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

ในการติดตั้งโอริงที่ใช้งานแบบต่าง ๆ ตามที่กล่าวมาแล้วนั้นมีความแตกต่างกันในรายละเอียดและค่าต่าง ๆ ที่ใช้ในการติดตั้ง ทั้งนี้เพื่อให้ใช้งานให้ได้ดีที่สุด ณ จุดที่ติดตั้งจุดนั้น ซึ่งในรายละเอียดที่จะนำเสนอต่อไปนี้จะเป็นแนวทางให้เราได้พิจารณาเวลาที่เลือกโอริงมาใช้งานหรือในการออกแบบเครื่องจักรที่ต้องใช้โอริงเป็นส่วนประกอบ

การติดตั้งโอริงของชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ (Male Seal) เช่นโอริงที่ติดตั้งอยู่กับลูกสูบของกระบอกลมหรือกระบอกไฮดรอลิกดังรูปที่ 14 สำหรับการติดตั้งแบบนี้ IDของโอริงจะต้องเล็กกว่า ID ของร่องโอริงเล็กน้อยเพื่อให้หลังจากที่ติดตั้งลงไปแล้วตัวโอริงจะต้องรัดกับร่องโอริง

รูปที่14 โอริงและร่องโอริงในการติดตั้งแบบ Male Seal

เพราะเวลาที่ลูกสูบเคลื่อนไปมานั้นที่ตัวโอริงจะต้องติดแน่นและเคลื่อนที่ไปพร้อม ๆ กับตัวลูกสูบ ส่วนอัตราส่วนระหว่าง ID ของร่องโอริงกับ IDของโอริงหรือค่าความแน่น สามารถคำนวณได้ดังนี้

ค่าที่ยอมได้ อยู่ระหว่าง 0%~5% โดยที่ ที่ 0% ID ของโอริงจะเท่ากับ ID ของร่องโอริงพอดี ไปจนถึงที่ 5% ID ของโอริงเล็กกว่า ID ของร่องโอริงเล็กน้อยเพื่อให้ตัวโอริงรัดแน่นอยู่กับร่องโอริง

ดังนั้นการเลือกใช้โอริงสำหรับชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ของร่องโอริงที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (ID) 35 mm นั้น เส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (ID) ของโอริงที่ใช้จะต้องมีขนาดตั้งแต่ 33.25–35 mm

เช่นการติดตั้งโอริงกับส่วนของกระบอกสูบเพื่อเป็นซีลระหว่างกระบอกสูบกับก้านสูบ (Rod) โดยการติดตั้งแบบนี้ตัวโอริงจะถูกติดตั้งอยู่ในส่วนที่เป็นกระบอกสูบดังรูปที่ 14 เส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก (OD) ของโอริงจะต้องมีขนาดโตกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก (OD) ของร่องโอริงเล็กน้อยเพื่อจะให้โอริงยึดติดแน่นกับส่วนที่เป็นกระบอกสูบได้ดีในตอนที่ประกอบและใช้งาน เพราะว่าเวลาที่ใช้งานตัวโอริงจะต้องติดอยู่กับส่วนที่เป็นกระบอกสูบ อัตราส่วนระหว่าง OD ของโอริงกับ OD ของกระบอกสูบหรือค่าความแน่นสามารถคำนวณได้ดังนี้

ค่าที่ยอมรับได้อยู่ระหว่างเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอกของโอริงโตกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอกของร่องโอริง 0%~2% หรือ OD ของโอริงจะเท่ากับ OD ของร่องโอริงพอดีจนถึงอัดแน่นเล็กน้อย

ตัวอย่างที่ 2 ในการติดตั้งโอริงกับร่องโอริงของเรือนกระบอกที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอกของร่องโอริง 38 mmจะต้องใช้โอริงที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอกเท่าใด ?  

รูปที่ 15 โอริงและร่องโอริงในการติดตั้งแบบ Female Seal

การรับแรงดันจากภายนอก (External Pressure) และแรงดันที่เป็นสุญญากาศ (Vacuum) ดังรูปที่ 16 สำหรับการติดตั้งแบบนี้ขนาด ID ของโอริงจะต้องเล็กกว่า ID ของร่องโอริง (Gland ID) เพราะว่าเมื่อโอริงได้รับแรงดันจากภายนอกโอริงจะสามารถทำหน้าที่ซีลได้ทันทีโดยไม่ต้องเคลื่อนที่เพราะโอริงจะรัดติดอยู่กับด้านในของร่องโอริงอยู่แล้ว การที่โอริงไม่ต้องเคลื่อนที่เมื่อได้รับแรงดันจะทำให้อายุการใช้งานของโอริงยาวนานและสามารถทำหน้าซีลได้ดีมากยิ่งขึ้น

รูปที่ 16 การรับแรงดันแบบ External Pressureหรือแรงดันสุญญากาศ (Vacuum Pressure)

