Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

10.2. Уплотнения

Прокладки. Для предотвращения и ограничения утечки сред через фланцевые соединения применяют уплотнения (уплотнительные устройства). В качестве количественной оценки герметичности стыка принимают допустимые утечки. По принятым в ряде стран нормам допустимая утечка через уплотнения газов не должна превышать на 1 м среднего периметра уплотнения, для жидкостей

Общими элементами уплотнений различных видов являются уплотняемые поверхности стыка соединения и уплотнитель (прокладка, кольцо и т. п.), обеспечивающий герметичность.

Наибольшее распространение получили уплотнители в виде прокладок.

Плоские (листовые) прокладки применяют для герметизации разъемов корпусов машин при низком давлении рабочих сред (жидкостей, газов), а также для герметизации фланцевых соединений трубопроводов большого диаметра (более 45 мм). В зависимости

Рис. 10.3. Соединения с контактирующими фланцами

Рис. 10.4. Прокладки основных типов

от формы уплотнительной поверхности различают соединения трубопроводов: с гладкой уплотнительной поверхностью (рис. 10.3, а), которые рекомендуется применять при условном давлении среды с уплотнительной поверхностью типа выступ—впадина (рис. 10.3, б); с уплотнительной поверхностью типа шип—паз (рис. 10.3, в).

Соединения двух последних типов обычно применяют при

Прокладки (рис. 10.4, а) изготовляют из резины, фторопласта, паронита (вулканизированной смеси асбеста, каучука и минеральных наполнителей), асбеста, картона, фибры, металлических материалов и др. Выбор материала зависит от рабочей среды, ее температуры и давления.

Гребенчатые (зубчатые) прокладки (рис. 10.4, б) обычно применяют во фланцах с плоскими уплотняющими поверхностями, с которыми они контактируют треугольными кольцевыми выступами — гребешками (зубьями), расположенными с шагом и имеющими на вершинах площадки шириной

Толщина прокладок обычно их изготовляют из алюминия, меди, железа, низкоуглеродистых и высоколегированных сталей и др.) и применяют при и температуре

Линзовые прокладки (рис. 10.4, в) имеют сферические контактные поверхности (радиусом ) и сопрягаются с коническими поверхностями фланцев с углом конуса около 70°.

Рис. 10.5. Самоуплотняемые соединения: 1 — прокладка; 2 - болт; 3, 5 в опорные кольца; 4 - фланец

Их изготовляют из низкоуглеродистых и легированных сталей и используют для герметизации соединений при Контактирующие поверхности линз и фланцев обрабатывают до шероховатости

Овальные (рис. 10.4, г) и восьмиугольные (рис. 10.4, д) металлические прокладки рекомендуют применять при Их изготовляют из низкоуглеродистых и высоколегированных сталей.

Гофрированные прокладки (рис. 10.4, е) применяют для уплотнения плоских фланцев при Их изготовляют из листов алюминия, меди, мягкой стали и др. Толщина листа шаг гофра толщина прокладки не более Применяют также прокладки металлические гофрированные с мягким наполнителем (асбестом, картоном и др.).

Спирально-навивные прокладки (рис. 10.5, а, б) представляют собой спирально навитую в кольцо комбинированную ленту, состоящую из фасонного металлического каркаса (ленты из стали толщиной около и неметаллического наполнителя (ленты из паронитовой или асбестовой бумаги). Крайние витки металлической ленты сваривают. Благодаря высокой осевой податливости уплотнение хорошо работает при периодическом нагружении.

Прокладки устанавливают в открытых фланцах с помощью металлических ограничительных колец (см. рис. 10.5, а) или в закрытых соединениях (типа шип—паз). Спирально-навивные прокладки применяют в энергетическом и химическом машиностроении для работы в неагрессивных средах (вода, пар, сухой газ) при и давлении до а также в среде кислот, щелочей, окислителей и других агрессивных средах при и давлении до Толщина прокладок до ширина внутренний диаметр шероховатость поверхности фланцев до

Трубчатые кольца (рис. 10.5, в) представляют собою полые тороиды, сваренные встык из трубок. Материалы трубок:

коррозионно-стойкая сталь, инкопель, алюминий, медь и др. Распространены стальные кольца, покрытые снаружи фторопластом-4 (для коррозионных и агрессивных сред при серебром и медью (для жидких натрия и калия). Инкопель покрывают серебром, золотом, платиной Тороиды заполняют воздухом или инертным газом Применяют кольца с отверстиями, через которые рабочая среда проникает во внутреннюю полость (см. рис. 10.5, в). При монтаже кольца деформируются: - изменение диаметра трубки в деформированном состоянии).

В судостроении применяют трубки с наружным диаметром до и толщиной стенок до

Трубчатые кольца, как и упругие (см. рис. 10.1, в) 10.5, г), относят к самоуплотняющимся соединениям.

Уплотняющая способность и прочность прокладок. Для обеспечения герметичности уплотнение нужно механически деформировать, чтобы обеспечить прилегание к уплотнительным поверхностям, заполнение всех неровностей и дефектов поверхностей. В прокладках из мягких материалов происходит также уплотнение структуры (частично восстанавливаемое после разгрузки) и уменьшается объем пор.

Экспериментально установлено, что требуемая степень герметичности стыков достигается для определенных материала и формы прокладки при некотором минимальном значении среднего напряжения сжатия в прокладке называемого минимальным контактным давлением. Значения (табл. 10.1) зависят от материала, размеров и качества поверхности прокладок, формы и качества рабочей поверхности фланцев, рабочей среды (жидкости, газа), ее температуры и других факторов, но не от внутреннего давления среды.

Условие герметичности соединения

где контактное давление на прокладку в условиях эксплуатации.

Согласно стандартам ФРГ, США и ряда других стран при использовании каучукоасбестовых прокладок для газов и для жидкостей в зависимости от размеров (главным образом толщины) прокладки. В результате экспериментов для уплотнений из материалов с гомогенной структурой установлено увеличение утечки, пропорциональное их толщине. Если уплотнение равномерно нагружено по всей ширине, утечка уменьшается при увеличении ширины уплотнения (длины капилляра). При использовании высококачественных уплотнений, армированных длинными волокнами, утечка может резко возрасти, если ширина уплотнения меньше определенного минимального значения. Это связано с облегчением утечки вдоль волокон, проходящих через все уплотнение. Ширина уплотнений из

(кликните для просмотра скана)

Рис. 10.7. Кривые изменения максимального контактного давления на прокладки в зависимости от температуры среды

материалов типа паронита, прессованного асбеста не должна быть меньше 9 мм, особенно при эксплуатации в газах или других легко проникающих средах.

Давление на контактных поверхностях прокладки создают затяжкой болтов. Если повышать удельные давления при постоянном внутреннем давлении, воздействующем на соединение, скорость утечки снижается в соответствии с уменьшением объема пор, асимптотически приближаясь к минимуму. Поскольку упругая отдача (возвращение к прежним размерам после снятия нагрузки) уплотнений из мягкого материала не достигает 100 %, сохраняется частичное уплотнение структуры. В связи с этим после снятия нагрузки и повторного нагружения для данной скорости утечки требуется меньшее удельное давление. На рис. 10.6, а показана зависимость скорости утечки азота через паронитовую прокладку толщиной 3 мм от контактного давления при воздействии (сплошная линия) и снятии (штриховая линия) нагрузки. Внутреннее давление азота в сосуде составляло 4 МПа. Если же, наоборот, повышать внутреннее давление, а контактное давление оставлять постоянным, скорости утечки через прокладку возрастают. При этом сопротивление течению существенно зависит от размера пор материала. При небольшом уплотнении структуры скорость утечки резко возрастает; при высоком контактном давлении зависимость скорости утечки от внутреннего давления уменьшается (рис. 10.6, б).

При действии некоторого максимального контактного давления появляются чрезмерные пластические деформации, происходит разрушение структуры прокладки (в особенности при повышенной температуре). Значения как и не зависят от внутреннего давления. Они определяются силой затяжки болтов, размерами прокладки и площадью поверхности фланца. Например, прокладки, устанавливаемые в канавку (см. рис. 10.3, в), могут быть нагружены больше, чем между фланцами с гладкими поверхностями (см. рис. 10.3, а). Для прокладок из материалов с полимерными связующими значения зависят прежде всего от температуры. На рис. 10.7 показаны зависимости максимального контактного давления на плоские прокладки от температуры среды.

Кривые 1 и 2 соответствуют прокладкам из паронита толщиной 2,0 и 0,5 мм, кривая 3 — прокладкам из графита толщиной 1,1 мм.

Рабочий диапазон давлений находится между минимальным контактным и максимальным допускаемым контактным давлением Так как в рабочих условиях происходит разгрузка стыка, максимальным допускаемым контактным давлением определяется и соответствующее внутреннее давление. Значения допускаемого контактного давления для прокладок из различных материалов также даны в табл.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление