อาจหาญ ณ นรงค์
แผนกวิศวกรรมและซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด

โอริงเป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรที่นิยมใช้กันมาก และในรายละเอียดของการพิจารณาในการเลือกใช้งานโอริงให้ถูกต้องกับสภาวะการทำงานของจุดที่ใช้งานและสภาวะแวดล้อมของเครื่องจักรนั้นก็มีรายละเอียดมากเช่นกัน การใช้งานโอริงที่ถูกต้องจะทำให้การทำงานของเครื่องจักรนั้นเป็นไปอย่างสมบูรณ์และมีประสิทธิภาพสูงสุด

โอริงเป็นซีลที่มีลักษณะรูปทรงโดนัท คือมีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปทรงกลมและมีรูปทรงเป็นทรงกลมดังรูปที่ 1 ทำจากวัสดุที่สามารถหยุ่นตัวได้ (Elastomers Material) อาจเป็นยางสังเคราะห์ (Synthetic Rubber) ชนิดต่าง ๆ หรือวัสดุสังเคราะห์อย่างอื่น ซึ่งขึ้นอยู่กับการนำไปใช้ให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมและการทำงานว่าจะใช้กับของไหลอะไรหรืออุณหภูมิหรือแรงดันมากหรือน้อยแค่ไหน

หน้าที่หลักของโอริง คือการเป็นซีลกันรั่วของของไหลในอุปกรณ์หรือเครื่องจักรต่าง ๆ ระบบลมอัด (Pneumatic) หรือระบบไฮดรอลิก ซึ่งในการใช้งานโอริงจะแบ่งออกเป็นสองแบบคือ เป็นซีลกันรั่วที่ติดตั้งบริเวณข้อต่อหรือจุดต่อแบบต่าง ๆ ของเครื่องจักรหรืออุปกรณ์อื่น ๆ และใช้เป็นซีลกันรั่วของอุปกรณ์ทำงาน (Actuators) หรืออุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ดังรูปที่ 2

โดยที่ในการติดตั้งนั้นจะติดตั้งโอริงลงไปในร่องโอริงจากนั้นก็ขันแน่นฝายึดโอริงไว้ในร่องในกรณีที่เป็นการซีลกันรั่วของข้อต่อหรือจุดต่อต่าง ๆ แต่การซีลสำหรับอุปกรณ์ทำงานหรือชิ้นส่วนที่จะต้องมีการเคลื่อนที่นั้นเราจะติดตั้งโอริงในร่องโอริงไว้เพียงอย่างเดียว ซึ่งรายละเอียดของขนาดของร่องโอริง และการติดตั้งโอริงนั้นมีอยู่มากมายพอสมควรซึ่งจะได้กล่าวถึงในภายหลัง

รูปที่ 1 ลักษณะทางกายภาพของโอริง

รูปที่ 2 ลักษณะการติดตั้งของโอริงเพื่อทำหน้าที่เป็นซีลกันรั่วกับชิ้นส่วนต่าง ๆ

การป้องกันการรั่วของของไหลที่เป็นของเหลวหรือแก๊ส ชิ้นส่วนของเครื่องจักรที่มีเหล็กหรือชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งเป็นส่วนประกอบนั้น ในกรณีที่แรงดันของของเหลวหรือแก๊สสูงในระดับหนึ่ง ลำพังชิ้นส่วนที่เป็นโลหะหรือของแข็งอย่างอื่นนั้นไม่สามารถป้องกันการรั่วได้ไม่ว่าจะทำการปรับความเรียบของผิวโลหะดีขนาดไหนก็ตาม ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันรั่วที่ทำจากวัสดุที่มีความยืดหยุ่นได้ (Elastomer) จึงถูกนำเข้ามาใช้งานซึ่งรวมถึงโอริงด้วย

