Защитные кольца из фторопласта: когда нужны и как подобрать

В гидроцилиндре, гидроаппаратуре и арматуре резиновое кольцо круглого сечения держит давление, пока ему есть на что опереться у края щели. Защитное кольцо и есть эта опора: тонкое плоское кольцо из фторопласта, которое лежит в той же канавке и закрывает собой радиальный зазор. Параметров у него немного: внутренний и наружный диаметры под шток или цилиндр и толщина, которая забирает часть ширины канавки. Защитное кольцо входит в число фторопластовых колец на заказ, поэтому его подбор опирается на те же размеры канавки и марку фторопласта.

ГОСТ 23825-79 задаёт размеры колец под стандартные канавки

Стандарт называется «Кольца защитные для уплотнительных устройств радиальных неподвижных и подвижных соединений. Конструкция и размеры» и введён с 1981 года. По пункту 1 кольца служат для защиты уплотнительных колец от выдавливания в уплотняемый зазор под воздействием избыточного давления и ставятся в канавки по ГОСТ 23822-79 и ГОСТ 23823-79 (текст ГОСТ 23825-79). Монтаж выполняют по ГОСТ 9833-73, то есть защитное кольцо работает в паре со стандартным резиновым кольцом круглого сечения.

Материал по стандарту фторопласт-4 из порошка 1-го и 2-го сортов по ГОСТ 10007, изготовление точением и вырубкой. В технических требованиях записаны радиальное биение и отклонение торца от перпендикулярности не более 0,1 мм, изменение толщины краёв при обработке не более 0,1 мм и притупление острых кромок радиусом не более 0,2 мм. Условное обозначение составляют из диаметров: кольцо 7,2 × 10 мм пишут «Кольцо защитное 72-100 ГОСТ 23825-79».

Защитное кольцо всегда стоит со стороны зазора

Резину выдавливает туда, куда давит среда, поэтому защитное кольцо ставят с противоположной давлению стороны, вплотную к зазору. При одностороннем давлении нужно одно кольцо, при двустороннем, как на поршне цилиндра двойного действия, два: по одному с каждой стороны резинового.

Кольцо, поставленное со стороны давления, ничего не защищает и только занимает место в канавке. Если направление давления неизвестно или меняется при работе узла, безопаснее ставить два кольца и считать канавку под них. После выдавливания уплотнительного кольца в зазор на кромке остаются характерные следы.

На схеме шесть типовых случаев. Давление с одной стороны: одно кольцо со стороны зазора. Давление с двух сторон: два кольца по обе стороны резинового. Пульсации и гидроудары: кольца ставят даже при умеренном среднем давлении. Зазор вырос после износа: кольцо как временная мера до ремонта направляющих. Горячая система: кольца при меньшем давлении, материал по температуре. Канавка узкая: сначала расширение канавки, без него кольцо не ставят.

Поводов для защитного кольца четыре

Первый повод высокое давление. Границы, при которых без защитного кольца обойтись нельзя, зависят от вида соединения, посадки и твёрдости резины; их приводят ГОСТ 9833-73 и каталоги изготовителей уплотнений в виде графиков «давление и зазор». Конкретное значение для вашего узла берут оттуда, а не из общей таблицы.

Второй повод пульсации. Гидромолоты, прессы, поршневые насосы дают пики выше среднего давления, и резина ходит в канавке на каждом цикле. Кольцо, которое при постоянном давлении работало бы годами, при пульсациях теряет край за недели.

Третий повод зазор, выросший от износа. Изношенная направляющая втулка даёт штоку радиальный люфт, и щель с одной стороны становится в несколько раз шире расчётной. Защитное кольцо здесь продлевает работу до ремонта, но выработку направляющих не лечит.

Четвёртый повод нагрев. С температурой резина размягчается и затекает в щель при меньшем давлении, а зазор меняется от теплового расширения деталей.

Канавку под защитное кольцо делают шире

Защитное кольцо занимает место в канавке, и, если вложить его в канавку под одно резиновое кольцо, резина окажется пережатой по ширине. Пережатое кольцо греется, теряет упругость и разрушается так же быстро, как выдавленное. Поэтому ширину канавки увеличивают на толщину одного или двух защитных колец, а глубину оставляют прежней.

