Свойства материала прокладок

В соединениях труб и арматуры для обеспечения герметичности применяются уплотнительные устройства (уплотнительные прокладки), которые классифицируются по степени герметичности и характеру действия: абсолютно герметичные соединения; неподвижные (фланцевые, штуцерные и пр.); подвижные (уплотнения шпинделей, поршней и пр.); устройства периодического действия, или узлы затворов (уплотнения тарелки и седла арматуры). Герметичность неподвижных соединений труб достигается за счет размещения между уплотняемыми деталями мягкого эластичного элемента (прокладки).

Материал прокладок должен обладать следующими свойствами:

• герметичностью соединения при незначительных усилиях обжатия;
• способностью сохранять свои упругие свойства при искривлении уплотнительных поверхностей;
• достаточной упругостью для восприятия внутреннего давления и температурных удлинений трубопровода, во избежание повреждения уплотняемых поверхностей;
• устойчивостью против разъедающего действия среды, протекающей через трубопровод;
• стойкостью при изменении температуры;
• способностью сохранять как можно дольше в процессе эксплуатации уплотнительные свойства.

Для уплотнения соединяемых между собой при монтаже труб и арматуры применяют прокладки из различных материалов, представляющие собой кольца, изготовленные из мягких материалов или металла. При монтаже трубопроводов их устанавливают между фланцами, а в штуцерных соединениях - между ниипелем и штуцером.

Обычно в судовых соединениях трубопроводов применяют прокладки из паронита, клингерита, резины, картона, асбеста, меди, фибры, пластмассы и других материалов. Для трубопроводов пара высокого давления могут применяться стальные прокладки особой конструкции. Выбор формы и материала прокладки обусловливается родом рабочей среды и ее параметрами, удельным усилием обжатия, удельным давлением на нее в период эксплуатации, ползучестью материала прокладки и фланцев. Например, для забортной воды применяются резина и ткани, пропитанные суриком; для пресной воды - паронит, асбест; для нефти, мазута, масел - прессшпан; для бензинов, керосина - картон, облицованный медной фольгой; для рассола - резина; для водяного пара - паронит, отожженная медь; для сжатого воздуха - мягкая сталь, паронит, отожженная медь; для газовоздушной среды - резина, фибра, свинец, прессшпан.

В зависимости от материала прокладки подразделяются на металлические, неметаллические и комбинированные; по форме делятся на плоские, круглые, зубчатые, линзовые, гофрированные и ромбические. Правильно подобранные и установленные уплотнительные прокладки позволяют значительно сократить затраты на обслуживание и ремонт оборудования, сделать более безопасным процесс его эксплуатации.

Наблюдается тенденция перехода от старых асбестосодержащих уплотнений к современным безасбестовым уплотнениям. Причиной для этого служат негативные последствия, вызванные применением асбеста. Особую опасность представляет асбестовая пыль. Поэтому для повышения безопасности людей и экологичности созданы уплотнения на основе углеродных, искусственных и стеклянных химических волокон. Среди безасбестовых материалов доминируют терморасширенный графит (ТРГ) и волокнистый фторопласт. Графитовые уплотнения с фторопластовым покрытием обладают исключительными эксплуатационными характеристиками. Графитовый наполнитель обеспечивает пластичность, упругость и стойкость уплотнения к циклическим нагрузкам. В табл. 1.2 показаны преимущества графитофторопластовых уплотнений по сравнению с уплотнительными материалами на основе асбеста и графита.

Фторопластовые покрытия исключают коррозионное воздействие на уплотняемые поверхности, обеспечивают стойкость к агрессивным средам, повышают антиадгезионные свойства и экологичность. К примеру, паронит, содержащий асбест, не обладает достаточной упругостью и подвержен релаксации, особенно в условиях циклических нагрузок. Все это, в свою очередь, вызывает ослабление затяжки уплотнения и, как следствие, - потерю герметичности. Уплотнения из ТРГ обладают хорошей упругостью, пластичностью и стойкостью к циклическим нагрузкам, чем и обеспечивают надежную герметизацию.

Сравнительная характеристика асбестосодержащих, графитовых и графитофторопластовых уплотнений

Таблица 1.2

При использовании асбестовых уплотнений имеет место коррозия уплотняемой поверхности. В практике эксплуатации систем отмечались случаи, когда прокладка «прикипала», а после ее удаления на поверхности оставались коррозионные неровности.

Графитофгоропласговые уплотнения даже при длительном контакте не поддаются коррозии и реакции с рабочей средой, так как ТРГ и ПТФЭ являются инертными материалами. Такой уплотнитель остается практически невредимым и может быть использован повторно, тогда как традиционные аналоги крошатся и рассыпаются.

Графитофторопластовые уплотнения имеют практически неограниченный срок эксплуатации (ресурс работы соответствует указанному в технической документации на оборудование). Графитовая набивка, плакированная фторопластом, отличается более низким коэффициентом трения, отсутствием силовой и тепловой адгезии к штоку, высокими антикоррозионными свойствами. Она удобна в работе, не обсыпается и не распушается при нарезке, обеспечивает герметизацию даже в изношенных сальниковых камерах.

Графитофторопластовая фланцевая лента и фланцевая прокладка с державкой при установке и извлечении позволяют формировать уплотнение сложной формы и нестандартного размера, гарантируют точную центровку на гладких фланцах и легкий демонтаж трубопроводов, присоединительных фланцев арматуры и т.п.

Температура и давление - наиболее важные параметры для правильного выбора уплотнений. Графитофторопластовые уплотнения выдерживают температуру от -60 °С до +260 °С. Ленточные уплотнения и прокладки могут работать при максимальном давлении рабочей среды до 25 МПа, сальниковая набивка - до 14 МПа. Кроме того, эти уплотнения хорошо выдерживают циклические нагрузки. Ленточная технология позволяет вместо вырубки прокладок из листовых материалов сформировать уплотнение прямо на уплотняемой поверхности, за счет чего снижается время изготовления, а главное, не остается отходов. Ленточные уплотнения эффективно используются для герметизации как стандартных, так и нестандартных фланцевых соединений различной формы, в том числе большого размера. Из ленты можно сформировать прокладку заданного радиуса по нужному контуру. При этом наличие гофров позволит выполнить это аккуратно, не прилагая дополнительных усилий. Клеевой слой облегчает монтаж и дает возможность без труда уплотнить поверхности, находящиеся под любым углом, что максимально повышает качество герметизации.

Классификация и подбор прокладок

Приведем основные характеристики существующих видов прокладок в зависимости от материалов и назначения.

Резинотехнические прокладки из фторсодержащей резиновой смеси ИПР-1287 ТУ 380051166-98 применяются для торцевых уплотнений насосов, а также для задвижек, для герметизирующих манжет и защитных крышек для разборных трубопроводов с диаметром от 10 до 500 мм и Р_у = 3,0 МПа, галтельных муфт для ремонта дефектов поперечных сварных швов трубопроводов. Они отличаются высокой теплостойкостью, химической инертностью, удовлетворительными диэлектрическими свойствами, невоспламеняемостью, хорошими физико-химическими свойствами, в том числе стойкостью к абразивному износу.

Линзовые прокладки служат для уплотнения трубопроводов пара и питательной воды. При применении линзовой прокладки уплотнение происходит но узкой кольцевой полоске. Для надежной работы соединения материал прокладки должен быть мягче, чем материал фланцев.

Полые прокладки характеризуются повышенной упругостью и меньшими усилиями обжатия по сравнению с плоскими и зубчатыми прокладками. Полые прокладки изготавливают из трубок нержавеющей и малоуглеродистой стали, медно-никелевого сплава с толщиной стенки 0,15 ... 3,0 мм. Для предохранения полых прокладок от растяжения устанавливают кольцо или бурт. Полые прокладки с отверстиями на внутренней стороне, благодаря эффекту самоуплотнения, могут обеспечивать герметичность соединения при давлении рабочей среды до 35 МПа.

Гофрированные прокладки штампуют из тонколистового проката толщиной 0,25 ... 0,8 мм. Шаг между гофрами составляет 1,2 ... 6 мм, а высота гофров - от 0,6 мм до 3 мм, исключаются протечки рабочей среды за пределы арматуры. Гофры обеспечивают возможное их сжатие и растяжение.

Сильфонные уплотнительные устройства изготавливаются из нержавеющей стали либо из титановых сплавов. Недостатком их является высокая стоимость изготовления и неремонтопригодность при выходе их из строя.

Ромбические прокладки из меди применяют для уплотнения штуцерных соединений. Перед установкой прокладки отжигают при температуре 600 ... 650 °С.

