Прокладка - Gasket

Эта статья о торцевых уплотнениях. Для использования в других целях см. Прокладка (значения).
Некоторые уплотнения и прокладки

А прокладка это механическая печать который заполняет пространство между двумя или более сопрягаемыми поверхностями, как правило, для предотвращения утечки из или внутрь соединенных объектов, когда они находятся под сжатие.

Прокладки позволяют создавать «неидеальные» сопрягаемые поверхности на деталях машин, где они могут заполнять неровности. Прокладки обычно изготавливают путем вырезания из листовых материалов.

Прокладки для специальных применений, таких как паровые системы высокого давления, могут содержать асбест. Однако из-за опасности для здоровья, связанной с воздействием асбеста, по возможности используются прокладочные материалы, не содержащие асбеста.[1]

Обычно желательно, чтобы прокладка была изготовлена ​​из материала, который до некоторой степени податлив, так что он способен деформироваться и плотно заполнять пространство, для которого она предназначена, включая любые незначительные неровности. Для некоторых типов прокладок требуется герметик наносить непосредственно на поверхность прокладки для правильного функционирования.

Некоторые (трубопроводные) прокладки полностью изготовлены из металла и опираются на посадочную поверхность для обеспечения герметичности; используются собственные пружинные характеристики металла (до, но не превышая σу, материалы предел текучести ). Это типично для некоторых «кольцевых соединений» (RTJ) или некоторых других систем металлических прокладок. Эти соединения известны как соединения компрессионного типа R-con и E-con.[2]

Прокладка из политетрафторэтилена (ПТФЭ)

Характеристики

Прокладка из сжатого волокна

Прокладки обычно изготавливаются из плоского материала, такого как лист. бумага, резинка, силикон, металл, пробка, чувствовал себя, неопрен, нитрильный каучук, стекловолокно, политетрафторэтилен (иначе известный как PTFE или тефлон) или пластик полимер (Такие как полихлортрифторэтилен ).

Одно из наиболее желательных свойств эффективной прокладки в промышленных применениях для сжатый Волокнистый прокладочный материал - это способность выдерживать высокие сжимающие нагрузки. Большинство промышленных прокладок включают: болты оказывая сжатие хорошо в 14 МПа (2000 psi ) диапазон или выше. Вообще говоря, есть несколько трюизмы которые позволяют улучшить работу прокладки. Один из наиболее опробованных и испытанных: «Чем больше сжимающая нагрузка действует на прокладку, тем дольше она прослужит».

Есть несколько способов измерить способность прокладочного материала выдерживать сжимающую нагрузку. "испытание на горячее сжатие ", вероятно, является наиболее приемлемым из этих испытаний. Большинство производителей прокладочных материалов предоставят или опубликуют результаты этих испытаний.

Дизайн прокладки

Прокладки бывают разных конструкций в зависимости от промышленного использования, бюджета, химического контакта и физических параметров:

Листовые прокладки

Прокладка, содержащая хризотиловый асбест. Демонтаж при перепланировке по немецкой TRGS 519

Когда лист материала имеет форму прокладки "выбитый «Это листовая прокладка. Это может привести к получению грубой, быстрой и дешевой прокладки. В прежние времена материалом был сжатый асбест, но в настоящее время используется волокнистый материал или матовый графит. Эти прокладки могут заполнять различные химические требования на основе инертность используемого материала. Прокладочный лист без асбеста прочен, изготовлен из различных материалов и имеет большую толщину. Примеры материалов: минеральный, углеродный или нитриловый синтетический каучук. Применение листовых прокладок связано с кислотами, агрессивными химикатами, паром или слабой щелочью. Гибкость и хорошее восстановление предотвращают поломку при установке листовой прокладки.[3]

Прокладки из твердого материала

Идея твердого материала заключается в использовании металлов, которые нельзя штамповать из листов, но которые все еще дешевы в производстве. Эти прокладки обычно имеют гораздо более высокий уровень контроля качества, чем листовые прокладки, и обычно могут выдерживать гораздо более высокие температуры и давления. Ключевым недостатком является то, что твердый металл необходимо сильно сжать, чтобы он стал заподлицо с фланец голову и предотвратить утечку. Выбор материала сложнее; поскольку в основном используются металлы, технологические загрязнения и окисление риски. Дополнительным недостатком является то, что используемый металл должен быть мягче, чем фланец, чтобы гарантировать, что фланец не деформируется и, таким образом, предотвратить уплотнение с будущими прокладками. Несмотря на это, эти прокладки нашли свою нишу в промышленности.

