O-ring da série em aplicação a vácuo

Eu estou trabalhando com um equipamento que tem uma câmara selada a vácuo. A parede externa (anel) da câmara é mostrada na imagem abaixo. Este anel é aparafusado a uma placa inferior e uma placa superior é levantada e abaixada usando pneumática. Quando a câmara é selada, a pressão diferencial entre o interior e o exterior é nominalmente mantida em 10 psid. O sistema também possui um medidor de vazão laminar e, uma vez que o vácuo é puxado e a câmara é, na maior parte, isolada, podemos ler cerca de 1,5 cc / min de vazão (vazamento) na câmara. As leituras máximas de fluxo para todos os outros componentes do sistema que não o selo da câmara estão abaixo de 0.0.03 cc / min, por isso estou convencido de que o problema está na vedação da câmara.

Na imagem pode ser visto uma glândula para um o-ring. Este é um projeto existente, não de nossa autoria, portanto apenas alterações mínimas no projeto podem ser permitidas. Nós estaremos olhando para o nivelamento e terminar na placa superior, mas sempre houve alguma variabilidade no vazamento de ciclo para ciclo.

Então, esta é a minha pergunta ... Qual é a probabilidade de que adicionar um segundo anel em série com o primeiro, com uma folga mínima entre eles, possa reduzir a taxa total de vazamento da câmara?

Simplesmente adicionar outro o-ring em série não irá melhorar muito a taxa de vazamento. Isso ocorre porque a taxa de vazamento do o-ring interno impedirá que o espaço interno (entre os dois o-rings) seja levado a qualquer nível de vácuo razoável, de forma que o diferencial de pressão permanecerá o mesmo no o-ring interno.

No entanto, se você puder usar uma bomba separada para bombear a cavidade entre os dois anéis, então você reduzirá bastante a taxa de vazamento efetiva na câmara principal. A bomba separada deve ser capaz de manter um bom vácuo no espaço entre os o-rings para que isso funcione.

Outra solução, talvez mais rápida, pode ser a utilização de graxa a vácuo para criar uma vedação melhor com o o-ring único. Para citar uma nota técnica de Kurt J. Lesker

O debate sobre lubrificação de o-rings está em andamento. Normalmente, o mesmo nível de vácuo pode ser alcançado com ou sem graxa. No entanto, quando não estiver usando graxa, o anel de vedação deve estar livre de poeira e fibras, e as superfícies de metal que tocam o anel de vedação devem ter um acabamento de pelo menos 32 rms. A graxa permite a vedação em condições menos primitivas.

Estou assumindo que a peça com a ranhura e as peças de acoplamento são de metal ou um plástico moldado denso. Se isso fosse uma peça impressa em 3D, eu também ficaria preocupado com a porosidade das peças.

Um segundo O-ring não fará muito por você honestamente. Se a sua taxa de vazamento é tão alta, eu questionaria o projeto da seleção da ranhura do O-ring e O-ring. O O-ring sente orgulho da ranhura quando instalado? Se assim for, por quanto? Quanto alongamento está no O-ring quando instalado? Qual é a relação entre a seção transversal da ranhura e a seção transversal nominal do O-ring quando instalada?

Um erro comum é projetar uma tal ranhura com base na seção transversal nominal do O-ring e não levar em conta o fato de que isso encolhe quando o O-ring se estende.

As superfícies de contato devem ser relativamente planas, a fim de controlar a folga. se houver uma folga excessiva e o material do O-ring for muito mole, a pressão pode empurrar o material do O-ring para dentro da folga e causar vazamentos. O melhor recurso que encontrei para projetar este tipo de interface de vedação estática é o Manual do O-Ring da Parker

Eu também gostaria de perguntar; Por que usar um anel de vedação? Por que não uma junta plana? Ou até mesmo uma substituição de junta líquida, como Loctite 510 ou uma das centenas de outros selantes?