wartość oznacza, że przyłącze nie jest szczelne; większa może spowodować zgniecenie i tym samym uszkodzenie O-ringu. Docisk jest precyzyjnie definiowany przez rowek w pierścieniu centrującym lub w kołnierzu. Ponieważ głębokość rowka fizycznie ogranicza możliwość ściśnięcia O-ringu, prawidłowe ściśnięcie jest ustalane przez projekt wyposażenia, a nie przez to, jak szczelne są śruby. Gdy kołnierze zetkną się powierzchnią metalową na tej granicy, O-ring osiąga przewidziany poziom ściśnięcia – dalsze dokręcanie śrub nie może zwiększyć głębokości rowka i tylko dodaje niepotrzebnego naprężenia w połączeniu.

Dlaczego O-ringi tracą szczelność?

W odpowiednich warunkach O-ringi mają zazwyczaj długi czas eksploatacji. Wycieki powstają zwykle z dwóch powodów:


W bardziej wymagających zastosowaniach, takich jak te, w których występują agresywne substancje chemiczne, promieniowanie lub plazma, awaria może być wynikiem degradacji samego materiału. Decydujący jest tutaj wybór materiału o-ringu; perfluoroelastomery są zwykle najbardziej odporne na działanie czynników chemicznych.

4 powody, dla których smarowanie O-ring może być dobrym pomysłem

1. Smar może wypełnić nierówności powierzchni
Niewielka ilość smaru może wypełnić niewielkie niedoskonałości na powierzchniach, co może znacznie zmniejszyć wskaźnik nieszczelności.

2. Mniejsza siła kontaktu staje się wystarczająca
Ponieważ smar wspomaga działanie uszczelnień, możliwa jest praca z mniejszą siłą kontaktu i mniejszym ściskaniem elastomerów, co zmniejsza ryzyko zgniecenia i uszkodzenia O-ringu, a tym samym zmniejsza prawdopodobieństwo późniejszego wycieku.

3. Lekkie pęcznienie powierzchni elastomerowej
W zależności od kombinacji materiałów smar może się rozproszyć na powierzchni elastomerowej i spowodować lekkie pęcznienie, co z kolei pomaga kompensować nierówność.

4. Szorstkie powierzchnie uszczelnień stają się dopuszczalne
Smar pozwala stosować nieco bardziej szorstkie powierzchnie uszczelnień, niż byłoby to dopuszczalne bez smarowania. Oznacza to, że powierzchnie, które nie są idealnie gładkie, takie jak obszary, które uległy normalnemu zużyciu lub mają ślady obróbki, mogą nadal zapewnić niezawodne uszczelnienie próżni.

4 powody, dla których smarowanie O-ring może być złym pomysłem

1. Zanieczyszczenie smarem łatwo się rozprzestrzenia
Podczas pracy ze smarowanymi komponentami smar jest łatwo przenoszony na inne części, które mogą być bardziej wrażliwe. Pył i brud mogą również przywierać, powodując zanieczyszczenia i niedoskonałości powierzchni, które w przeciwnym razie nie wystąpiłyby.

2. Zmniejszona przestrzeń na rozszerzalność cieplną
Nadmiar smaru może przepełnić rowek O-ringu, nie pozostawiając miejsca na rozszerzalność cieplną elastomerów. Elastomery, które tworzą O-ring, mogą rozszerzać się ponad dziesięciokrotnie bardziej niż otaczający je metal w tym samym zakresie temperatur. Bez odpowiedniej przestrzeni na rozszerzanie się, odkształcą się i mogą nie uszczelnić już luki.

3. Ryzyko przedostania się smaru na stronę próżni
Ze względu na jego lepkość i wysokie ciśnienie pary niewielkie ilości smaru z uszczelnień nieuchronnie odparowują i rozprowadzają się po stronie próżni. Z czasem te osady mogą również ponownie zatrzymywać pył lub gazy wylotowe. Spektrometry mas łatwo wykrywają te śladowe ilości. W przypadku wielu zastosowań wymagających wysokiej czystości, takich jak środowiska badawcze, są one niedopuszczalne i mogą mieć negatywny wpływ na proces lub badanie.

4. Zachowanie zależne od temperatury
Każdy rodzaj smaru (np. mineralny, silikonowy lub perfluorowany) ma ograniczony zakres temperatur, w którym jest skuteczny. Właściwości lepkości i smarowania znacznie różnią się w zależności od temperatury. Ponadto, jeśli temperatura jest zbyt wysoka, smar może wypłynąć z rowka, co spowoduje zmniejszenie jego właściwości uszczelnień i przeniesienie smaru w inne miejsce, gdzie nie powinno go być.

Wniosek – smarować czy nie smarować?

Przed użyciem smaru na O-ringach kluczowe pytanie brzmi: jak czysta musi być moja próżnia? W przypadku stosowania próżni w zakresie wspomagania przy wysokich przepływach gazu i niskich temperaturach – zwłaszcza w przypadku stosowania pomp próżniowych smarowanych olejem – niewielka ilość smaru nie jest szkodliwa, a nawet może pomóc. Jednak w środowiskach o wysokim stopniu czystości jest to absolutnie zakazane, aby uniknąć zanieczyszczenia.

Jeśli zdecydujesz się użyć smaru, pamiętaj, że im go mniej, tym lepiej. Warstwa powinna być bardzo cienka i prawie sucha w dotyku, aby uzyskać najlepsze osiągi zarówno smaru, jak i o-ringu.