Спирально-навитые прокладки

Спирально-навитые прокладки состоят из смеси металла и присадочного материала.[4] Как правило, прокладка изготовлена ​​из металла (обычно с высоким содержанием углерода или нержавеющая сталь ), намотанный наружу по круговой спирали (возможны другие формы) с наполнителем (обычно гибкий графит), намотанным таким же образом, но начиная с противоположной стороны. Это приводит к чередованию слоев наполнителя и металла. Наполнитель в этих прокладках действует как уплотнительный элемент, а металл обеспечивает структурную опору.

Эти прокладки доказали свою надежность в большинстве приложений и допускают меньшее усилие зажима, чем сплошные прокладки, хотя и имеют более высокую стоимость.[1]

Прокладки постоянного напряжения

Прокладка с постоянным напряжением посадки состоит из двух компонентов; твердое несущее кольцо из подходящего материала, такого как нержавеющая сталь, и два уплотнительных элемента из некоторого сжимаемого материала, установленные внутри двух противоположных каналов, по одному каналу с каждой стороны несущего кольца. Уплотнительные элементы обычно изготавливаются из материала (расширенного графита, вспененного политетрафторэтилена (ПТФЭ), вермикулита и т. Д.), Подходящего для технологической жидкости и области применения.

Прокладки с постоянным напряжением посадки получили свое название от того факта, что профиль несущего кольца учитывает поворот фланца (прогиб под действием предварительного натяга болта). У всех других обычных прокладок, когда крепеж фланца затягивается, фланец отклоняется в радиальном направлении под нагрузкой, что приводит к наибольшему сжатию прокладки и максимальному напряжению прокладки на внешнем крае прокладки.

Поскольку несущее кольцо, используемое в прокладках с постоянным напряжением посадки, учитывает это отклонение при создании несущего кольца для заданного размера фланца, класса давления и материала, профиль несущего кольца может быть отрегулирован так, чтобы напряжение посадки прокладки было радиально равномерным по всей длине. всю площадь уплотнения. Кроме того, поскольку уплотнительные элементы полностью ограничены поверхностями фланцев в противоположных каналах на несущем кольце, любые сжимающие силы, действующие на прокладку в процессе эксплуатации, передаются через несущее кольцо и предотвращают любое дальнейшее сжатие уплотнительных элементов, таким образом поддерживая «постоянное» напряжение посадки прокладки во время эксплуатации. Таким образом, прокладка невосприимчива к обычным режимам отказа прокладки, которые включают релаксацию ползучести, сильную вибрацию системы или тепловые циклы системы.

Фундаментальная концепция, лежащая в основе улучшенной герметичности для прокладок с постоянным напряжением посадки, заключается в том, что (i) если уплотнительные поверхности фланца способны обеспечивать уплотнение, (ii) уплотнительные элементы совместимы с технологической жидкостью и областью применения, и (iii) достаточно При установке достигается напряжение посадки прокладки, необходимое для воздействия на уплотнение, тогда возможность утечки прокладки в процессе эксплуатации значительно снижается или вообще исключается.

Прокладки с двойной рубашкой

Прокладки с двойной оболочкой представляют собой еще одно сочетание наполнителя и металлических материалов. В данном случае трубка с концами, напоминающими букву «С», сделана из металла с дополнительной деталью, предназначенной для размещения внутри буквы «С», что делает трубку наиболее толстой в точках соединения. Между оболочкой и куском прокачивается наполнитель. При использовании сжатая прокладка имеет большее количество металла на двух концах, где происходит контакт (из-за взаимодействия корпуса и детали), и эти два места несут бремя герметизации процесса. Поскольку все, что требуется, - это оболочка и деталь, эти прокладки могут быть изготовлены практически из любого материала, из которого можно изготовить лист, а затем можно вставить наполнитель.[5]

Кампрофильные прокладки

Прокладки Kammprofile (иногда пишется Camprofile[6]) используются во многих старых уплотнениях, поскольку они обладают гибкостью и надежностью. Кампрофили работают за счет твердого гофрированного сердечника с гибким покровным слоем. Такое расположение обеспечивает очень сильное сжатие и чрезвычайно плотное уплотнение по гребням прокладки. Так как обычно выходит из строя графит, а не металлический сердечник, Kammprofile может быть отремонтирован во время простоя в дальнейшем. Kammprofile требует больших капитальных затрат для большинства приложений, но им противостоит долгий срок службы и повышенная надежность.

Прокладки Fishbone

Прокладки Fishbone являются прямой заменой прокладок Kammprofile и Spiralwound. Они полностью изготовлены на станках с ЧПУ из аналогичных материалов, но конструкция прокладок устранила присущие им недостатки. Прокладки Fishbone не раскручиваются при хранении или на заводе. Закругленные края не вызывают повреждения фланца. Добавленный «стоп-шаг» предотвращает чрезмерное сжатие / раздавливание прокладок Fishbone, что часто бывает вызвано горячим крутящим моментом при запуске установки. Косточки прокладки остаются пластичными и приспосабливаются к термоциклированию и скачкам давления в системе, в результате получается прочное и надежное фланцевое уплотнение, которое значительно превосходит все другие прокладки такого типа.

Прокладка фланца

Медные фланцевые прокладки для систем сверхвысокого вакуума

А фланцевая прокладка это тип прокладки, предназначенный для установки между двумя секциями трубка которые расширяются, чтобы обеспечить большую площадь поверхности.

Фланцевые прокладки бывают разных размеров и классифицируются по внутреннему и внешнему диаметрам.

На прокладки для фланцев труб существует множество стандартов. Прокладки для фланцев можно разделить на 4 основные категории:

  1. Листовые прокладки
  2. Прокладки из гофрированного металла
  3. Кольцевые прокладки
  4. Прокладки спирально-навитые

Листовые прокладки просты, они обрезаны по размеру либо с болт отверстия или без отверстий для стандартных размеров с различной толщиной и материалом, подходящим для среды и температурного давления трубопровода.

Кольцевые прокладки также известный как RTJ. В основном они используются в морской нефтегазовой отрасли. трубопроводы и предназначены для работы под очень высоким давлением. Они представляют собой сплошные металлические кольца различного поперечного сечения, такие как овальные, круглые, восьмиугольные и т. Д. Иногда они имеют отверстие в центре для давления.

Прокладки спирально-навитые также используются в трубопроводах высокого давления и изготавливаются из нержавеющая сталь внешнее и внутреннее кольца и центр, заполненный спирально намотанной лентой из нержавеющей стали, намотанной вместе с графит и PTFE, сформированный в форме буквы V. Внутреннее давление действует на поверхности V, заставляя прокладку плотно прилегать к поверхностям фланца. Для большинства спирально-навитых прокладок используются прокладки двух стандартных толщин: 1/8 дюйма и 3/16 дюйма. Для прокладок толщиной 1/8 дюйма рекомендуется сжатие до толщины 0,100 дюйма. Для 3/16 дюйма сожмите до толщины 0,13 дюйма.[7]

Мягкая прокладка

Мягкая прокладка - это термин, обозначающий прокладку, которая может легко сжиматься, даже если нагрузка на болт невелика. Мягкие прокладки используются в таких устройствах, как теплообменники, компрессоры, прокладки клапанов крышки и фланцы труб.

Прокладка кольцевого типа (прокладка RTJ)

Кольцевое уплотнение (RTJ Seal) - это герметичное уплотнение для высоких температур и высокого давления, предназначенное для применения в нефтяной промышленности, бурении нефтяных месторождений, соединениях сосудов высокого давления, трубах, клапанах и многом другом.

Движение кольцевой набивки (RTJ) можно описать как неравномерное течение в канавке деформированного уплотнительного фланца из-за осевой сжимающей нагрузки. Цветное уплотнение (уплотнение RTJ) имеет небольшую площадь нагрузки, что приводит к большому поверхностному давлению между уплотняемой поверхностью и канавкой, эксплуатационные свойства плохие и не подходят для повторного использования.

Улучшения

Многие прокладки содержат незначительные улучшения для улучшения или определения приемлемых условий эксплуатации:

  • Обычным усовершенствованием является внутреннее компрессионное кольцо. Компрессионное кольцо обеспечивает более высокое сжатие фланца, предотвращая при этом повреждение прокладки. Воздействие компрессионного кольца минимально и обычно используется только тогда, когда стандартная конструкция имеет высокий уровень отказов.
  • Обычное улучшение - это внешнее направляющее кольцо. Направляющее кольцо облегчает установку и служит незначительным ингибитором сжатия. В некоторых случаях применения алкилирования они могут быть изменены на прокладках с двойной рубашкой, чтобы показать, когда первое уплотнение вышло из строя через внутреннюю систему футеровки, соединенную с краской для алкилирования.

Причины неудач

Неравномерно распределенное усилие прижима

Неравномерное давление может быть вызвано множеством факторов. Во-первых, это человеческий фактор: несимметричное приложение предварительного натяга болта может вызвать неравномерное давление. Теоретически, когда фланцы прижаты, уплотняющие поверхности абсолютно параллельны, однако на практике осевая линия трубопровода не может быть абсолютно концентрической, и затягивание болтов на момент фланца делает фланец разрывом. При асимметричных соединениях поверхности уплотнения будут более или менее деформированы, а давление уменьшится, рабочая нагрузка будет подвержена утечкам. В-третьих, плотность расположения болтов оказывает очевидное влияние на распределение давления: чем ближе болты, тем более равномерное давление.

Снижение напряжения и потеря крутящего момента

Затяните болты на фланце. Из-за вибрации, изменений температуры и других факторов, таких как ослабление напряжений спирально намотанной прокладки, натяжение болта будет постепенно уменьшаться, что приводит к потере крутящего момента, вызывая утечку. Как правило, более длинные болты и болты меньшего диаметра лучше предотвращают потерю крутящего момента. Длинный тонкий болт - эффективный способ предотвратить потерю крутящего момента. Нагрев в течение определенного периода времени для растяжения болта с последующим поддержанием заданного крутящего момента очень эффективен для предотвращения потери крутящего момента. Когда прокладка тоньше и меньше, потеря крутящего момента будет больше. Кроме того, предотвратите сильную вибрацию машины и самой трубы и изолируйте их от вибрации соседнего оборудования. Удары по уплотнительной поверхности не бессмысленны. Если не повредить затянутые болты, можно предотвратить потерю крутящего момента.

Поверхность не гладкая

Важно правильно выполнить герметизацию, иначе это вызовет утечку. Слишком гладкая поверхность может позволить материалу прокладки вылететь под давлением. Плоская поверхность, не подвергнутая механической обработке, может создавать пути утечки. Хорошее практическое правило - обработанная поверхность до 32RMS. Это гарантирует, что поверхность будет ровной, но с достаточной обработкой поверхности, чтобы врезаться в прокладку при сжатии.

Прокладка армированная металлом

Прокладки с металлическим сердечником покрывают обе стороны сердечника гибким, податливым герметиком. Существуют армированные металлические уплотнения с классом давления до 300. Прочный металлический сердечник предотвращает герметизацию, а мягкий сердечник обеспечивает исключительную герметичность.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Прокладки и герметичные соединения ", Джон Бикфорд, проверено 21 апреля 2016 г.
  2. ^ oceaneering.com
  3. ^ "Серия материалов в центре внимания: сжатый лист ", GRI, дата обращения 21 апреля 2016 г.
  4. ^ "Спирально-навитые прокладки ", GRI, дата обращения 21 апреля 2016 г.
  5. ^ «[asmedigitalcollection.asme.org Возвращаясь к выбору прокладки: блок-схема - обновления к 25-летию]», Анита Баусман и А. Фицджеральд Уотерленд, последнее посещение - 21 апреля 2016 г.
  6. ^ https://www.mercergasket.com/kammprofile_gaskets.htm
  7. ^ «Как правильно выбрать полуметаллическую прокладку». Гидравлические уплотнения Gallagher.

Источники

  • Бикфорд, Джон Х .: Введение в устройство и поведение Болтовые соединения, 3-е изд., Марсель Деккер, 1995, стр. 5
  • Латте, доктор Хорхе и Росси, Клаудио: Поведение прокладок из сжатого волокна при высоких температурах и альтернативный подход к прогнозированию срока службы прокладок, FSA представила документ, 1995 г., стр. 16