ค่าความแน่นของการติดตั้งโอริงแบบรับแรงดันภายนอก (External Pressure) =   เหมือนสมการที่ 1 ค่าที่ยอมได้คือ 0%~5% หรือ ID ของโอริงจะเท่ากับ OD ของร่องโอริงพอดี จนถึงแน่นเล็กน้อย

ตัวอย่างที่ 3 จากรูปที่16 ถ้าร่องโอริงมีเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (ID) 25 mm ขนาดของโอริงที่สามารถใช้ได้ก็คือ คิดที่ค่าที่ยอมให้ได้ 0% คือโอริงต้องมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน 25 mm และคิดที่ค่าที่ยอมให้ได้มากที่สุดคือ 5% หรือขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (ID) ของโอริงเล็กกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางภายในของร่องโอริง 5% คือ ID โอริงเท่ากับ 23.75 mm    

การรับแรงดันจากภายใน (Internal Pressure) ดังรูปที่ 17 ขนาด OD ของโอริงจะต้องโตกว่าขนาด OD ของร่องโอริง (Gland OD)ในแนวรัศมีเพราะว่าเมื่อได้รับแรงดันที่มาจากภายในแรงดันก็จะดันโอริงให้ไปติดอยู่กับขอบด้านนอกของร่องโอริงและโอริงจะสามารถทำหน้าที่เป็นซีลกันรั่วได้ทันทีเพราะว่าขอบด้านนอกของโอริงจะสัมผัสกับขอบด้านนอกของร่องโอริงอยู่แล้ว 

รูปที่ 17 การรับแรงดันแบบ Internal Pressure

ค่าความแน่นของการติดตั้งโอริงแบบรับแรงดันภายใน (Internal Pressure) เหมือนกับสมการที่ 2  คือค่าที่ยอมรับได้อยู่ระหว่าง 0 %~2 % หรือ OD ของโอริงจะเท่ากับ OD ของร่องโอริงพอดีจนถึงอัดแน่นเล็กน้อย

ตัวอย่างที่ 4 ร่องโอริงที่รับแรงดันภายในตามรูปที่16มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก 25 mm ขนาดของโอริงที่สามารถใช้ได้คือ คิดที่ 0% ขนาด OD ของโอริงเท่ากับ 25 mm และค่าที่ยอมให้ได้2%คือ25.5 mm จากสมการที่ (2)   = 2% ขนาดของโอริงที่สามารถใช้ได้ที่สภาวะดังกล่าวคือโอริงที่มีขนาด OD 25 mm~25.5 mm

รูปที่ 18 การติดตั้งโอริงให้รับแรงดันแบบ Internal Pressure

รูปที่ 19 การติดตั้งโอริงให้รับแรงดันแบบ External Pressure และแรงสุญญากาศ (Vacuum)

คือความแตกต่างระหว่างขนาดความหนาเดิมหรือเส้นผ่าศูนย์กลางของเส้นโอริง (W) ตอนที่ยังไม่ได้รับแรงอัด หรือยังไม่ได้ใช้งานกับความสูงของร่องโอริง (ความหนาของโอริง–ความสูงของร่องโอริง) ส่วนมากในการใช้งานโอริงโดยปกติแล้วขนาดความหนาของโอริงจะต้องมากกว่าความสูงของร่องโอริงอย่างน้อย 0.1 mm

หมายถึงอัตราส่วนระหว่าง ความหนาของโอริง (W) กับความสูง (H) ของร่องโอริงดังรูปที่ 20 เมื่อเราประกอบโอริงเข้ากับร่องของโอริงเรียบร้อยแล้วทำการขันแน่น ถ้าขนาดความหนาของโอริงมากกว่าความสูงของร่องโอริงมากเวลาที่เราขันอัดจนแน่นโอริงก็จะยุบตัวให้มีขนาดพอดีกับร่องโอริง ดังนั้นถ้าโอริงโตกว่าร่องมากเวลาที่ติดตั้งแล้วอัตราการอัดตัวของโอริงก็มากขึ้นตามไปด้วย  

รูปที่ 20(ก) อัตราส่วนการอัดตัว

รูปที่ 20(ข) แสดงค่าการบีบอัดของโอริง

รูปที่ 20(ค) ความหนาของโอริงกับความสูงของร่องโอริง

ทั้งนี้และทั้งนั้นอัตราส่วนการอัดที่ต้องการจะมากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันที่ใช้งานโอริง ในกรณีที่แรงดันมากและโอริงมีขนาดใหญ่ค่าอัตราส่วนการอัดตัวก็มาก และถ้าโอริงมีขนาดความหนาน้อยและใช้กับแรงดันน้อย อัตราส่วนการอัดตัวก็น้อยตามไปด้วย อัตราส่วนการอัดตัวนี้แนะนำให้ใช้กับโอริงที่ใช้งานกับชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ (Static O-ring)     

โดยค่าที่ยอมรับได้จะอยู่ที่ประมาณ 8 %~30 %การอัดตัว สำหรับโอริงที่ใช้กับชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ (Dynamic O-ring) ค่าที่ใช้จะลดลงประมาณครึ่งหนึ่งของ Static O–Ring คือประมาณ 2%~15% เพราะว่าถ้าอัตราส่วนในการอัดตัวมากเวลาที่เคลื่อนที่จะมีแรงเสียดทานมาก

ตัวอย่างที่ 5 โอริงขนาด ความหนา 1.8 0.08 mm ติดตั้งอยู่กับร่องโอริงที่มีความสูง 1.48 0.1 mm ถ้าเราใช้สมการข้างต้นหาค่าอัตราส่วนการอัดตัวโดยคิดที่ขนาดปกติของโอริงค่าที่ได้จะเท่ากับ 

คืออัตราส่วนของพื้นที่หน้าตัดของโอริงเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นที่ของร่องโอริงโดยทั่วไปแล้วค่าที่ยอมรับได้จะอยู่ระหว่าง 75 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์

รูปที่ 21 แสดงพื้นที่ของโอริงกับพื้นที่ของร่องโอริง

คือระยะระหว่างกระบอกสูบและลูกสูบหรือ ก้านสูบกับปลอกก้านสูบในการซีลแบบแนวรัศมี (Radial Seal) เช่นการซีลของลูกสูบและกระบอกสูบเพื่อให้ลูกสูบและก้านสูบสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างสะดวก และส่วนที่โผล่ออกมาของโอริงสามารถทำหน้าที่ซีลกันรั่วและรองรับกับแรงดันในระบบได้อย่างเต็มประสิทธิภาพและให้โอริงเป็นส่วนที่สึกหรอแทนที่จะเป็นในส่วนของกระบอกสูบ ลูกสูบ หรือก้านสูบ 

รูปที่ 22 Extrusion Gab

ตารางที่ 2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าแรงดันต่าง ๆ กับระยะโผล่ของโอริง (Extrusion Gab)

ขนาดของโอริงที่มีนั้นมีอยู่หลายมาตรฐาน ซึ่งแล้วแต่ว่าผู้ที่ผลิตและจัดจำหน่ายจะอ้างอิงตามมาตรฐานใด เช่น มาตรฐาน AS568 A ของอเมริกา มาตรฐาน JIS2401 ของญี่ปุ่น มาตรฐาน DIN ของเยอรมัน มาตรฐาน BS1806 และ BS4518 ของอังกฤษ สำหรับในกรณีที่เราต้องเปลี่ยนโอริงที่ชำรุดเสียหายให้เราดูอย่างแรกว่าเครื่องจักรเป็นเครื่องที่ทำมาจากประเทศไหน 

ส่วนมากก็จะใช้ มาตรฐานจากประเทศที่สร้างและออกแบบเครื่องจักร เช่นเครื่องจักรที่มาจากประเทศญี่ปุ่นก็จะใช้มาตรฐานโอริงของญี่ปุ่น ดังตารางที่ 3 แสดงรายละเอียดขนาดของโอริงตามมาตรฐาน JIS2401 ของญี่ปุ่น

ตารางที่ 3 แสดงรายละเอียดขนาดของโอริงตามมาตรฐาน  JIS2401 ของญี่ปุ่น

สำหรับรายละเอียดของโอริงตามมาตรฐาน JIS2401 นั้นจะแบ่งเป็น JIS2401P, JIS2401G และ JIS2401V ซึ่งตัว P ซึ่งอยู่ข้างหน้าขนาดโอริงนั้น เป็นตัวบอกว่าเป็นโอริงที่ใช้สำหรับส่วนที่เคลื่อนที่ (For Moving หรือ Packing) สำหรับตัว G เป็นตัวที่เป็นโอริงที่ใช้กับชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ (For Fixing หรือ Gasket) และตัว V ใช้สำหรับงานที่เป็นซีลกันรั่วในแรงดันที่เป็นสุญญากาศ (For Vacuum Flange)

จากรายละเอียดที่นำเสนอในข้างต้นคงจะทำให้ผู้อ่านมีความเข้าใจเกี่ยวกับรายละเอียด เกี่ยวกับรายละเอียดของโอริงบ้างไม่มากก็น้อย ทั้งรายละเอียดเกี่ยวกับชนิด การเลือกใช้ และรายละเอียดในการเลือกโอริงเพื่อที่จะติดตั้งอย่างถูกต้องเพื่อประโยชน์ในการใช้โอริงที่เป็นส่วนประกอบในเครื่องจักรของท่าน 

ส่วนในข้อสงสัยอย่างอื่นที่ผู้อ่านยังไม่เข้าใจผู้เขียนใคร่จะขอแนะนำให้ท่านขอคำปรึกษาจากผู้จำหน่ายโอริงที่ท่านรู้จัก ซึ่งเชื่อแน่ว่าคงจะได้รับคำแนะนำจากเขาเหล่านั้นเป็นอย่างดี