Descripción general del diseño de ranura de junta tórica

Global O-Ring and Seal ha desarrollado pautas para el diseño de la ranura de la junta tórica y las dimensiones del prensaestopas. Estos están diseñados para su uso en consideraciones de diseño básico y para comprender los principios básicos involucrados en el diseño de ranura / glándula de junta tórica. Numerosos factores intervienen en el diseño apropiado de un prensaestopas / ranura, que incluyen, entre otros, aplicaciones estáticas o dinámicas, condiciones de presión, características del fluido que se sellan y tolerancias tanto de la junta tórica como de la ranura.

Encontrar la sección transversal correcta de la junta tórica

La sección transversal de la junta tórica en su diseño determinará todas sus dimensiones y especificaciones posteriores. Las juntas tóricas estándar están disponibles en varias secciones transversales y dimensiones interiores (DI). Por ejemplo, una junta tórica con un ID de 5 ¼ se puede comprar en cuatro secciones transversales estándar AS568 . A continuación, se muestra una lista de ventajas en la selección de juntas tóricas de sección transversal más pequeñas y más grandes.

Ventajas de las juntas tóricas de sección transversal más pequeña

  • Junta tórica compacta y más liviana
  • Más rentable si el diseño utiliza elastómeros caros como FKM o FFKM
  • Mecanizado reducido de ranuras

Ventajas de las juntas tóricas de sección transversal más grande

  • Se requiere un apriete más pequeño para crear un sello que reduce los problemas de deformación por compresión
  • Mayores variaciones de tolerancia en la ranura mecanizada mientras se mantiene una compresión de compresión aceptable

Interferencia ID / OD

El diámetro interno o externo de la junta tórica debe dimensionarse para crear alguna interferencia, de acuerdo con las siguientes pautas:

  • Sellos del prensaestopas del pistón: el diámetro interior de la junta tórica debe ser menor que el diámetro exterior del prensaestopas para que la junta tórica instalada siempre esté ligeramente estirada (máximo 5%)
  • Sellos de prensaestopas de varilla: El diámetro exterior de la junta tórica debe ser un poco más grande que la profundidad del prensaestopas de DI (máximo 2%)
  • Sellos de cara de presión externa: el diámetro interior de la junta tórica debe ser ligeramente más pequeño que el diámetro interior del casquillo (ID del casquillo) (máximo 5%)
  • Sellos de presión interna: el diámetro exterior de la junta tórica debe ser un poco más grande que el diámetro exterior del casquillo (diámetro exterior del casquillo) (máximo 3%)

Tipos de ranura / prensaestopas para juntas tóricas

A continuación, se presentan cuatro tablas de guía de diseño de ranuras de aplicación estándar junto con dibujos de referencia dimensionales. La primera tabla es para sellos industriales de caras o bridas. La segunda tabla es para aplicaciones radiales industriales estáticas. La tercera tabla es para aplicaciones de reciprocidad industriales dinámicas. Por último, la cuarta mesa es para el diseño de ranura en cola de milano. Estas guías de diseño de ranura de junta tórica ofrecen una guía dimensional predeterminada para aplicaciones básicas de diseño de ranura de junta tórica.

Brida / Sello de cara

Un sello de brida o de cara es estático y no tendrá un espacio entre las superficies, lo que elimina cualquier problema de diseño asociado con la extrusión. Este es el diseño de ranuras más sencillo.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de la glándula (D) Estrujar Ancho del prensaestopas (W) Líquidos Ancho del prensaestopas (W) Vacío y gases Radios de las esquinas de la glándula
Nominal TOL (+/-) Real Por ciento Nominal TOL (+/-) Nominal TOL (+/-) R1 R2
-0XX 0,070 0,003 .055-0.057 .010-.018 15% -25% 0.103 0,002 0.084 0,003 0,010 0,005
-1XX 0.103 0,004 .088-.090 .010-.018 10% -17% 0,140 0,003 0,121 0,003 0,010 0,005
-2XX 0,139 0,004 .121-.123 .012-.022 9% -16% 0,180 0,003 0,160 0,003 0,018 0,005
-3XX 0,210 0,005 .185-.188 .017-.030 8% -14% 0,280 0,003 0,240 0,003 0,028 0,005
-4XX 0,275 0,006 .237-.240 .029-.044 11% -16% 0.352 0,003 0.310 0,003 0,028 0,005

Sello de cara de cola de milano

Un sello de cara de cola de milano es un casquillo estático especial diseñado para retener la junta tórica en la ranura. Este diseño es beneficioso cuando el sello se abre y se cierra durante el uso.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de la glándula (D) Ancho de la glándula (W) Radios de las esquinas de la glándula
Nominal TOL (+/-) Nominal TOL (+/-) Nominal TOL (+/-) R1 R2
-0XX 0,070 0,003 0.052 0,002 0,064 0,002 0,015 0,005
-1XX 0.103 0,004 0,078 0,003 0.088 0,003 0,015 0,01
-2XX 0,139 0,004 0.106 0,003 0,120 0,003 0,031 0,01
-3XX 0,210 0,005 0,164 0,004 0,176 0,003 0,031 0,015
-4XX 0,275 0,006 0,215 0,004 0,235 0,003 0,063 0,015

Sello de glándula estática

Se utiliza un sello de prensaestopas estático cuando dos componentes acoplados tienen un espacio diseñado entre las superficies. Normalmente, estas aplicaciones implican diseños que implican la inserción de una pieza de acoplamiento en otra pieza que requiere holguras de diseño.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de la glándula (D) Estrujar Ancho de la glándula (W) Espacio (H) Radios de las esquinas de la glándula
Nominal TOL (+/-) Real Por ciento Nominal TOL (+/-) con 1 anillo de respaldo con 2 anillos de respaldo MAX R1 R2
-0XX 0,070 0,003 .050-0.052 .015-.023 22% -32% 0,095 0,002 0,140 0,207 0,002 0,007 0,005
-1XX 0.103 0,004 .081-.083 .017-.025 17% -24% 0,142 0,003 0,173 0,240 0,002 0,007 0,005
-2XX 0,139 0,004 .111-.113 .022-.032 16% -23% 0,189 0,003 0,210 0,277 0,002 0,017 0,005
-3XX 0,210 0,005 .170-.173 .032-.045 15% -21% 0,283 0,003 0.313 0.412 0,003 0,027 0,005
-4XX 0,275 0,006 .226-.229 .040-.055 15% -20% 0.377 0,003 0,410 0.540 0,003 0,027 0,005

Sello de glándula dinámico

Un sello de prensaestopas dinámico se usa cuando dos componentes acoplados se mueven uno en relación con el otro mientras se mantiene un sello. Siempre habrá un espacio entre las dos superficies.

Serie AS568 Sección transversal de la junta tórica Profundidad de la glándula (D) Estrujar Ancho de la glándula (W) Espacio (H) Radios de las esquinas de la glándula
Nominal TOL (+/-) Real Por ciento Nominal TOL (+/-) con 1 anillo de respaldo con 2 anillos de respaldo MAX R1 R2
-0XX 0,070 0,003 .055-0.057 .010-.018 15% -25% 0,095 0,002 0,140 0,207 0,002 0,007 0,005
-1XX 0.103 0,004 .088-.090 .010-.018 10% -17% 0,142 0,003 0,173 0,240 0,002 0,007 0,005
-2XX 0,139 0,004 .121-.123 .012-.022 9% -16% 0,189 0,003 0,210 0,277 0,002 0,017 0,005
-3XX 0,210 0,005 .185-.188 .017-.030 8% -14% 0,283 0,003 0.313 0.412 0,003 0,027 0,005
-4XX 0,275 0,006 .237-.240 .029-.044 11% -16% 0.377 0,003 0,410 0.540 0,003 0,027 0,005

Consideraciones de diseño de ranuras

Las tablas de diseño que se muestran arriba se crearon utilizando las mejores prácticas, incluidas la relación de compresión, la extrusión de la junta tórica, la concentricidad y el espacio diamétrico y los anillos de respaldo.

Índice de compresión

Nuestras pautas comienzan con la dimensión nominal (o declarada), luego incorporan tolerancias de los elementos de diseño para proporcionar la base correcta para diseñar el prensaestopas / ranura. Nota: El diseñador hará concesiones entre los parámetros dimensionales. En última instancia, el diseño final debe manejar los extremos de las tolerancias.

En el cálculo anterior, usamos las dimensiones nominales (o declaradas). Sin embargo, al diseñar la ranura, es necesario tener en cuenta los dos casos extremos. Primero, la junta tórica está en su límite de tolerancia superior y la altura del prensaestopas está en su límite de tolerancia inferior. En segundo lugar, la junta tórica se encuentra en su límite de tolerancia de sección transversal más pequeño y el casquillo está en su límite de tolerancia de tamaño más grande. Estos producirán la compresión más alta y los porcentajes de compresión más bajos. Los tres valores de compresión deben estar entre un 5% y un 30% de compresión.

Cálculo de las dimensiones del prensaestopas de la junta tórica

La glándula que retiene la junta tórica tiene un área rectangular. Una vez que se selecciona la sección transversal de la junta tórica y se calcula la altura del prensaestopas (para lograr el apriete deseado en la junta tórica), el cálculo final será el ancho del prensaestopas. Para encontrar el área mínima necesaria, calcule el volumen total de la junta tórica que crea el rectángulo para contener ese volumen. A continuación, se muestra la fórmula para calcular el volumen de la junta tórica en función de la sección transversal.

Cálculo del volumen de la junta tórica

Las recomendaciones de llenado de la glándula objetivo incorporan varios factores que podrían afectar el volumen necesario para albergar la junta tórica. Estos factores incluyen espacio para la expansión térmica, hinchamiento debido a la exposición al fluido y el efecto de las variaciones de tolerancia en la ranura mecanizada y la junta tórica moldeada.

Extrusión de junta tórica

La extrusión es una preocupación para los sellos radiales donde existe un espacio diseñado entre los componentes móviles: ya sea el pistón y el orificio, o la varilla y el orificio. El problema es que a presiones más altas en una dirección, la junta tórica puede forzarse en el pequeño espacio y dañarse. El diseño general del sistema de sellado debe tener en cuenta este espacio de diseño.

Concentricidad y espacio diamétrico

En el diseño de sellado, a menos que se garantice que el orificio y el pistón (o vástago) permanezcan concéntricos mediante cojinetes, se debe suponer que todo el espacio posible puede desplazarse hacia un lado. Este es el espacio utilizado al diseñar para extrusión.

Límites de diseño para extrusión

Se pueden utilizar muchos elementos de diseño para abordar los problemas de extrusión en el diseño de sellado. Si el espacio máximo permitido se reduce a través de la alineación / cojinetes, esto permite un aumento de presión para la misma junta tórica. Otra opción es aumentar el durómetro (dureza) del compuesto, lo que aumenta la presión permitida para un espacio definido. Para leer más sobre los elementos involucrados en la tolerancia a la presión de la junta tórica, haga clic aquí .

Otra alternativa es utilizar anillos de respaldo que son elementos anti-extrusión. Los anillos de respaldo están hechos de materiales plásticos duros y delgados como nailon, PTFE y PEEK. Los anillos de respaldo funcionan cubriendo el espacio existente. A continuación, se muestra una tabla de extrusión que proporciona los límites de presión por espacio y durómetro de la junta tórica. Si las compensaciones del diseño de la brecha y el durómetro no funcionan, se recomienda el uso de anillos de respaldo para superar los problemas de extrusión.

Diseños de anillo de respaldo

Los anillos de respaldo están diseñados para eliminar el espacio de extrusión en aplicaciones de sellado de alta presión. Si la presión es de una sola dirección, solo es necesario un anillo de respaldo. Si la presión proviene de ambas direcciones, se recomienda colocar un anillo de respaldo en ambos lados de la junta tórica. La adición de anillos de respaldo debe incorporarse en el cálculo de relleno para determinar el ancho de la ranura. Finalmente, los anillos de respaldo pueden ser planos (sólidos, divididos o en espiral) o contorneados.