สำหรับการทำงานของโอริงนั้นเริ่มด้วยการที่เราติดตั้งโอริงเข้าไปยังร่องโอริง (Gland) จากนั้นก็ขันแน่นยึดโอริงให้อยู่ในร่องโดยฝาดังรูปที่ 3(ก) เราจะเห็นว่าด้านบนระหว่างร่องโอริงกับฝาปิดนั้นจะมีช่องว่างอยู่นิดนึงเพราะว่าในชิ้นส่วนจริง ๆ ของเครื่องจักรนั้นจะมีระยะห่าง (Clearance) อยู่ด้วยในบางจุดที่ไม่สนิท และเมื่อโอริงได้รับแรงดันจากของไหล แรงดันดังกล่าวจะดันโอริงเข้าไปติดอยู่กับผนังร่องโอริงด้านตรงข้ามกับด้านที่มีแรงดันเป็นการเริ่มทำหน้าที่ของโอริงดังรูปที่ 3(ข)

ในรูปที่ 3(ข) นั้นแสดงถึงการทำหน้าที่เป็นตัวซีลกันรั่วของโอริงโดยที่เมื่อมีแรงดันมากระทำโอริงจะถูกดันไปติดแน่นอยู่กับผนังของร่องโอริง  และการที่โอริงทำมาจากวัสดุที่หยุ่นตัวได้จึงทำให้โอริงสามารถที่จะเปลี่ยนรูปไปตามรูปทรงของผนังร่องโอริงและฝาได้เป็นการป้องกันไม่ให้ของไหลที่มีแรงดันจากภายในรั่วซึมออกไปข้างนอกได้

ในการใช้โอริงหรืออุปกรณ์ที่เป็นซีลนั้น สิ่งหนึ่งที่ควรจะระลึกไว้เสมอก็คือต้องเลือกใช้วัสดุให้ถูกต้องกับแรงดันของระบบ เราจะเห็นว่าถ้าโอริงแข็งเกินไปเมื่อเทียบกับแรงดันก็อาจทำให้ของไหลรั่วซึมออกมาได้เพราะว่าโอริงที่แข็งจะไม่เปลี่ยนรูปไปตามพื้นผิวของร่องโอริงและฝา    

แต่ในทางกลับกันถ้าโอริงอ่อนหรือแรงดันของระบบมากเกินไปสภาพของโอริงจะเป็นดังรูปที่ 3(ค) คือโอริงจะถูกดันเข้าไปในร่องแคบ ๆ ระหว่างฝากับร่องโอริงและจะเสียรูปดังรูปที่ 3(ง) ดังนั้นในการเลือกใช้โอริงจึงต้องเลือกวัสดุให้เหมาะสมซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

รูปที่ 3(ก) โอริงที่ถูกติดตั้ง    รูปที่ 3(ข) โอริงรับแรงดัน   รูปที่ 3(ค) โอริงรับแรงดันเกินพิกัด   รูปที่ 3(ง) โอริงหมดสภาพการซีล

 .

หลักการพิจารณาเลือกใช้โอริง

ความแข็งของโอริง  คือความสามารถในการต้านทานต่อแรงดันและการเปลี่ยนรูปของโอริงนั่นเอง หน่วยที่ใช้บอกค่าความแข็งของโอริงคือ ชอร์ เอ (Shore-A) เป็นหน่วยที่ใช้วัดค่าความแข็งของวัสดุยืดหยุ่นตัวรวมถึงวัสดุประเภทซีลหรือโอริงด้วย โดยจะทำการวัดความต้านทานต่อการกดและแรงต้านทานโดยเครื่องมือที่เรียกว่าดูโรมิเตอร์ (Durometer) ซึ่งมีลักษณะคล้าย ๆ กับไดอัลเกจ (Dial Gauge) แต่ต่างกันตรงที่หัวที่ใช้วัดนั้นจะเป็นเข็มแหลมติดอยู่ ในการวัดเราจะใช้เข็มแทงลงไปบนเนื้อพื้นผิววัสดุที่ต้องการวัด