Неметаллические прокладки характеризуются высокой упругостью, меньшими усилиями обжатия, но имеют относительно низкую прочность. Из резины, асбеста, фторопласта изготавливают плоские прокладки в виде шнуров круглого и квадратного сечения.

Толщину прокладок выбирают в зависимости от условного прохода: около 1 мм при D_y = 20 ... 100 мм, 1,5 мм при D_y = 100 ... 250 мм, более 2,3 мм при D_y = 250 мм и более. Толщину прокладок из резины принимают на 0,5 мм больше обычных.

Основным недостатком сальниковых устройств является пропуск рабочей среды в помещение. Этот недостаток отсутствует в сильфонных уплотнительных устройствах, в которых имеются полые ёмкости.

Среди металлических прокладок наиболее распространены плоские, изготавливаемые из листа, круглые - из проволоки и зубчатые - посредством механической обработки. Для плоских и зубчатых прокладок требуется значительное усилие обжатия. Кроме того, для них характерно низкое упругое восстановление. Металлические прокладки, которые устанавливают на паропроводах, должны быть покрыты слоем мастики с графитовой обмазкой.

Толщину паронитовых прокладок выбирают в зависимости от условного прохода труб по отраслевой нормали. Так, при Dy от 20 до 250 мм толщина прокладки должна быть 1,5 мм, а при Dy от 250 до 350 мм - 2 мм.

Резиновые прокладки для труб аналогичных диаметров ставят на 0,5 мм толще. Проходящие по трубопроводам под давлением вода, пар, воздух, нефть, масло и другие вещества могут при достаточно плотных фланцевых соединениях труб просачиваться через сальники, установленные на арматуре трубопровода. Во избежание такой утечки сальники набивают плетеным шнуром, материал которого выбирают в зависимости от проводимой в трубопроводе среды. Трубопроводы должны быть надёжно закреплены с набором корпуса или установлены на специальные опоры. На трубах, проходящих через водонепроницаемые перегородки и палубы, устанавливаются стаканы или приварыши, предотвращающие проникновение воды.

Прокладка трубопроводов воды через танки топлива и масла, а также топливных и масляных трубопроводов через водяные цистерны допускается только в нефтенепроницаемых туннелях. В самых низких местах водяных труб устанавливаются пробки для спуска воды. Паровые трубопроводы должны иметь спускные краны или конденсатоотводчики. Последним достижением в области уплотнительных материалов является ассортимент без- асбестовых уплотнительных материалов: набивок сальниковых графитовых, углеродных, фторопластовых и комбинированных, а также уплотнительных лент из экспандированного PTFE (политетрафторэтилена). Эти уплотнительные материалы обладают следующими неоспоримыми преимуществами по сравнению с другими материалами: выдерживают давление до 60 МПа, температуру до +600 °С в контакте с воздухом или паром в инертной атмосфере или вакууме; не стареют, не теряют упругих свойств и пластичности со временем; экологически чисты; имеют низкий коэффициент трения. Терморасширенный графит очень эластичен, поэтому практически не оказывает воздействия на соприкасающиеся с ним поверхности (шток задвижек, клапанов, валы насосов). Уплотнения из ТРГ многофункциональны, работают в кислотах, щелочах и прочих агрессивных жидкостях и растворах, органических растворителях, нефти и питьевой воде.

В сальниковых устройствах арматуры применяются следующие материалы:

• ХБС (хлопчатобумажная набивка сухая) или ХБП (хлопчатобумажная набивка пропитанная), применяемая для воды, воздуха, нефтепродуктов до давления 20 МПа и температуры до 100 °С;
• набивка ПС (пеньковая сухая) или ПП (пеньковая пропитанная), используемая для воды, воздуха, нефтепродуктов при давлении до 16 МПа и температуре до 100 °С;
• графит для арматуры (вода, пар и другие среды при температуре более 550 °С);
• АС (асбестовая сухая набивка) и АП (асбестовая пропитанная) для воздуха с температурой до 300 °С и при давлении до 1,5 МПа и агрессивных газов и паров с температурой до 400 °С и давлением до 4,5 МПа;
• фторопласт Y-полимерный материал для уплотнения арматуры, коррозионно- активных сред с температурой до 200 °С и давлением до 10 МПа.

Литература

Судовые системы - Костылев, И.И., Петухов, В.А. [2010]

• Назначение и классификация судовых трубопроводов и систем
• Трюмно-балластные судовые системы
• Судовые системы охлаждения
• Судовая топливная система
• Противопожарные судовые системы