از مهمترین روش‌های آببندی در سیستم‌های خلأ استفاده از ارینگ‌های الاستومری هستند. ارینگها قطعات لاستیکی با مقطع دایره‌ای شکل می‌باشند که کاربردهای زیادی خصوصا برای آببندی در صنایع مختلف دارند. در سیستم‌های خلأ از ارینگ ها معمولا در اتصالات قابل جدا شدن استفاده می‌کنند. انتخاب دقیق و درست سایز ارینگ‌ها در آببندی اتصالات در خلأ بسیار ضروری است. استفاده ازارینگ با سایز نامناسب در اتصالات خلأ باعث نشتی و عبور گاز از محل اتصال شود.

ارینگ‌های مورد استفاده در تجهیزات خلأ از جنس‌های مختلفی نیز ساخته می‌شوند. استفاده از هر جنس بستگی به کاربرد ارینگ و شرایط عملکرد آن دارد. در این مقاله به مقایسه انواع جنس‌های  ارینگ نیز پرداخته می‌شود.

نحوه انتخاب سایز ارینگ مناسب

ارینگ‌ها بمنظور آببندی یک اتصال، معمولا بین دو قطعه در محل قرار گرفته و فشرده می‌شوند. درصورتیکه نیروی وارد بر ارینگ محوری باشد آنرا آببند فلنج(Flange Seal) و اگر نیرو شعاعی باشد آنرا آببند شفت(Shaft Seal) می‌گوییم. در آببندی‌هایی که از ارینگ استفاده می‌شود، ممکن است ارینگ را در یک شیار قرار داده، یا ممکن است یک فاصله نگه‌دار بین دو محل اتصال قرار دهید. همچنین ممکن است ارینگ در یک مقطع مخروطی قرار گیرد. مقاطعی که ارینگ‌ها در آنها قرار می‌گیرند باید به گونه‌ای طراحی شود که در عین وارد آمدن نیروی فشار مناسب به ارینگ جهت آببندی، از فشرده شدن بیش از حد ارینگ جلوگیری کند. درواقع محل قرارگیری ارینگ‌ها به گونه‌ای است که زمانی که ارینگ تحت نیروی فشاری مناسب قرار گرفت دو سطح اتصال به یکدیگر برسند. به این روش فشرده‌سازی محدود(Limited Compression) گفته می‌شود. در روش فشرده‌سازی نامحدود(که در گسکت‌های فلزی و آببندی با تفلون استفاده می‌شود) ارینگ تحت نیروی زیادی قرار گرفته و دچار تغییر شکل دائمی می‌شود.(شکل-1)

شکل 1- فشرده سازی ارینگ a- فشرده سازی نامحدود و b- فشرده سازی محدود

محاسبات مربوط به شیار ارینگ

شیار ارینگ‌ها معمولا بصورت مقطع مستطیلی و یا ذوزنقه‌ای هستند. مقاطع مستطیلی ساده‌ترین نوع مقطع هستند. ارینگ در این نوع شیار براحتی قرار گرفته و می‌توان آنرا براحتی از شیار خارج نمود. در مواقعی که قصد داریم ارینگ در شیار محکم بوده و از آن براحتی خارج نشود از مقاطع ذوزنقه استفاده می‌شود. در شیارهای سربالا(وارونه) و یا در اتصالاتی که دائما باز و بسته می‌شوند(مانند درهای محفظه‌ها) معمولا شیار ذوزنقه استفاده می‌شود.

ابعاد این شیارها باید بگونه‌ای باشد که علاوه برای ایجاد فشار مناسب بر ارینگ سبب تغییر شکل دائمی آن نشود. علاوه برآن باید بعد از فشرده‌سازی، حداقل فضای مرده در شیار باقی بماند. در شکل-2 نحوه قرارگیری ارینگ در داخل شیار مستطیلی و ذوزنقه‌ای و ابعاد شیار براساس قطر مقطع ارینگ(D) نشان داده شده است.

شکل 2- ابعاد و نحوه قرارگیری ارینگ در داخل شیار مستطیلی و ذوزنقه‌ای

اعداد ارائه شده در شکل فوق ممکن است کمی تغییر کنند ولی بطور کلی مساحت مقطع شیار باید بین 0.84 تا 0.98 مربع قطر ارینگ باشد(که کمی بیشتر از سطح مقطع ارینگ می‌باشد).

شکل 3- محاسبه ابعاد شیار براساس قطر مقطع ارینگ

در بسیاری از اتصالات بجای قراردادن ارینگ در داخل شیار از یک فاصله نگه‌دار برای محدود کردن فشردگی ارینگ استفاده می‌شود. این روش در اتصالات استاندارد بسیار پرکاربرد است. در شکل-4 یک اتصال استاندارد ISO-KF نشان داده شده است که ارینگ حول یک رینگ مرکزی کننده(Centering ring) که نقش فاصله نگه‌دار را نیز دارد قرار گرفته است. ابعاد ارینگ‌ها در اتصالات استاندارد مقدار مشخصی است که در استانداردها یا توسط شرکت‌های سازنده ارائه شده است.

شکل 4- اتصال استاندارد ISO-KF

شکل 5- ابعاد ارینگ مربوط به دهانه‌های استاندارد(ارائه شده توسط شرکت Pfeiffer)

در نوع دیگری از آببند‌ها که معمولا در اتصال یک شکل استوانه‌ای با یک فلنج استفاده می‌شود آببند مخروطی است(شکل-6). در این نوع آببند برای اینکه ارینگ بخوبی فشرده شده و فضای مرده‌ای بوجود نیاید باید زاویه مخروط با فلنج 45 درجه بوده و A=1.32d باشد.

شکل 6- آببند مخروطی با ارینگ الاستومری

آببندی با ارینگ در رابط‌های حرکتی

یکی از کاربردهای ارینگ‌ها در رابطهای حرکتی است. این رابط‌ها وظیفه انتقال حرکت مکانیکی از خارج از محیط خلأ به داخل آنرا دارند. این رابطها ممکن است رفت و برگشتی، چرخشی و یا ترکیبی از هردو باشند. در برخی از انواع رابطهای حرکتی از ارینگ‌ها برای آببند کردن استفاده می‌شود. این نوع آببند را shaft seal می‌نامند. محاسبات مربوط به آببند رابط مکانیکی در شکل زیر نشان داده شده است.(d همان قطر مقطع ارینگ است)

شکل 7- محاسبات مربوط به آببند رابط مکانیکی

در این نوع آببند ابعاد خود ارینگ باید به گونه‌ای باشد که در حالت a قطر داخلی ارینگ برابر A و در حالت b قطر خارجی آن برابر B باشد. در برخی از این آببندها برای آببندی بهتر از دو ارینگ استفاده می‌شود. در برخی از کاربردها نیز از فاصله دهنده(مطابق شکل زیر شماره d) استفاده می‌شود.

شکل 8- انواع آببند رابط مکانیکی

انتخاب جنس مناسب برای ارینگهای الاستومری

انواع جنس‌های مختلف الاستومرهایی که در ارینگ‌های سیستم‌های خلأ مورد استفاده قرار می‌گیرند با ویژگی‌های هریک در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9- انواع الاستومرهای مورد استفاده در دستگاه‌های خلأ

نکات مهم در استفاده از ارینگ‌ها در آببندی اتصالات خلأ

انتخاب سایز مناسب ارینگ برای اتصالات از اهمیت بالایی برخوردار است. عدم انتخاب درست سبب ایجاد نشتی در اتصالات می‌شود.

پیش از استفاده از ارینگ‌ها حتما کیفیت سطح آن را بررسی کنید. سطح ارینگ باید عاری از هرگونه خراش، بریدگی و خرابی باشد.

استفاده از گریس خلأ بر روی ارینگ‌ها می‌تواند در افزایش عمر ارینگ و بهبود آببندی آن موثر باشد. میزان استفاده از گریس باید بسیار محدود و بصورت یک لایه نازک باشد.

در هنگام خارج کردن ارینگ از شیارهای ذوزنقه باید دقت کافی بعمل آید تا از آسیب دیدن ارینگ خودداری شود.

در آببند رابط مکانیکی توصیه می‌شود که از گریس بیشتری برروی ارینگ استفاده شود تا حرکت رابط روانتر گردد.

سطوحی که در اتصالات با ارینگ در تماس هستند باید دارای درجه مناسبی از صافی سطح باشند. در سطوحی که آببندی سطح با ارینگ انجام می‌گیرد صافی سطح دارای اهمیت بالاتری است. مقدار زبری این سطح باید با r.m.s کمتر از μm 63 باشد.( حدود N12 براساس ISO)

توصیه می‌شود در انتخاب جنس ارینگ دقت بعمل آید. ترجیحا در کاربردهای خلأ بالا از ارینگ‌های وایتونی استفاده شود. استفاده از ارینگ سیلیکونی محدود به کاربردهایی با محدوده دمایی بالا است.