ओ-रिंग सील डिजाइन, भाग 2: बाह्य दबाव के लिए रेडियल सील

चित्र 1. एक ओ-रिंग को रेडियल ग्रूव में दिखाया गया है, जिसका एंडकैप सुरक्षित है। बैक-अप रिंग और लीड-इन चैम्फर के उपयोग पर ध्यान दें। (चित्र सौजन्य: पार्कर हैनिफिन, लेखक द्वारा इस लेख के लिए अनुकूलित)

समुद्री इंजीनियरों का प्राथमिक कार्य पानी को बाहर रखना होता है। पतवार में दरार आने से समुद्र में बिताया गया अच्छा दिन खराब हो सकता है।

ओ-रिंग सील डिजाइन पर हमारी चर्चा मरीन टेक्नोलॉजी रिपोर्टर, जनवरी/फरवरी 2026, पृष्ठ 20-23 में फेस सील्स पर एक नज़र डालने के साथ शुरू हुई।

उस लेख में महत्वपूर्ण पृष्ठभूमि और बुनियादी जानकारी दी गई है जो इस लेख से भी उतनी ही संबंधित है, लेकिन यहाँ उसे पूरी तरह से दोहराया नहीं गया है। उन बुनियादी बातों का सारांश इस प्रकार है:

• ओ-रिंग सील डिज़ाइन के लिए पार्कर ओ-रिंग हैंडबुक (ORD-5700) से बेहतर कोई संदर्भ ग्रंथ नहीं है। इसकी पीडीएफ़ निःशुल्क डाउनलोड के लिए उपलब्ध है (नीचे "संदर्भ" देखें)। यह समुद्री इंजीनियरों के लिए अनिवार्य पठन सामग्री है और इसमें किसी भी लेख की तुलना में कहीं अधिक विस्तृत जानकारी शामिल है।
• ओ-रिंग सील द्रव प्रवाह में अवरोध उत्पन्न करती है। ओ-रिंग सील असेंबली में एक खांचे में फंसी हुई ओ-रिंग होती है।
• असेंबली लुब्रिकेंट का प्रयोग हमेशा सीमित मात्रा में ही करना चाहिए। इनका उपयोग घर्षण को कम करने और ओ-रिंग को दबाव के अनुसार प्रतिक्रिया करने और खांचे के अंदर चलने में सक्षम बनाने के लिए किया जाता है।
• ओ-रिंग की विफलता का प्रमुख कारण किसी गैप के माध्यम से उसका बाहर निकल जाना है।
• रेडियल सील को असेंबली में सहायता के लिए एक गैप की आवश्यकता होती है, जबकि फेस सील डिजाइन में इसकी आवश्यकता नहीं होती है।

रेडियल सील का चयन तब किया जाता है जब: 1) फेस सील और एंडकैप रिटेनिंग बोल्ट के लिए फ्लेंज क्षेत्र सीमित हो, या 2) प्राथमिक फेस सील के लिए द्वितीयक बैक-अप सील के रूप में।   कभी-कभी, दो रेडियल सील का उपयोग किया जाता है। सबसे पहले दबाव झेलने वाली सील प्राथमिक होती है। प्राथमिक सील के विफल होने की स्थिति में, दबाव झेलने वाली दूसरी सील द्वितीयक होती है।

ओ-रिंग का खिंचाव : यदि आदर्श डिज़ाइन ग्रूव दो ओ-रिंग साइज़ के बीच में है, तो आप छोटे ओ-रिंग को खींचकर बड़े ग्रूव में फिट कर सकते हैं। आप छोटे ओ-रिंग को बड़ा कर सकते हैं , लेकिन बड़े ओ-रिंग को छोटा नहीं कर सकते । ग्रूव में ओ-रिंग लगाते समय जब वह खिंचता है, तो उसका अनुप्रस्थ काट चपटा हो जाता है। 2-3% से अधिक खिंचाव होने पर, आवश्यक कसाव बनाए रखने के लिए ग्रूव की गहराई कम करनी होगी। पार्कर 5% से अधिक ओ-रिंग को न खींचने की सलाह देता है, क्योंकि इससे उसका जीवनकाल कम हो जाता है। (संदर्भ: पार्कर ORD 5700, सेक्शन 3.5, “खिंचाव”)