Пример: резиновое кольцо сечением 3,6 мм стоит в канавке, ширина которой подобрана только под него. Защитное кольцо условной толщины 1,4 мм в такую канавку не помещается без пережатия, и для одного кольца канавку расширяют примерно на 1,4 мм, для двух на 2,8 мм. Точную ширину считают по ГОСТ 23822-79 или 23823-79 для конкретного диаметра; общий порядок расчёта посадочного места дан в материале про канавку под уплотнительное кольцо.

Материал выбирают по давлению и температуре

У ненаполненного Ф-4 под постоянной нагрузкой развивается ползучесть: тонкое кольцо за месяцы утоняется у кромки щели и само начинает пропускать резину. Для пиковых давлений поэтому берут композиции с коксом, стекловолокном или бронзой, а их отличия задаёт марка наполненного фторопласта. Полиамид в горячей гидравлике набирает влагу и мягчеет, поэтому выше умеренных температур его меняют на PEEK.

Цельное кольцо надёжнее, разрезное проще поставить

На крышке цилиндра канавка открыта к штоку, и цельное защитное кольцо вкладывают в неё, слегка сложив овалом. На поршне канавка наружная, кольцо приходится растягивать через бурт, а фторопласт после растяжения возвращает размер медленно. Для поршня поэтому чаще берут кольцо с косым резом или спиральное в два витка, а место реза зачищают: заусенец на стыке надрезает резиновое кольцо на первом же пике давления.

Профилированное кольцо с вогнутой стороной, повторяющей сечение резинового, поддерживает его лучше плоского и меньше деформирует на высоком давлении. Его делают точением по чертежу канавки, а не по ГОСТ 23825-79, где кольцо плоское.

Карточка комплекта избавляет от ошибок при повторе

Защитное кольцо почти никогда не заказывают отдельно: оно работает в паре с резиновым, и при повторе легко заказать одно без другого. Поэтому на узел заводят карточку комплекта, а не отдельной детали.

С такой карточкой повтор делается по одному артикулу: комплект резинового и защитного колец приходит вместе, и монтажник видит, с какой стороны ставить. Запись о виде снятых колец показывает, работает ли защита: если край снова срезан, растёт зазор или давление выше записанного.

Из какого фторопласта делают защитные кольца по ГОСТ 23825-79?

Защитные кольца по ГОСТ 23825-79 делают из фторопласта-4, заготовку для которого получают из порошка 1-го и 2-го сортов по ГОСТ 10007. Кольца изготавливают точением или вырубкой, радиальное биение и неперпендикулярность торца допускаются не более 0,1 мм, острые кромки притупляют радиусом не более 0,2 мм. Наполненные марки фторопласта, полиамид и PEEK в стандарт не входят и заказываются по чертежу.

Когда защитное кольцо не поможет?

Защитное кольцо помогает только на время, если зазор вырос из-за изношенных направляющих втулок и шток ходит с люфтом: щель с одной стороны становится шире расчётной, и со временем фторопласт выдавливается вместе с резиной. Не помогает оно и в канавке без запаса по ширине. В таких случаях сначала восстанавливают направляющие или канавку, а защитное кольцо ставят уже в отремонтированный узел.

Для изготовления хватит размеров канавки и давления

Защитные кольца точат из втулок фторопласта, полиамида или PEEK по размерам канавки, без оснастки; серию тонких колец можно вырубать. Для расчёта присылают обозначение по ГОСТ 23825-79 или размеры канавки, сечение резинового кольца, рабочее и пиковое давление, температуру и направление давления. Резиновые уплотнительные кольца под тот же узел удобнее заказать вместе с защитными, а детали из фторопласта другого профиля, например опорные кольца манжет, считают по чертежу.

Без чертежа ширину канавки и толщину защитного кольца восстанавливают по крышке или поршню: канавку меряют штангенциркулем и глубиномером, а по снятому резиновому кольцу видно, с какой стороны был зазор. Эту сторону отмечают в карточке комплекта, чтобы при следующей сборке кольцо не оказалось со стороны давления.