选择 O 型圈时,材料和尺寸的正确组合非常重要。请使用产品信息页面了解材料、尺寸类型、性能和标准值等详细信息。在此,我们将发布与 O 型圈选择相关的补充材料,例如材料和尺寸框架(原材料种类和标准)、质量等级以及橡胶材料的物理性能和特性。
这是O型圈耐压性能的总结。 O 型圈的密封作用不仅依赖于沟槽内的压溃余量,而且还依赖于被密封物体的接触压力产生的自密封效果,因此在选择 O 型圈时要考虑耐压性能这样做很重要。与耐压相关的一个经常出现的问题是“挤压现象” ,即 O 型圈由于来自密封目标的压力而被卡在凹槽间隙中。如果这种现象继续下去,O形圈就会剥落并损坏,导致其失去密封功能。另一方面,“起泡现象”是一种在有限的情况下发生的现象,但它通过与挤压现象不同的机制对 O 型圈造成严重损坏。这是当被密封物体为高压气体时会发生的现象;由于高压而渗透到 O 型环中的气体,由于压力急剧下降而在静止状态下膨胀,从而使 O 型环破裂。从内部。在这里,我们将解释与这两种现象相关的O型圈的耐压性能,重点关注 O 型圈材料的性能。
当从防止挤压的角度确定 O 型圈的耐用性时,O 型圈材料的硬度和拉伸强度是重要指标。如果 O 型圈变硬,就需要增加沟槽内的紧固力,以提供适当的压溃余量,耐压性能也会提高。另外,硬度和抗拉强度越高,在压力下越不易变形,在槽端部撕裂的可能性也越小。这样说来,这两项性能对抑制挤压现象有直接的影响。但O型圈的物理性能是应该综合判断的指标,耐压性能也不例外。由于伸长率也有间接影响,因此综合物理性能较高的 O 型圈材料具有更好的耐压性能。下表是一个具体示例。这里列出了硬度为A70、伸长率为200%以下的材料,但由于此类材料缺乏柔韧性,难以缓解压力的影响,预计性能下降约10%至20%会考虑的。
物性值与耐压性的关系
O 形圈材料 (A) | O 形圈材料 (B) | |
---|---|---|
硬度(JIS-A) | A70 | A70 |
拉伸强度(MPa) | 20 | 20 |
增长率 (%) | 280 | 190 |
最大耐压(MPa)无支撑环 | 7~8号 | 6-7 |
最大耐压(MPa)带支撑环 | 12.5~16 | 11~14 |
在制造胶料时添加添加剂可以提高O型圈材料的耐压性能如上所述,与挤压现象相关的耐压性影响最大的指标是硬度和拉伸强度。基本上,它们之间存在正相关关系,并且可以通过增加补强填料的添加比例来提高两者。此外,在特定高压条件下使用的O型圈材料中不添加非增强填料,因为拉伸强度的增加率相对于硬度较低。另外,在加工助剂、抗老化剂中,添加量越少,耐压性往往越好。
每种O型圈材料关于挤压现象的最大耐压能力一般如下。虽然因配合剂等的影响而有所不同,但清晰地反映了各材料体系的物性,其中特别是聚氨酯橡胶(U)保持着压倒性的优异的耐压性。另一方面,硅橡胶(VMQ)的耐压性能极差,但这是由于其材料特性导致其拉伸强度较低,也是无法制成高硬度(A90)材料的原因之一。当使用高硬度材料时,虽然耐高压性能良好,但根据沟槽设计,在低压下可能容易发生泄漏。
材料 | 硬度(JIS-A) | 最大耐压(MPa) | 典型O 形圈材料 |
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U | |||
A70 | 20-25 | U-70 | |
A90 | 25-40 | U-90 | |
HNBR | |||
A70 | 17-23 | HNBR-70 | |
A90 | 20-30 | HNBR-90 | |
NBR | |||
A70 | 4-5 | NBR-70-1 (1A) , NBR-70-2 (2A) | |
A90 | 8-12 | NBR-90(1B) | |
FKM(三元型) | |||
A70 | 3-5 | Fluoro Power-3F | |
A90 | 4-10 | Fluoro Power-3F90 | |
EPDM | |||
A70 | 3-5 | EPDM-70 | |
A90 | 4-8 | EPDM-90 | |
CR | |||
A70 | 3-5 | CR-70 | |
A90 | 4-8 | - | |
全氟 | |||
A75 | 2-5 | Fluoro Power-FFS | |
A90 | 4-10 | Fluoro Power-FFH90 | |
FKM(二元型) | |||
A70 | 2-3 | FKM-70(4D) | |
A90 | 4-8 | FKM-90 | |
VMQ | |||
A70 | 0.3~0.7 | VMQ-70 (4C) | |
A90 | - | - |
起泡现象是由于高压而渗入橡胶材料内部的气体,由于快速减压(ED)的作用而在内部膨胀,从而导致橡胶材料爆裂的现象。这种现象发生在 O 型圈带有密封件时。低防爆性与高压气体一起使用。起泡现象是膨胀的滞留气体在逸出之前使橡胶材料内部破裂时发生的现象,因此O型圈材料的透气性越高,越不容易发生,压力降低也越低。可以通过减慢速度来防止这种情况。但如果透气性较高,则容易出现压降、小泄漏等问题,而且油气钻井设备中难以避免快速降压,因此根据使用条件,选择抗起泡是不可避免的。 O型圈性能优良。抗起泡所需的最重要因素是物理强度。
关于抗起泡现象,O型圈材料已经建立了标准和认证体系,主要是在土壤直接涉及石油和天然气钻探作业的欧美国家。下表概述了定义 O 形圈抗起泡性的主要 RGD(快速气体减压)测试标准。尽管每个标准的详细条件有所不同,但基本测试过程是相同的。将安装在凹槽中的试件(按AS568标准规定尺寸的O型圈)用规定的气体加压,经过一定时间后迅速减压,如此重复多次。所有标准的试件评价标准均相同。
抗泡标准-RGD测试标准 | ||||
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标准名称 | ISO23936-2 | NORSOK M-710 | NACE TM0297-7.4 | TOTAL GSPVV142 |
国家 | 英格兰 | 挪威 | 美国 | 法国 |
试验(O型圈尺寸) | AS568-312 | AS568-325 | AS568-325 | AS568-349 AS568-425 |
填充气体 | CH4/CO2=90:10 N2/CO2=90:10 |
CH4/CO2=3:97 CH4/CO2=90:10 CO2=100 |
CO2=100 | CH4/CO2=80:20 |
温度(℃) | 100±2 | 100 150 200 |
100 120 150 175 230 |
75 |
压力(MPa) | 15±2 | 15 20 30 |
7 17 28 38 |
19 |
减压速度(MPa/min) | 2.0 | 2.0~4.0 | 7.0 | 12.7 |
減圧次数(次) | 8 | 十 | 1 | 5 |
初始保压时间(小时) | 68 | 72 | 24 | 72 |
保压时间(小时) | 6 和 12 交替 | 24 | 无规定(1减压) | 48 |
中间站立时间(小时) | 1 | 1 | 无规定(1减压) | 1 |
安装槽填充率(%) | 85 | 80-85 | 未指定(留在压力环境中) | 无规定(可选) |
O型圈破碎率(%) | 15 | 20 | 未指定(留在压力环境中) | 18 |
数量 n(个) | 4 | 3 | 9 | 4 |
对于经过测试过程的四个 O 形圈(测试件)中的每一个,我们将其切割成四个点,并根据下表列出的标准对其进行评估。根据评价对每个截面进行评分,取每个O型圈的最高分,如果所有分数均在3分以下,则测试通过。因此,评估分数表示为[1, 0, 0, 0]或[3, 2, 2, 5],但判定为通过的最高评估分数为[0, 0, 0, 0],并且完整限制为 [3, 3, 3, 3]。
抗泡标准-评价标准 | |
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分数 | 标准 |
0 | 无裂纹、凹痕或凸起 |
1 | 4条或更少裂纹,每条裂纹长度小于O型圈钢丝直径的一半,且总裂纹长度小于或等于O型圈钢丝直径 |
2 | 裂纹≤6条,每条裂纹长度小于O型圈钢丝直径的一半,裂纹总长度小于O型圈钢丝直径的2.5倍 |
3 | 裂纹不超过9条,裂纹长度为O型圈钢丝直径50-80%的裂纹不超过2条 |
4 | 裂纹 8 条或以上,裂纹 1 条或以上,且裂纹长度为 O 型圈钢丝直径的 80% 或以上 |
5 | 裂纹贯穿横截面,O 形圈裂开或破碎成碎片 |
以下是通过上述 RGD 测试并获得标准认证的主要 O 形圈材料。我们的一些Fluoropower 系列还用于中东、中国、俄罗斯和南非等产油国。
通过RGD测试的主要O型圈材料 | ||
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认证标准 | 材料 | O 形圈材料/制造商 |
ISO23936-2 | 全氟橡胶 (FFKM) | Fluoropower®FFH90 /桜シール株式会社 |
ISO23936-2 | 氟橡胶 (FKM) – 三元系统 | Fluoropower®3F90 /桜シール株式会社 |
ISO23936-2 | 氟橡胶 (FKM) - 二元系统 | FKM-D-90 /桜シール株式会社 |
ISO23936-2 | 氢化丁腈橡胶(HNBR) | HNBR-D-90 /桜シール株式会社 |
ISO23936-2 | 氟橡胶 (FKM) | FKM944/Greene Tweed |
ISO23936-2 | 氟橡胶 (FKM) | VG10-90/Parker |
NORSOK M-710 | 全氟橡胶 (FFKM) | Kalrez®0090 /Dupont |
NORSOK M-710 | 氟橡胶 (FKM) | V1238-95/Parker |
NACE TM0297-7.4 | 全氟橡胶 (FFKM) | Chemratz®526 /Greene Tweed |