असेंबली के दौरान खांचे तक पहुंचने के लिए अस्थायी आईडी विस्तार आमतौर पर 25-50% से अधिक नहीं होता है।

ड्यूरोमीटर : उच्च ड्यूरोमीटर वाली ओ-रिंग एक्सट्रूज़न का बेहतर प्रतिरोध करती है। कम ड्यूरोमीटर वाली ओ-रिंग सतह की खामियों के प्रति अधिक सहनशील होती हैं। 70 ड्यूरोमीटर वाली ओ-रिंग के साथ 90 ड्यूरोमीटर वाली बैक-अप रिंग का उपयोग करने से दोनों का सर्वोत्तम लाभ मिलता है।

बाहरी खांचा बनाम आंतरिक खांचा : प्लग के बाहरी सतह पर स्थित ओ-रिंग खांचे को "पुरुष" खांचा माना जाता है। इनकी मशीनिंग, एनोडाइजिंग, सफाई, संयोजन और निरीक्षण करना बहुत आसान होता है। वहीं, मिलान करने वाले सिरे के कैप के अंदरूनी हिस्से पर स्थित खांचे को "महिला" खांचा माना जाता है। ये खांचे बहुत कम देखने को मिलते हैं।

डिजाइन दृष्टिकोण

चित्र 2 में रेडियल सील डिज़ाइन अनुक्रम दिखाया गया है: 1) गैप निर्धारित करें, 2) ट्यूब का आंतरिक व्यास (ID) निर्धारित करें, 3) इन दोनों संख्याओं का उपयोग करके प्लग का बाहरी व्यास (OD) ज्ञात करें। (चित्र पार्कर सील कंपनी के सौजन्य से, लेखक द्वारा इस लेख के लिए अनुकूलित।)

चित्र 2 का संदर्भ लें: रेडियल सील डिजाइन अनुक्रम इस प्रकार है:

• पार्कर ओ-रिंग रेडियल सील डिज़ाइन तालिकाओं (ORD 5700, धारा 4.2, डिज़ाइन तालिका 4-1) और एक्सट्रूज़न सीमा चार्ट (चित्र 4 देखें) का उपयोग करके, अधिकतम अनुमेय अंतर निर्धारित करें। चार्ट में या तो "व्यासीय" या "त्रिज्यीय" दिखाया गया है, इसलिए संख्याओं को "बोर" (व्यासीय) या "अंतराल" (त्रिज्यीय = ½ व्यासीय) पर लागू करते समय सावधानी बरतें।
• ट्यूब के आंतरिक भाग से वृत्ताकार बोर बनाने के लिए हटाई जा सकने वाली न्यूनतम सामग्री की मात्रा निर्धारित करें। बहुत अधिक सामग्री हटाने से प्रेशर केस कमजोर हो जाता है।
• बोर के आयाम में से (2 x गैप) आयाम घटाएँ। यह प्लग का बाहरी व्यास (OD) है। यदि आप एनोडाइज्ड एल्युमिनियम का उपयोग कर रहे हैं, तो सतह की वृद्धि को ध्यान में रखते हुए आयामों को समायोजित करें (नीचे "एनोडाइजिंग" देखें)।

अंतर का चयन : मिलान प्लग और बोर को डिजाइन करते समय, प्लग के बाहरी व्यास (ओडी) और बोर के आंतरिक व्यास (आईडी) को निर्दिष्ट करने के लिए पार्कर विनिर्देश का उपयोग करें। (संदर्भ: पार्कर ओआरडी 5700, डिजाइन तालिका 4-1)।

कुछ समझौते करने पड़ते हैं:

ओ-रिंग का अनुप्रस्थ काट जितना बड़ा होगा, अनुमेय अंतराल उतना ही बड़ा होगा।

ओ-रिंग का अनुप्रस्थ काट जितना छोटा होगा, उतनी ही कम संपीडन बल की आवश्यकता होगी, जिससे संयोजन आसान हो जाएगा।

छोटे अंतराल को चुनने के लिए अधिक सटीक मशीनिंग की आवश्यकता होती है।

एक सामान्य 0.070 इंच अनुप्रस्थ काट वाले ओ-रिंग के लिए, 0.002 इंच से 0.005 इंच तक का व्यासीय अंतराल अनुमत है। इसका अर्थ है कि एक तरफ अधिकतम त्रिज्या अंतराल 0.0025 इंच हो सकता है।

बैकअप रिंग: मैं हमेशा रेडियल ओ-रिंग के साथ बैकअप रिंग का उपयोग करने की सलाह देता हूँ। ये सस्ते होते हैं, कम जगह घेरते हैं और ओ-रिंग को बाहर निकलने से रोकने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। (ऊपर नोट 4 देखें।)

बैक-अप रिंग को ओ-रिंग के कम दबाव वाले हिस्से पर लगाएं। दबाव सबसे पहले ओ-रिंग पर पड़ता है। बैक-अप रिंग कैचर के दस्ताने की तरह काम करती है, जो ओ-रिंग के लिए एक बैकस्टॉप का काम करती है।

चित्र 3. ओ-रिंग की प्राथमिक विफलता की स्थिति गैप में धंस जाना है (बाएं)। उच्च ड्यूरोमीटर वाली सामग्री से बनी एक बैक-अप रिंग (दाएं) धंसने से रोकने वाले उपकरण के रूप में कार्य करती है। (चित्र पार्कर हैनिफिन के सौजन्य से, लेखक द्वारा इस लेख के लिए अनुकूलित।)

अगर मुझे ओ-रिंग को थोड़ा बड़े खांचे में फिट करने के लिए खींचना पड़े, तो मैं पार्कर पारबक 90-ड्यूरोमीटर बुना-एन बैक-अप रिंग का इस्तेमाल करना पसंद करता हूँ। मुझे यह भी पसंद है कि ये एक ही ठोस हिस्से से बनी होती हैं। स्किम कट टेफ्लॉन बैक-अप रिंग्स को खींचा नहीं जा सकता और अगर सेंटरलाइन की दूरी ज़्यादा हो तो उनके सिरों के बीच एक अवांछित गैप रह जाता है।

जब एक तरफ से दबाव डाला जाता है, जो आमतौर पर जलमग्न उपकरणों के मामले में होता है, तो एक बैक-अप रिंग पर्याप्त होती है। यदि किसी ओ-रिंग के दोनों तरफ बारी-बारी से दबाव डाला जाता है, जैसे कि दबाव-प्रतिपूरित प्रणाली में, तो ओ-रिंग के दोनों तरफ एक-एक बैक-अप रिंग का उपयोग करना उचित होता है। (संदर्भ: पार्कर ORD-5700, धारा 6)

पारबक पार्ट नंबर की शुरुआत "8-" से होती है, उसके बाद ओ-रिंग का तीन अंकों वाला डैश नंबर आता है। उदाहरण के लिए, 2-018 ओ-रिंग के साथ 8-018 पारबक बैक-अप रिंग का उपयोग किया जाएगा। काफी तर्कसंगत है।

बैक-अप रिंगों की उपयोगिता की पुष्टि करने के लिए पार्कर ओ-रिंग लिमिट्स फॉर एक्सट्रूज़न कर्व्स (ORD-5700, सेक्शन 3.1.4, फिगर 3.2) का उपयोग करें। (चित्र 4 देखें।) कम दबाव वाली सीलों में, ये कर्व्स मूल रेडियल सील डिज़ाइन चार्ट की तुलना में अधिक अनुमेय क्लीयरेंस दर्शाएंगे। उच्च दबाव वाले अनुप्रयोगों में, ये कर्व्स यह दर्शाएंगे कि क्या पारबक जोड़ने से मानक कैटलॉग ग्रूव आयामों या बेहतर आयामों का उपयोग संभव होगा। चार्ट में दिए गए आयाम "रेडियल क्लीयरेंस" को संदर्भित करते हैं, इसलिए "डायमेट्रल क्लीयरेंस" के लिए इसे दोगुना करें।

चित्र 4. “हालांकि ओ-रिंग से प्राप्त आंकड़ों पर आधारित, 90-ड्यूरोमीटर वक्र बैक-अप रिंग के प्रदर्शन के लिए एक उपयोगी मार्गदर्शक भी हो सकता है।” (ORD-5700, अनुभाग 3.1.4, चित्र 3.2) (चित्र और पाठ पार्कर हैनिफिन के सौजन्य से।)

डिजाइन के सभी पहलुओं की पुष्टि करने के लिए दबाव परीक्षण हेतु प्रोटोटाइप बनाना हमेशा बेहतर होता है। मेरे इंजीनियरिंग गुरुओं में से एक, डॉ. फ्रैंक स्नोडग्रास ने मुझे एक ज्ञानवर्धक बात बताई थी, जैसे कि "प्रकृति हमेशा छिपी हुई खामी का साथ देती है।"

सतह की फिनिशिंग : सामान्य दिशानिर्देश के अनुसार, सीलिंग सतहों पर सतह की खुरदरापन का मान 32 rms से अधिक नहीं होना चाहिए। (चित्र 5 देखें।) लेथ या स्पॉट फेस टूल में पार्ट को घुमाकर सतहों की मशीनिंग करना भी एक अच्छा तरीका है, जिससे खांचे की दिशा के अनुरूप गोलाकार पैटर्न बनता है। यह विनिर्देश अक्सर इंजीनियरिंग ड्राइंग पर सर्कल-C के रूप में दर्शाया जाता है। एंड मिल या राउटर से बने पार्ट में सूक्ष्म खांचे बन सकते हैं जो ओ-रिंग को काटते हैं, जिससे समस्या हो सकती है क्योंकि ये ओ-रिंग को चौड़ाई में काट देते हैं। ऐसी फिनिशिंग की बारीकी से जांच करना आवश्यक है।

चित्र 5 में ओ-रिंग ग्रूव की अनुशंसित सतह फिनिश का वर्णन किया गया है। चिकनी फिनिश की आवश्यकता वाली प्राथमिक सीलिंग सतहें ऊपर और नीचे हैं, जैसा कि यहाँ दिखाया गया है। ग्रूव के आगे और पीछे की सतह खुरदरी हो सकती है। ग्रूव का ड्राफ्ट कोण 0-5° तक होता है और इसे अक्सर मैकेनिक पर छोड़ दिया जाता है। मेरी कार्यशाला में आमतौर पर 0° का उपयोग किया जाता है। (चित्र पार्कर हैनिफिन के सौजन्य से, लेखक द्वारा इस लेख के लिए अनुकूलित।)

एनोडाइजिंग: एल्यूमीनियम की एनोडाइजिंग एक सिरेमिक कोटिंग है जो सतह सामग्री के ऑक्सीकरण द्वारा बनाई जाती है। यह सतह परत को निर्दिष्ट मोटाई के आधे तक बढ़ा देती है। मैं आमतौर पर 0.002 इंच की मोटाई बताता हूँ, जिसमें 0.001 इंच आधार सामग्री में होता है और 0.001 इंच बाहर की ओर बढ़ता है। इससे तैयार भाग के आयाम बदल जाते हैं। रेडियल सील के लिए व्यासीय अंतराल बहुत कम होने पर इस बदलाव को ध्यान में रखना बहुत महत्वपूर्ण है। बाहरी व्यास 0.002 इंच बढ़ जाता है, आंतरिक व्यास 0.002 इंच कम हो जाता है, खांचे की गहराई वही रहती है क्योंकि नीचे और ऊपर के खांचे एक ही दिशा में बाहर की ओर बढ़ते हैं, खांचे संकरे हो जाते हैं, जबकि ट्यूब के बाहरी व्यास और लंबाई जैसे कुछ आयाम बढ़ जाते हैं, लेकिन इससे कोई फर्क नहीं पड़ता। मशीनिस्ट को देने से पहले प्रिंट पर संबंधित भाग आयामों को समायोजित कर लें।

लीड-इन चैम्फर : ओ-रिंग को दबाने के लिए बोर के लीड-इन में 10-20 डिग्री का चैम्फर लगाने से असेंबली आसान हो जाती है। चैम्फर का बाहरी व्यास (OD) ओ-रिंग के बाहरी व्यास (OD) से थोड़ा बड़ा होता है। ओ-रिंग को अनजाने में नुकसान पहुँचाने वाले नुकीले किनारों को हटाने के लिए चैम्फर के कोनों को थोड़ा तोड़ दें। मैं पिस्टन के आगे वाले किनारे पर भी चैम्फर लगाता हूँ ताकि असेंबली के दौरान प्लग को बोर में सही ढंग से संरेखित और केंद्रित किया जा सके। इसके नुकीले कोनों को भी तोड़ दें ताकि कोई भी नुकीला किनारा बोर की सीलिंग सतहों को नुकसान न पहुँचाए। इससे एनोडाइज फिनिश भी बेहतर होगी।

असेंबली में सावधानी : खुले ओ-रिंग सील को उसी सावधानी से संभालें जैसे किसी खुले घाव को संभालते हैं। सील और सीलिंग सतहों की सफाई और सावधानीपूर्वक हैंडलिंग अत्यंत महत्वपूर्ण है।

अतिरिक्त टिप्पणी:

• पार्कर के एप्लीकेशन इंजीनियरिंग विभाग के कर्मचारी आपके प्रोजेक्ट की समीक्षा करने के लिए उपलब्ध हैं, जिसमें तापमान, दबाव, ग्रूव (ग्लैंड) डिज़ाइन, बोल्ट टॉर्क, सतह की फिनिश आदि शामिल हैं। यदि आवश्यक हो, तो वे वैकल्पिक डिज़ाइन सुझाव भी देंगे। पार्कर ओ-रिंग और इंजीनियर्ड सील्स डिवीजन लेक्सिंगटन, केंटकी, संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थित है। फ़ोन: 1-(859) 269-2351, फ़ैक्स: 1-(859) 335-5128, www.parkerorings.com ।
• डीपसी पावर एंड लाइट के निःशुल्क सॉफ़्टवेयर "अंडर प्रेशर" का उपयोग इंजीनियर को इष्टतम प्रेशर केस और एंड कैप आयामों को निर्धारित करने में सहायता करेगा। यह संभावित परिवर्तनों के लिए अत्यंत उपयोगी है। यह प्रोग्राम https://www.deepsea.com/under-pressure-design-software से निःशुल्क डाउनलोड किया जा सकता है।

स्वीकृतियाँ

लेखक स्क्रिप्स के मशीनिस्ट मर्ट इंग्राहम को धन्यवाद देते हैं, जिन्होंने सबसे पहले मेरे साथ 1960 के दशक में स्क्रिप्स में विकसित ओ-रिंग डिज़ाइन दिशानिर्देश साझा किए थे। मेरे पास ORD-5700 की प्रति में वे दिशानिर्देश अभी भी दर्ज हैं। जब सटीक टॉलरेंस की आवश्यकता होती थी, तो हम इसे "मर्ट फिट" कहते थे।

उद्धरण

पार्कर हैनिफिन कॉर्प., ओआरडी-5700, 50 ^वीं वर्षगांठ संस्करण, 2021   https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/O-Ring-Division-Literature/ORD-5700.pdf

फ्लिटनी, रॉबर्ट, सील्स एंड सीलिंग हैंडबुक, छठा संस्करण, एल्सेवियर, 2014

“लैंडर लैब” एक व्यावहारिक कॉलम है जो मानवरहित पनडुब्बी वाहनों की एक अनूठी श्रेणी, ओशन लैंडर प्रौद्योगिकियों और रणनीतियों, और इन्हें बनाने वाले लोगों के बारे में जानकारी देता है। इसका उद्देश्य मेक मैगज़ीन और अन्य DIY समुदायों की तरह ही वैश्विक ओशन लैंडर समुदाय की सेवा करना है।

इस लेख पर आपकी टिप्पणियाँ या अन्य रोचक कहानियों के सुझाव सादर आमंत्रित हैं। ओशन लैंडर समूहों को अपने कार्यों के बारे में लिखकर भेजने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है। कृपया केविन हार्डी से [email protected] पर संपर्क करें।

पढ़ने के लिए धन्यवाद।