โดยปกติแล้วเราจะใช้โอริงที่มีความแข็งประมาณ 70 Shore-A ในระบบลม (Pneumatics) ซึ่งมีแรงดันต่ำกว่า 7บาร์ และความแข็งขนาด 80 ถึง 90 Shore-A สำหรับแรงดันที่สูงกว่านี้หรือระบบไฮดรอลิกซึ่งมีแรงดันสูงกว่าระบบลมซึ่งในรายละเอียดแล้วก็ต้องดูคำแนะนำจากผู้ผลิตเป็นข้ออ้างอิงด้วย  

ในการใช้งานโอริงนั้นถ้าเราเลือกใช้งานค่าความแข็งไม่ถูกต้อง เช่นเอาโอริงที่มีค่าความแข็งน้อยไปใช้กับระบบที่มีแรงดันสูงก็อาจทำให้โอริงนั้นเสียรูปได้ง่ายและอาจทนแรงดันไม่ได้จนทำให้เกิดการรั่วซึมได้ ในทางกลับกันถ้าเราเอาโอริงที่มีความแข็งมากไปใช้กับระบบที่มีแรงดันน้อยก็อาจทำให้การซีลกันรั่วของโอริงไม่ดีเท่าที่ควรดังที่อธิบายมาแล้วในตอนต้น 

ดังนั้นในการเลือกใช้โอริงเราจึงต้องเลือกความแข็งของโอริงให้เหมาะสมกับงานด้วย ในทางที่ดีถ้าเป็นไปได้เมื่อเราต้องการที่จะซื้อโอริงไปใช้งานก็ควรจะขอคำปรึกษาจากผู้ขายและควรจะบอกด้วยว่าจะเอาโอริงที่ต้องการนั้นไปใช้กับสารประเภทอะไร ใช้กับแรงดันและอุณหภูมิเท่าไหร่เพื่อที่เขาจะได้จัดโอริงให้ท่านอย่างถูกต้อง 

รูปที่ 4 Durometer

คือค่าของความต้านทานต่อแรงดึง ณ จุดครากหรือจุดที่จะทำให้โอริงเปลี่ยนรูปได้อย่างถาวร โอริงที่มีค่าความต้านทานต่อแรงดึงสูงนั้นเวลาที่เรายืดตัวโอริงให้ขยายตัวออกโอริงจะขยายตัวออกได้ยาวกว่าโอริงที่มีค่าความต้านทานต่อแรงดึงต่ำกว่า โดยที่ถ้าเราหยุดยืดโอริงจะหดตัวกลับได้เหมือนเดิม  

ในการเลือกใช้งานนั้นเราต้องการโอริงที่มีค่าความต้านทานต่อแรงดึงมากหรือมีความหยุ่นตัวสูง แต่ถ้าเรามีข้อแม้อื่นเช่น โอริงนั้นจะต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงหรือโอริงนั้นจะต้องมีความแข็งมาก บางทีวัสดุที่ใช้ก็อาจมีค่าความต่อต้านแรงดึงลดลง เช่น วัสดุทำโอริงที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูงเช่น ไวตัน (Viton) หรือซิลิโคน (Silicone) จะมีค่าการต่อต้านแรงดึงต่ำ หรือโอริงที่มีความแข็งมากก็จะมีค่านี้ต่ำเช่นกัน  

ในอุปกรณ์แต่ละตัวของเครื่องจักรแต่ละชนิดนั้นแต่ละจุดจะมีอุณหภูมิการทำงานที่แตกต่างกัน ดังนั้นเราจะต้องรู้ว่าจุดที่เราจะเอาโอริงไปใช้งานนั้นมีอุณหภูมิเท่าไหร่เพราะว่าวัสดุแต่ละชนิดที่เอามาทำโอริงนั้นสามารถทนความร้อนได้แตกต่างกัน เช่น โอริงที่ทำมาจากไวตัน (Viton) มีความสามารถในการทนความร้อนได้สูงสุดประมาณ 230 ^๐C แต่มีราคาแพง แต่ในขณะเดียวกันโอริงที่ทำมาจาก ยางสังเคราะห์หรือ NBR สามารถทนความร้อนได้แค่ 105 ^๐C แต่มีราคาถูกกว่า

ตารางที่ 1 แสดงคุณสมบัติของวัสดุชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ทำโอริง

สำหรับรายละเอียดของวัสดุชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ทำโอริงในส่วนของการทนต่ออุณหภูมิสูงสุด ค่าความแข็ง ความต้านทานแรงดึง และความเหมาะสมในการใช้งานแสดงในตารางที่ 1 และรูปที่ 5

รูปที่ 5 แผนภูมิแสดงอุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดในการใช้งานของโอริงที่ทำมาจากวัสดุต่าง ๆ

โอริงนั้นสามารถนำไปใช้งานได้หลายประเภทซึ่งจะแบ่งตามลักษณะที่นำไปใช้งาน ซึ่งในการใช้งานแต่ละแบบนั้นจะมีข้อจำกัด และรายละเอียดต่าง ๆ ดังต่อไปนี้คือ

Static Seals เป็นการใช้งานโอริงในการซีลข้อต่อหรือจุดต่อต่าง ๆ ในเครื่องจักรหรืออุปกรณ์อย่างอื่นดังรูปที่ 6 โดยที่ในการทำงานของโอริงนั้นไม่มีส่วนที่สัมพันธ์กับส่วนที่เคลื่อนที่ ในการใช้งานริงนั้นสิ่งที่จะต้องคำนึงถึงก็คือ แรงดัน และ อุณหภูมิ ของจุดที่ใช้งานเพื่อที่จะสามารถเลือกค่าความแข็งและวัสดุที่ใช้ทำโอริงได้ถูกต้อง 

รูปที่ 6 การใช้งานโอริงเป็น Static Seals                รูปที่ 7 การใช้งานโอริงเป็น Reciprocating Seals

Reciprocating Seals คือโอริงที่ใช้กับชิ้นส่วนของเครื่องจักรที่มีการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาหรือไปแล้วกลับในกระบอกหรือรางที่ถูกบังคับทิศทางการเคลื่อนที่ โดยทิศทางของการเคลื่อนที่เป็นไปตามแนวแกนของกระบอก (Along the Shaft or Cylinder Axis) ดังรูปที่ 7 เช่นโอริงที่ใช้กับกระบอกลมในระบบ Pneumatics หรือกระบอกสูบในระบบไฮดรอลิก ในการทำงานนั้นส่วนที่เป็นขอบที่สัมผัสกับกระบอกจะเคลื่อนที่ถูไปมาทำหน้าที่เป็นซีล

Oscillating Seal เป็นการใช้โอริงซีลเพื่อกันรั่วสำหรับงานที่กระบอกด้านนอกและเพลาด้านมีความสัมพันธ์ในการเคลื่อนที่ในรูปของการเคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ตัวเอง เช่น ซีลที่ใช้กับก้านวาล์วต่าง ๆ ดังรูปที่ 8

Rotary Seals คือซีลที่ใช้ซีลเพื่อป้องกันรั่วของงานที่กระบอกหรือตัวเรือนด้านนอกหมุนอยู่รอบ ๆ เพลาและตัวโอริง ในการใช้โอริงเป็นซีลแบบนี้นั้นทิศทางการหมุนต้องเป็นไปในทิศทางเดียวไม่หมุนกลับ ตัวอย่างเช่น โอริงที่ใช้เป็นซีลของมอเตอร์หรือเครื่องยนต์ต่าง ๆ แต่การใช้โอริงกับงานแบบนี้ไม่เป็นที่นิยมกันมากนัก ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ Oil Seal หรือซีลชนิดอื่นแทน

รูปที่ 8 การใช้งานโอริงเป็น Oscillating Seal               รูปที่ 9 การใช้งานโอริงเป็น Rotary Seals

Seat Seals เป็นการใช้โอริงเพื่อปิดทางไม่ให้ของไหล ๆ ผ่านออกจากส่วนที่ต้องการควบคุม เช่น โอริงที่ปิดส่วนท้ายของเกลียวของวาล์วเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำหรือลมออกจากวาล์วทางก้านหมุน โอริงที่อยู่ด้านท้ายของวาล์วกันกลับ (Check Valve) หรือโอริงที่อยู่ด้านท้ายของ Solenoid Plunger ดังรูปที่ 10 

รูปที่ 10 การใช้งานโอริงเป็น Seat Seals

Pneumatic Seals คือโอริงที่ใช้ทั่วไปกับระบบลมอัด (Pneumatic) แต่ในรายละเอียดที่ลึกลงไปจะรวมถึงโอริงที่ใช้กับแก๊สชนิดต่าง ๆ และโอริงที่ใช้กับไอน้ำ (Steam) ซึ่งในการเลือกใช้งานนั้นจะต้องคำนึงถึงแรงดัน และอุณหภูมิที่ใช้งานตลอดถึงชนิดของแก๊สที่ใช้ว่าจะมีผลหรือทำปฏิกิริยาอะไรบ้างกับวัสดุที่นำมาใช้เป็นโอริง

Vacuum Seals คือโอริงที่ใช้เป็นซีลของระบบสุญญากาศ (Vacuum) ซึ่งจะมีทิศทางในการซีลตรงกันข้ามกับระบบลมอัดหรือ Pneumatic ตรงที่โอริงที่ใช้กับระบบลมอัดจะป้องกันการรั่วของลมหรือแกสออกจากระบบ แต่โอริงที่ใช้กับระบบสุญญากาศจะป้องกันการรั่วของอากาศเข้าสู่ระบบ แต่หลักในการพิจารณาในการใช้งานจะเหมือนกัน

การบอกขนาดของโอริงเราจะนิยมบอกขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (ID) และความหนา (w) หรือ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของตัวโอริง เช่นโอริงขนาด เส้นผ่าศูนย์กลาง 40 mm หนา 5.3 mm เราเรียกว่า โอริงขนาด 40 x 5.3 mm การบอกขนาดของโอริงมีหลายมาตรฐานเช่นมาตรฐานอเมริกา AS568 A มาตรฐานญี่ปุ่น JIS2401 ซึ่งจะได้กล่าวถึงในรายละเอียดภายหลัง

การหามิติต่าง ๆ ของโอริง

รูปที่ 11 ค่าที่ใช้ในการระบุขนาดและมิติของโอริง

ก. โอริงที่ติดตั้งกับกับชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ เช่นข้อต่อ หน้าแปลนระหว่างท่อกับเครื่องจักร ข้อต่อระหว่างท่อทางต่าง ๆ ข้อต่อระหว่างท่อทางกับอุปกรณ์ ดังรูปที่ 12

ข. โอริงที่ติดตั้งกับกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ เช่น ส่วนประกอบของกระบอกสูบดังรูปที่ 13 ซึ่งในการติดตั้งแบบนี้นอกจากโอริงจะทำหน้าที่กันรั่วแล้ว ก็ยังจะต้องทนต่อการสึกหรอที่เกิดจากการเสียดสีของการเคลื่อนที่อีกด้วยและสำหรับการติดตั้งโอริงกับชิ้นส่วนเคลื่อนที่ยังสามารถแบ่งออกเป็นสองแบบคือ

ก. โอริงที่ถูกติดตั้งในชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ (Male Seal) คือ โอริงที่ติดตั้งอยู่กับลูกสูบ โดยที่ลูกสูบจะเป็นตัวเคลื่อนที่เข้าออกในกระบอกสูบ ตัวอย่างเช่น โอริงที่ติดตั้งอยู่ในลูกสูบของกระบอกไฮดรอลิกหรือกระบอกลมดังรูปที่ 12

ข. โอริงที่ถูกติดตั้งในชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ (Female Seal) คือ โอริงที่ติดตั้งอยู่กับชุดของกระบอกสูบ เช่น ในส่วนที่เป็นขอบของช่องทางการเคลื่อนที่ของก้านสูบ (Rod) ดังรูปที่ 13

รูปที่ 12 โอริงถูกติดตั้งในอยู่กับชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ (Male Seal)

รูปที่ 13 โอริงถูกติดตั้งในชิ้นส่วนอยู่กับที่ (Female Seal)

เอกสารอ้างอิง