เนื้อหาวันที่ : 2009-10-17 22:03:36 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 9678 views

รายละเอียดและการเลือกใช้งานโอริง (ตอนที่ 1)

โอริงเป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรที่นิยมใช้กันมาก และในรายละเอียดของการพิจารณาในการเลือกใช้งานโอริงให้ถูกต้องกับสภาวะการทำงานของจุดที่ใช้งานและสภาวะแวดล้อมของเครื่องจักรนั้นก็มีรายละเอียดมากเช่นกัน การใช้งานโอริงที่ถูกต้องจะทำให้การทำงานของเครื่องจักรนั้นเป็นไปอย่างสมบูรณ์และมีประสิทธิภาพสูงสุด

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

.

.

โอริงเป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรที่นิยมใช้กันมาก และในรายละเอียดของการพิจารณาในการเลือกใช้งานโอริงให้ถูกต้องกับสภาวะการทำงานของจุดที่ใช้งานและสภาวะแวดล้อมของเครื่องจักรนั้นก็มีรายละเอียดมากเช่นกัน การใช้งานโอริงที่ถูกต้องจะทำให้การทำงานของเครื่องจักรนั้นเป็นไปอย่างสมบูรณ์และมีประสิทธิภาพสูงสุด

.
โอริงคืออะไร 

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

.
หน้าที่ของโอริง 

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

.
การทำงานของโอริง 

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

1. ความแข็งของโอริง (Hardness) 

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

.
2. ค่าความต้านทานต่อแรงดึง 

คือค่าของความต้านทานต่อแรงดึง ณ จุดครากหรือจุดที่จะทำให้โอริงเปลี่ยนรูปได้อย่างถาวร โอริงที่มีค่าความต้านทานต่อแรงดึงสูงนั้นเวลาที่เรายืดตัวโอริงให้ขยายตัวออกโอริงจะขยายตัวออกได้ยาวกว่าโอริงที่มีค่าความต้านทานต่อแรงดึงต่ำกว่า โดยที่ถ้าเราหยุดยืดโอริงจะหดตัวกลับได้เหมือนเดิม  

.

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

.
3. อุณหภูมิใช้งานและอุณหภูมิสูงสุดของการใช้งานของโอริง 

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

.

ตารางที่ 1 แสดงคุณสมบัติของวัสดุชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ทำโอริง

.

สำหรับรายละเอียดของวัสดุชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ทำโอริงในส่วนของการทนต่ออุณหภูมิสูงสุด ค่าความแข็ง ความต้านทานแรงดึง และความเหมาะสมในการใช้งานแสดงในตารางที่ 1 และรูปที่ 5

.

รูปที่ 5 แผนภูมิแสดงอุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดในการใช้งานของโอริงที่ทำมาจากวัสดุต่าง ๆ

.
4. ประเภทของการนำโอริงไปใช้งาน

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

.
5. การบอกขนาดของโอริง

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

.
6. ประเภทของการติดตั้งโอริง สามารถแบ่งออกได้เป็นสองแบบคือ

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

[1] Dichtomatik O-ring Handbook, DICHTOMATIK NORTH AMERICA., USA
[2] Parker O-Ring Handbook, Parker Hannifin Corporation., USA

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด