Крепеж служит для сборки фланцевых соединений, арматуры и для крепления трубопровода на опорных конструкциях. К крепежным изделиям относятся болты, шпильки, гайки и шайбы.

В трубопроводах, рассчитанных на условное давление до 25 кгс/см 2 и температуру до 300° С, применяют преимущественно болты и гайки с шестигранной головкой из углеродистой стали. Соединения на условное давление до 16 кгс/см 2 собирают на черных болтах и гайках, на условное давление до 40 кгс/см 2 - на получистых болтах и гайках с высотой 0,8 от диаметра болта. В трубопроводах для более высоких давлений от 40 до 200 кгс/см 2 применяют чистые шпильки, гайки и шайбы, а для давлений от 200 до 1000 кгс/см 2 только шпильки. Замена болтов шпильками объясняется тем, что в болтах в месте перехода стержня в головку при больших нагрузках наблюдаются концентрации напряжений, что приводит к их разрушению. Кроме того, шпильки удобнее устанавливать в труднодоступных местах. Длину болтов и шпилек выбирают с таким расчетом, чтобы после затяжки их концы выступали на 1,5-2 витка (не более 5 мм).

В зависимости от температуры и давления транспортируемой среды в трубопроводе для крепежных изделий применяют: при условном давлении до 25 кгс/см 2 и температуре до 300° С - малоуглеродистую сталь обыкновенного качества Ст. 3, Ст. 4 и Ст. 5; при условном давлении от 40 до 100 кгс/см 2 и температуре 425° С - качественную углеродистую сталь марок 25, 35 и 40; при условном давлении до 100 кгс/см 2 и температуре свыше 425° С, а также при давлении от 160 кгс/см 2 и выше в зависимости от температуры используют легированную сталь 30ХМА, 35ХМ, 25Х2МФА.

Прокладочные материалы применяют для уплотнения фланцевых соединений трубопроводов и арматуры, работающих в самых разнообразных условиях. Прокладочные материалы должны быть пластичны, прочны (чтобы воспринимать внутренние давления), а также устойчивы к температурным условиям и коррозионному действию среды, в которой они находятся. Как правило, прокладки изготовляются на специализированных заводах.

Типы прокладок, получивших наибольшее использование, приведены на рис. 32.

Рис. 32. Типы прокладок: а - комбинированная (металлическая оболочка с мягким наполнителем), б - плоская гладкая, в -жесткая рифленая, г -линзовая жесткая, д - овальная жесткая, е - зубчатая жесткая

Для изготовления мягких прокладок применяют картон, асбест, резину, паронит, фибру, текстолит, пластмассы. Для жестких прокладок используют металлы: свинец, медь, алюминий, углеродистую и нержавеющую сталь. Кроме этого, широко применяют комбинированные прокладки из прографиченного асбестового шнура, помещенного внутрь металлической оболочки (асбоалюминиевые, асбомедные).

Прокладочный картон используют для прокладок в трубопроводах воды, пара, сжатого воздуха и инертных, газов при давлении 6 и 10 кгс/см 2 и температуре не выше 100° С. Картонные прокладки, проваренные в олифе, стойки против разрушающего действия нефтепродукта.

Асбестовый картон применяется для прокладок в трубопроводах, аппаратах и приборах. Асбестовые прокладки, пропитанные жидким стеклом, используют в трубопроводах минеральных и органических кислот (кроме соляной), горячих газов при давлении до 10 кгс/см 2 и температуре до 500° С.

Резина техническая листовая и шнур круглого и прямоугольного сечений применяют для прокладки в трубопроводах, транспортирующих воду, щелочи, кислые или нейтральные продукты при условном давлении не выше 6 кгс/см 2 и температуре до 50° С, а также соляную кислоту при температурах до 30° С.

Для трубопроводов больших диаметров, работающих при давлении свыше 6 кгс/см 2 , рекомендуются прокладки из резины с внутренней металлической сеткой или тканевой прослойкой.

Паронит листовой является основным прокладочным материалом для фланцевых соединений трубопроводов, работающих в разнообразных газовых и жидких средах при давлении до 50 кгс/см 2 и температуре от -180 до +450° С.

Фибру листовую применяют в трубопроводах для смазочных масел и газовых сред при давлениях до 80 кгс/см 2 и температурах от -30 до +100° С.

Прокладки из пластмасс (полиизобутилена, полиэтилена, фторопласта) используют в трубопроводах, транспортирующих агрессивные среды.

Прокладки медные жесткие применяют для трубопроводов высокого давления при температурах до 350° С. Прокладки из мягкой стали надежно работают при давлении до 600 кгс/см 2 и температуре до 500° С. Комбинированные асбометаллические прокладки применяют в трубопроводах для газовых сред с условным проходом до 100 мм, работающих под давлением до 64 кгс/см 2 и температурах до 425° С.

Размеры прокладок принимают в соответствии с размерами уплотнительных поверхностей фланцев; внутренний диаметр прокладки должен быть несколько больше внутреннего диаметра трубы: для труб с наружным диаметром до 125 мм - на 2-3 мм, более 125 мм - на 3-4 мм. В соединения* с фланцами, имеющими впадину и выступ, толщину прокладок принимают на 0,5-1 мм меньше высоты впадины во фланце.

Уплотнительными материалами называют различные сальниковые набивки и мастики, которые служат для того, чтобы предотвратить просачивание продукта через сальники трубопроводной арматуры. Сальниковые набивки должны обладать малым коэффициентом трения, высокой коррозийной стойкостью и устойчивостью против износа, особенно при высоких температурах. Изготовляют сальниковые набивки из плетеного шнура, материал которого выбирают в завивимости от характера среды, ее температуры и давления (хлопчатобумажная и асбестовая нити, комбинированные асбомедные или асбоалюминиевые пряди).

1. Назовите область применения болтов и шпилек для фланцевых соединений трубопроводов.

2. Как определяют длину болта или шпильки?

3. При каких условиях работы применяют для крепежных изделий качественную углеродистую сталь и легированные стали?

4. Какие типы прокладок наиболее распространены? Укажите область их применения.

25.1. Требования к прокладкам

Прокладки предназначаются для уплотнения фланцевых соединений аппаратов и трубопроводов. Они подвергаются воздействию технологических сред при заданной температуре. В зависимости от конкретных условий к прокладке предъявляются различные требования, но в любом случае она должна обладать:

Пластичностью, чтобы заполнять неровности уплотняемых поверхностей;

Упругостью;

Химической стойкостью в рабочей среде;

Теплостойкостью в диапазоне рабочих температур;

Достаточной механической прочностью;

Долговечностью;

Способностью к многократному использованию.

25.2. Выбор материала прокладки

В зависимости от материала прокладки делятся на три основные группы: металлические, неметаллические и комбинированные.

Тип прокладки, материал для нее и вид соединения устанавливают, исходя из условий работы аппарата: агрессивности среды, температуры и давления.

При выборе металлической и комбинированной с металлической оболочкой прокладки следует избегать образования гальванической пары между ее материалом и материалом поверхности уплотнения, т.к. возникающая из-за этого электрохимическая коррозия приведет к преждевременному разрушению соединения и вывести аппарат из строя.

Металлические прокладки отличаются высокой теплостойкостью и механической прочностью, но требуют значительных усилий затяжки. Их применяют главным образом при высоких температурах и давлениях. Прокладки могут быть различных сечений: круглые, плоские, зубчатые, линзовые, овальные и восьмиугольные. В качестве материалов используют медь, алюминий, монельметалл, никель, свинец, сталь углеродистую и хромоникелевые стали. Выбор металла прежде всего определяется его коррозионной стойкостью в конкретной среде.

Неметаллические прокладки могут быть различной формы: плоские (применяются в большинстве разъемных соединений, т.к. не требуют большого усилия затяжки), круглого, профильного (в соединениях типа шип – паз) и др. В качестве материалов применяют резины, полиэтилен и полипропилен, хлорсульфированный полиэтилен, фторопласты и фторкаучуки, поливинилхлориды, полиизобутилен, полиамиды, текстолиты, асбесты и асботехнические материалы, кожу и специальные уплотнительные материалы (на основе асбеста и резины, бумаги и др.).

Выбор неметаллических материалов определяется прежде всего средой и температурой эксплуатации. Так, в окислительных средах возможно применение только фторопластов и асбестов. По температуре для большинства полимеров предельной являются 40 – 80 0 С. Некоторые резиновые прокладки работают при температурах до 110 – 130 0 С. При более высоких температурах можно эксплуатировать асбест и асботехнические материалы (до 450 – 500 0 С), фторопласты (до 200 – 250 0 С), силиконовые каучуки (до 300 0 С). В условиях низких температур хорошо себя ведут прокладки из фторопласта – 4 (до – 260 0 С), силиконовых каучуков (до – 80 0 С).

Комбинированные прокладки выполняют из различных материалов, при этом наружная оболочка обеспечивает химическую стойкость, а сердцевина – упругость.

У таких прокладок может быть:

Металлическая оболочка и неметаллическая сердцевина;

Неметаллическая оболочка и металлическая сердцевина;

Неметаллические оболочка и сердцевина.

К первой группе комбинированных прокладок относят асбометаллические. Оболочку у них изготавливают из отожженного листового алюминия, латуней или специальных сталей, а сердцевину – из асбестового картона или бумаги.

Ко второй и третьей группе относят комбинированные прокладки с оболочкой-чехлом из фторопласта – 4; сердцевиной могут служить асбест, резина, паронит, а также вкладыши из металлов.

25.3. Прокладочные материалы

Практически все резины, выпускаемые в виде пластин и рулонов (резиновых и резинотканевых), отличающиеся хорошее эластичностью можно применять для изготовления прокладок. По ГОСТ 7338-77 выпускают резины марок: тепломорозокислотощелочестойкая ТМКЩ- мягкая (м) и средней твердости (с), ограниченно маслобензостойкая ОМБ – мягкая (м) и средней твердости (с), повышенно маслобензостойкая ПМБ – мягкая (м), а также средней (с) и повышенной (п) твердости.

Резины специальные производят на основе силиконовых, бутадиен-нутрильных, бутиловых, хлоропреновых, фторокаучуков и т.п.

На основе фторопластов выпускают уплотнительный материал ФУМ (ТУ 6.05.1570 – 77). Его производят в виде профилированного шнура из неспеченного фторопласта-4 со смазкой или без нее. ФУМ предназначен для использования в качестве химически стойкого самосмазывающего набивочного и прокладочного материала, работающего при температурах от - 60 до 15С° и давлении среды до 6,4 МПа. Этот материал выпускается трех марок:

ФУМ-В используют в различных агрессивных средах общепромышленного назначения, содержит вазелиновую смазку В;

ФЩ-Ф используют при специальных условиях работы, содержит фторуглеродную смазку Ф;

ФУМ-0 используют для особо чистых сред и сильных окислителей, смазку не содержит.

На основе нестабилизированного полиэтилена или его смеси с полиизобутиленом выпускают листовой прокладочный уплотнительный материал марок ПО - 100, ПОВ – 90, ПОВ – 67, ПОВ – 50 (ТУ 6.05.5099 – 77). На основе ПВХ выпускают пластикат поливинилхлоридный прокладочный (ОСТ 6 – 19 – 503 – 79), обладающий высокой стойкостью в неокислительных кислотах. Он растворяется в дихлорэтане и в метилэтилкетоне, набухает в бензоле и толуоле. Спирты и нефтепродукты на него не действуют.

При применении текстолита в качестве прокладок рекомендуются текстолит поделочный марок ПТК и ПТ (ГОСТ 5 – 78) и текстолит гибкий прокладочный МА (ТУ 6 – 05 – 1548 – 77). В качестве прокладок широко применяются парониты.

Парониты - листовые уплотнительные материалы получают вальцеванием смеси из асбестовых волокон, растворителя, каучука и наполнителя. Выпускают также парониты, армированные металлической сеткой.

Наиболее часто используют следующие марки:

ПОН (ГОСТ 481-71) - паронит общего назначения. В зависимости от типа соединения и уплотняемой среды его можно применять при давлении не выше 6,4 МПа. Его предельные рабочие температуры: -182°С (в жидком кислороде при давлении 0,25 МПа) и 450°С (в водяном паре при давлении 6,4 МПа). ПОН применяют для уплотнения тяжелых и легких нефтепродуктов, спиртов, аммиака, водных растворов солеи, сухих и нейтральных газов и в других средах.

ПМБ (ГОСТ 481-71) - паронит маслобензостойкий. Он устойчив в бензине, керосине, дизельном топливе, минеральных маслах и других нефтепродуктах. Его максимальная рабочая температура 300°С в тяжелых нефтепродуктах при давлении 2 МПа, минимальная - 182°С в жидком кислороде и азоте при давлении 0,25 МПа.

ПА (ГОСТ 481-71) - паронит, армированный стальной сеткой, применяет при давлении до 10 МПа. Его максимальная рабочая температура в водяном паре 45С°С, в тяжелых нефтепродуктах 400°С.

ПЭ (ГОСТ 481-71) - паронит электролизерный. Он стоек в щелочах концентрацией 300 - 400 г/л, водороде, кислороде, аммиаке, азотной кислоте концентрацией 10%, нитрозных газах. Его максимальная рабочая температура 180°С в щелочах при давлении 2,5 МПа, минимальная в аммиаке - 15°С при давлении 2,5 МПа.

56 (ТУ 38-11461-78) - паронит, применяемый в водяном паре при температуре до 450°С и давлении до 7,5 МПа, в этиловом спирте в интервале температур от - 50 до 60°С и давлении от 0,035 до 0,5 МПа, жидком кислороде при температуре - 182°С и давлении до 3,5 МПа, масле Л-1 (ТУ 333-53) при температуре от -50 до 50°С и давлении 3 МПа.

56 графитированный (ТУ 38 11441-78) - паронит, покрытый ровным слоем графита.

КП-2 (ТУ 38-114214-76) - паронит, предназначенный для работы в минеральных кислотах (серной, соляной, азотной) различных концентраций при температуре до 200°С и давлении до 2,5 МПа, а также в топливах, маслах и органических растворителях.

9-38-56 (ТУ 38-11457-78) - паронит, созданный на основе маслобензостойкого каучука, рекомендуется для работы в маслах, топливах и различных маслосмесях. Его рабочая температура от - 200 до 120°С в зависимости от характера среды (марки масла и состава смеси).

MБП-5 - паронит, изготавливаемый из смеси нитрильного каучука, асбестовых волокон и наполнителей. Его рекомендуется применять для изготовления прокладок, работающих в паре, воде, морской воде, бензине, маслах и топливах при температурах от - 50 до 250°С и давлении рабочей среды во фланцах: гладком - до 2.5 МПа, шип-паз и выступ-впадина - до 10 МПа. Прокладки (ТУ 38-114199-76) из этого паронита пригодны для работы в условиях Крайнего Севера, умеренного и тропического климата.

Ферронит 101 - листовой материал, его изготовляют из волокон хризотилового асбеста, каучука и наполнителей и армируют стальной сеткой № 09-0.22 (ГОСТ 3826-66) или 09-0.28 (ГОСТ 12184-66). Прокладки из ферронита 101 (ТУ 38 114198-76) предназначены для работы в бензине, минеральном масле, воде, продуктах сгорания топлива.

БР-1 (ТУ 38 11463-78) - вальцованный материал на основе асбестовых волокон, нитрильного каучука и наполнителей. Он применяется при температуре от - 60 до 200°С и давлении не более 1 МПа в воде, паре, керосине, бензине, различных нефтепродуктах и пищевой уксусной кислоте. Пригоден для работы в условиях Крайнего Севера, умеренного и тропического климата. По сравнению с паронитами ПОН и ПМБ этот материал требует меньших усилий затяга и значительно меньше загрязняет среду.

В качестве уплотнителей используют асбестовый шнур (ГОСТ 1779-83) и картон асбестовый (ГОСТ 2850-80). Картон асбестовый применяют для уплотнения соединения приборов, аппаратуры и коммуникаций, работающих под давлением до 1,6 МПа и при температуре до 300 0 С (в растворах солей – до 400 0 С, в инертных и нитрозных газах до 500 0 С). Прокладки различной конфигурации из асбестового картона выпускают в соответствии с ТУ 38-114124-74.

Кроме того, на основе асбеста выпускают различные сальниковые набивки (ГОСТ 5152-77), например АС - для применения в органических растворителях, растворах щелочей при предельном давлении не более 4,5 МПа и температуре 400°С, а также в жидком и газообразном аммиаке с предельной температурой не ниже - 240°С;

АМБ - для применения в кислых маслах, нефтяных топливах, органических растворителях с предельным давлением не более 3 МПа и температурой до 300°С;

АФТ - для применения в качестве уплотнения в газообразных и органических продуктах (бензине, бензоле, толуоле, ацетоне, этилене, дифениле, дифенилоксиде, хлорметиле, хлорэтиловом эфире, фуране, тетрагидрофуране, трихлорсилане) при температуре от - 200 до 300°С и давлении до 25 МПа, а также в этилене при температуре до 250°С и давлении до 150 МПа;

АГ - для применения в аммиаке при температуре от - 70 до 140°С, а также в органических растворителях при давлении до 32 МПа, температуре до 280°С (сальники арматуры) и температуре до 280°С (уплотнения в насосах).

Кроме перечисленных, по ГОСТ 5152-77 выпускают набивки марок АЛ, АПР, АПС, АЛЛ и другие различного назначения.

На бумажной основе выпускают картон прокладочный и фибру.

Картон прокладочный (ГОСТ 9347-74) - твердый листовой материал из сульфатной небеленой целлюлозы с добавлением до 20% тряпичной полумассы. Благодаря проклейке водно-аммиачным раствором казеина он имеет ограниченную впитываемостъ и линейную деформацию.

Картон выпускают двух марок: А - пропитанный и Б - непропитанный.

Фибра (ГОСТ 14613-69) - твердый материал, получаемый при обработке нескольких слоев бумаги (основы) пергаментирующим составом.

Фибру выпускают следующих марок:

ФПК - прокладочная кислородостойкая - для изготовления деталей, соприкасающихся с кислородом;

КГФ - касторово-глицериновая - для использования в качестве уплотняющего материала, предохраняющего от течи воды, масла, керосина, бензина;

ФКДГ - листовая клееная - для изготовления уплотнительных колец к гидравлическим системам оборудования.

Кожа техническая (ГОСТ 20836-75) отличается гибкостью, абразивостойкостью, эластичностью при низких температурах, легкой уплотняемостью. Это определяет ее широкое применение в качестве динамических и статических уплотнений (сальниковых набивок, манжет, прокладок). Разрушающее напряжение кожи при растяжении составляет от 17,5 до 30 МПа, диапазон рабочих температур - от - 56 до 150°С. Кожа практически непроницаема для масел, бензина и газов, ее не следует применять в водяном паре, кислотных и щелочных растворах.

Cтраница 2 из 2

В металлических системах или при соединении металла со стеклом чаще всего применяют разъемные механические соединения с гладкими металлическими или упругими прокладками. При сборке системы трубопроводов с фланцевыми соединениями необходимо устанавливать сильфон для компенсации возможных перекосов системы, в противном случае не удается равномерно уплотнить фланцевые соединения. Очень важным условием является равномерная затяжка болтов во избежание перекоса фланцев, так как при перекосе нельзя добиться герметичности соединения. Сильфоны для непрогреваемых трубопроводов вакуумных систем изготовляют из томпака (85% меди, 15% цинка). Для трубопроводов, работающих в высоком и сверхвысоком вакууме, сильфоны изготовляют из коррозионно-стойкой стали.

Соединения с резиновыми прокладками . Соединения с уплотнениями из вакуумной резины применяют в вакуумных системах до давлений 5*1O -7 мм рт ст. и при температурах от 20 до 120° С при нагрузках от 49 до 196 Н/см 2 . Толщина прокладок должна быть тем больше, чем больше диаметр фланца. Для уплотнения неподвижных соединений применяют вакуумную резину всех марок. Черную вакуумную резину 9024 используют для подвижных соединений со смазкой, так как она имеет большую масло-стойкость по сравнению с белой вакуумной резиной 7889. Уплотняющие прокладки делают литыми круглого или прямоугольного сечения. В лабораторной практике применяют прокладки, вырезанные из листа или клееные из шнура.

Характерной особенностью резиновых прокладок является постоянство их объема при сжатии, поэтому следует предусмотреть возможность правильного размещения прокладки после затяжки болтов. Если уплотняются гладкие смазанные поверхности, то хорошее уплотнение достигается при небольших сжатиях и нагрузках, обычно не превышающих -30 Н/см2, когда скольжение мало. В случае шероховатых несмазанных поверхностей допустимы нагрузки до 145 Н/см2. Предпочтительно размещать прокладки так, чтобы один из фланцев имел гладкую поверхность, а другой - поверхность с канавкой для фиксирования прокладки. По краям канавки следует снять фаски во избежание разрушения прокладки. При конструировании нужно обеспечить отсутствие механических нагрузок на прокладку. Прокладка нужна только для уплотнения. Следует предусмотреть специальные упоры, которые при затягивании болтов фланца препятствуют чрезмерному разрушению прокладки. Как видно из рис. 398, канавка с находящейся в ней частью прокладки служит не для уплотнения, а только для фиксации положения прокладки. Удельное давление на прокладку можно с достаточной точностью принимать по табл. 92.

На рис. 398 показаны два типа фланцевых соединений с прокладкой из листовой резины. Соединения обеспечивают быструю разборку и сборку и необходимую герметичность и надежность уплотнения.

В табл. 93 приведены основные размеры таких фланцевых уплотнений для стальных бесшовных труб. Поверхности фланцев и колец должны быть гладкими без раковин, трещин, заусенцев и других дефектов. Расточка фланца (или приварочного кольца) выполняется по 3-му классу точности под скользящую или ходовую посадку на трубу. Для надежной герметизации соединения резиновая прокладка должна испытывать равномерную деформацию. Чем меньше ширина прокладки, тем больше удельная нагрузка на прокладку при сжатии, а следовательно, достигается лучшая герметичность, однако нежелательно, чтобы ширина прокладки была меньше 6 мм.

Таблица 92

Недостатком применения вакуумной резины в качестве уплотнителя является выделение газов на ее поверхности, которое становится заметным при давлениях 10 -6 мм рт. ст. и ниже. Следует также учитывать, что при соприкосновении с маслом резина набухает. На нее вредно действуют растворители - бензин и ацетон. Таким образом необходимо, чтобы открытая поверхность резины внутри вакуумного пространства была как можно меньше. Наилучшим в этом отношении уплотнителем является О-образная прокладка из резинового шнура или из неопренового корда, устойчивого против воздействия масел.

Благодаря круглому сечению прокладки сжимающее усилие распределяется сначала на очень небольшой площади, после чего поперечное сечение кольца принимает форму эллипса. Поскольку круглые резиновые О-образные прокладки помещаются в пазы, прорезанные в металлической пластине, с областью вакуума соприкасается лишь минимальная часть поверхности прокладки. При длительном пребывании резины в сжатом состоянии возможно появление остаточных деформаций. В связи с этим при длительной работе системы следует время от времени производить подтяжку соединений с резиновыми прокладками. Герметичность соединений сохраняется до температуры 150° С, но при этом прокладку можно использовать только один раз.

Силиконовая резина 14 Р-2, 5 P-129, 5 Р-25 может выдерживать длительный нагрев до 300-350° С, однако она получает остаточные деформации от сжатия и при 200° С и выше уже не обеспечивает вакуумное уплотнение из-за потери упругости.

Для обычных сортов вакуумной резины наибольшая температура длительного нагрева 50--60° С,а кратковременного 100-120° С. При большей температуре резина размягчается и разрушается с интенсивным газовыделением.

При понижении температуры до 0° С и ниже резина твердеет и при -30° С резиновая прокладка уже не обеспечивает необходимый вакуум. После повышения температуры упругие свойства резины восстанавливаются.

На рис. 399 показано соединение с прокладкой из вакуумной резины или витона. Его часто применяют при установке колпака на плите в аппаратах для вакуумного напыления, работающих при давлениях не ниже 5* 10 -7 мм рт. ст.

Прокладка прямоугольного сечения может быть вырезанной из целого листа или литой. При уплотнении колпака не применяют специальных прижимных устройств. Край колпака, служащий уплотняющим кольцом, имеет специальный профиль. Необходимое удельное давление должно быть 49-78 Н/см2, а при откачке оно не должно превышать 245- 295 Н/см2. Для надежного вакуумного уплотнения достаточно сжать резиновую прокладку на V3 ее первоначальной толщины.

Соединения с фторопластовыми (тефлоновыми) прокладками . Основные свойства фторопласта приведены выше. Прокладки из фторопласта могут работать с агрессивными газами, выдерживают нагрев до 250° С и газовыделение у них меньше, чем у резины. Диапазон рабочих температур прокладок из фторопласта от -200 до 200° С. При достаточном пределе прочности при растяжении (2940 Н/см2) удлинение достигает 450%. Кроме того, это вещество может служить изолятором, так как выдерживает без пробоя напряжение 1000-2000 В на 25 мкм толщины. Высокие диэлектрические свойства фторопласта позволяют использовать его для -изготовления изолирующих и уплотняющих прокладок вакуумных электрических вводов. Прокладки из фторопласта можно также использовать для уплотнения устройств, передающих в область вакуума поступательное и вращательное движение.

Прокладки из фторопласта нужно ставить в канавки со строго ограниченным объемом (соединение в «замок»). Кроме того, каждый раз после длительного прогрева целесообразно подтягивать болты для устранения течей, возникающих из-за текучести фторопласта, увеличивающейся с повышением температуры.

Прокладки из витона . Применение витона в качества прокладочного материала позволяет прогревать вакуумные установки до 200° С, при этом состав остаточного газа улучшается. Однако прогревать установку до 400- 450° С нельзя, и тогда следует переходить к металлическим прокладкам.

Соединения с металлическими прокладками . Металлические прокладки в основном применяют для создания вакуума в сверхвысоковакуумных системах, где требуется прогрев установки до 450-500° С. В качестве материала для прокладок в сверхвысоковакуумных установках применяют индий, отожженную медь, алюминий, золото.

Для создания вакуумноплотного соединения нужно достичь пластической деформации металлической прокладки в месте ее соприкосновения с уплотняющими поверхностями фланцев. Для этого поверхность уплотнения должна быть минимальной, а прикладываемое усилие достаточно большим (например, для алюминия необходима нагрузка 98 Н/мм 2). Если усилие прикладывают перпендикулярно поверхности уплотняющего металла, применяют прижимающий фланец с трапецеидальным зубом, имеющим малую поверхность соприкосновения. При малом угле у вершины зуба можно считать, что уплотняющий металл работает исключительно на сжатие. После достижения определенной деформации происходит нагартовка металла и резко возрастает уплотняющее усилие. Через некоторое время после уплотнения соединения происходит релаксация металла, уплотнение ослабевает, и становится необходимой подтяжка стягивающих болтов. Чтобы избежать этого, необходимо иметь пружинные компенсаторы (шайбы). Соединения, в которых уплотняющий металл работает на сдвиг, требуют усилия, примерно в 4 раза меньшего по сравнению с соединениями, в которых уплотняющий металл работает на сжатие. Однако в этом случае возможная деформация меньше и соединение может уплотняться меньшее число раз.На рис. 400 показано разъемное фланцевое соединение с металлической прокладкой, выдерживающее нагрев до 400° С при наличии алюминия и до 600° С при наличии медной прокладки. Фланцы таких соединений изготовляют из твердой закаленной стали (стали 45 или коррозионностойкой стали).

Металлические прокладки представляют собой кольца из листовой холоднокатаной меди M-1 или листового мягкого алюминия. Кольца зажимаются между фланцами: в одном из них имеется кольцевая канавка, а в другом - клинообразный выступ. При стягивании фланцев прокладка вдавливается внутрь канавки, что облегчает пластическую деформацию прокладки и обеспечивает герметичность. При диаметрах фланцев более 200 мм коробление от нагрева, неравномерной затяжки и по другим причинам не позволяет достичь необходимой герметичности и следует применять другие виды уплотнений.

Основные размеры прокладок (см. рис. 400) в мм приведены в табл. 94. Металлические прокладки применяют также и при очень низких температурах, при которых резина затвердевает и становится хрупкой.

Для уплотнения редко разбираемых соединений сверхвысокого вакуума, а также соединений, прогреваемых до 150° С, применяют индиевые уплотнения. Индиевые уплотнения различных конструкций показаны на рис. 401. Индиевыми прокладками можно уплотнять стекло, керамику, фарфор. Размеры элементов уплотнения приведены в табл. 95.

Уплотнение типа I применяют для металлических фланцевых соединений, расположенных в горизонтальной плоскости; типа II - для металлических фланцевых соединений в вертикальной или «потолочной» плоскости; типа III - для соединения фарфора и стекла в горизонтальной плоскости; типа IV - для фарфора и стекла в вертикальной плоскости. При сборке индиевую проволоку укладывают в канавку, и ее концы длиной 3 мм заделывают внахлест без пайки. Усилие, необходимое для герметизации, составляет 49-59 Н/см при ширине уплотнения 1 мм. После разборки соединения индий снимают, и из него вновь можно изготовить проволоку ручным прессом.

Если система не предназначена для работы при очень высоких температурах, то применяют свинцовые прокладки толщиной 1,5-2 мм. На рис. 402, а показано уплотнение с применением свинцовой проволочной прокладки; свинцовая прокладка, однако, не обеспечивает надежное уплотнение в такой степени, как это достигается с помощью резины. На рис. 402, б дана схема соединения с металлической прокладкой, в котором отсутствуют острия, которые могут деформироваться. Соединение работает при температурах 85-1100° К. Плоской уплотняющей шайбе из меди, никеля или фуродита, отожженной в водороде, предварительно придается вытяжкой коническая форма. Вследствие большого трения при уплотнении прокладки удаляются поверхностные загрязнения, а также не нарушается уплотнение при некотором ослаблении сжимающего усилия болтов.

Кроме фланцевых соединений для труб малого диаметра применяют соединение с накидной гайкой. На рис. 403 дана схема соединения со стеклом металла, работающего при низких температурах. В качестве прокладки используют металлическое кольцо. На рис. 404, а и б показаны шаровое и коническое соединения трубок малого диаметра (до 30-40 мм). При шаровом соединении специальной прокладки не требуется. Уплотнение достигается плотным прилеганием шаровой поверхности из красной меди к латунному конусу. Для большей надежности такого соединения поверхности шара и конуса можно предварительно облудить мягким оловянно-свинцовым припоем.

Стеклянные части вакуумных приборов могут быть соединены герметично при помощи металлического кольца, покрытого с обеих сторон соответствующим плавким стеклом. При нагревании металлического кольца стекло расплавляется и соединяется с предварительно разогретыми и прижатыми к нему стеклянными. частями. Этот процесс производится очень быстро и требует малого количества тепла

На рис. 405 показаны высоковакуумные прогреваемые соединения с проволочными уплотнителями для диаметров условного прохода от 250 до 1500 мм . Соединения имеют утапливаемый выступ, удерживающий на месте натянутый на него уплотнитель.

В качестве утапливаемого выступа применяют разрезное кольцо, помещенное в канавку одного из фланцев. Высота кольца меньше глубины канавки, и оно не может помешать уплотнению. Кольцо расклинивается в разрезе и плотно прижимается к стенке канавки.

Соединения с диаметрами выше 800 мм имеют несколько упрощенный профиль фланца, в котором отсутствует посадочное место. Для натягивания уплотнителя кольцо должно выступать над уплотняемой поверхностью на 5- 8 мм и удерживаться в этом положении на специальных винтах. Материал уплотнителя - проволока диаметром 2 мм из алюминия (до 200 0C), меди (до 450 0C) или никеля (до 600° С).

Если необходимо изготовить фланцы весьма больших размеров, то целесообразно сделать их секционными. Секционные фланцы собирают и сваривают из окончательно обработанных прямых и радиальных секций, изготовляемых на строгальных и токарных станках (рис. 406). Соединения с секционными фланцами прямоугольной формы с полезными проходами 660x660 и 3000x1500 мм2 успешно испытаны на медных и никелевых прокладках. Прогревы повторялись до 80 раз подряд без потери герметичности.

Для изготовления прокладок применяются как неметаллические материалы, так и металлы. Металлические прокладки используются для ответственных объектов и тяжелых условий работы арматуры (высокой температуры, высокого давления и т. д.), но они требуют значительно больших усилий затяга соединения, чем мягкие прокладки.

Неметаллические материалы. Резина является наиболее пригодным материалом для уплотнения разъемных соединений. Она эластична, требует небольших усилий затяга уплотнений, практически непроницаема для жидкостей и газов. Резина применяется до температуры +50° С, а теплостойкая резина - до + 140° С,

Для прокладок обычно применяется листовая техническая резина по ГОСТ 7338-65 без тканевых прослоек, так как при наличии прослоек иногда создается протечка среды через волокна прослойки. По твердости резину подразделяют на мягкую, средней твердости и твердую. Существует пять типов резины: маслобензостойкая (марки А, Б и В, в зависимости от степени стойкости), кислотощелочестойкая, теплостойкая, морозостойкая и пищевая.

Прокладки из целлюлозного прокладочного картона широко используются в арматуре для пара низкого давления и воды при рабочей температуре и рабочем давлении до 6 кгс/см 2 , для масла при и в других случаях. Применяется картон водонепроницаемыйи прокладочный (пропитанный), последний используется и для нефтепродуктов при и . Для картона допускается удельное давление не более 550 кгс/см 2 . Для высоких температур целлюлозный картон не пригоден, так как обугливается.

Фибра листовая (ФЛАК) представляет собой бумагу или целлюлозу, обработанную хлористым цинком и затем каландрированную. Применяется для прокладок в арматуре при температуре до 100° С. Используется при работе на керосине, бензине, смазочном масле, кислоподе и углекислоте. Коэффициент трения между фиброй и сухой сталью

Асбест в качестве прокладочного материала используется в арматуре при повышенных и высоких температурах. Материал минерального происхождения, в технике используется после переработки в виде листового картона или шнура. При 500° С прочность асбеста снижается на 33%, а при 600° С - на 77%. К щелочам асбест достаточно хорошо устойчив, к кислотам наиболее устойчив антофилит-асбест.

Асбестовый непропитанный картон имеет рыхлое строение, низкую прочность, но высокую жаростойкость, используется для арматуры, работающей при температуре до 600° С: задвижек для горячего дутья, генераторных и дымовых газов и для другой арматуры, не работающей на жидкости. Пропитанный натуральной олифой асбестовый картон может быть использован для нефтепродуктов при давлении до 6 кгс/см 2 и температуре , однако замена его при смене прокладок или ремонте арматуры затруднена, так как он прилипает к металлическим поверхностям. Для уплотнения средних фланцев газовых больших задвижек используется также асбестовый шнур, который укладывается спиралью на поверхности фланца, предварительно смазанной техническим вазелином. Кроме того, для прокладок используются специальные ткани с пряжей из мягкой латунной или никелевой проволоки. Изготовляют также комбинированные прокладки из колец различной формы и сечений, сердцевина которых выполняется из асбеста, а облицовка - из тонкого металлического или пластмассового листа. Такие прокладки имеют хорошие эксплуатационные свойства, но сложны в изготовлении.

Листовой паронит (ГОСТ 481-71) изготовляется из смеси асбестовых волокон (60-70%), растворителя, каучука (12^-15%), минеральных наполнителей (15-18%) и серы (1,5-2,0%) путем вулканизации и вальцевания под большим давлением. Теплостойкость паронита зависит от количества в нем резины. Паронит является универсальным прокладочным материалом и используется в арматуре для насыщенного и перегретого пара, горячих газов и воздуха, растворов щелочей и слабых растворов кислот, аммиака, масел и нефтепродуктов при температуре до 450° С. Коэффициент трения паронита по металлу

Упругость паронита невелика. При контактном давлении свыше 320 кгс/см 2 все неплотности в материале устраняются. Релаксация напряжений в период, ближайший после затяга, значительна. После обжатия при контактном давлении 700 кгс/см 2 плотность соединения сохраняется и при контактном давлении на прокладке, равном рабочему. Наибольшее.допускаемое контактное давление на паронит 1300 кгс/см 2 . Чтобы улучшить плотность и увеличить сопротивление распору прокладки средой, на уплотняющих поверхностях соединения обычно создают две-три узкие канавки треугольного сечения, в которые паронит вдавливается под действием усилия затяга. Такие канавки делаются и при использовании других неметаллических прокладок. Листы паронита изготовляются толщиной до 7,5 мм. Прокладку целесообразно применять возможно более тонкую, но толщина ее должна быть достаточной для уплотнения при данной шероховатости обработанных поверхностей и площади уплотнения.

Согласно ГОСТ 481-71, паронит листовой выпускается четырех марок: ПОН, ПМБ, ПА и ПЭ (табл. 1.40).

Паронит марок ПОН и ПА испытывается на уплотняющую способность в среде пара при температуре 450° С и давлении 100 кгс/см 2 . Прокладка наружным, диаметром 120 и внутренним 80 мм, смазанная маслографитовой пастой, должна при контактном давлении 225 кгс/см 2 сохранять герметичность в течение 30 мин.

Кроме того, паронит этих марок, а также марки ПМБ испытываются на уплотняющую способность в керосине при температуре 20° С и давлении 150 кгс/см 2 . Прокладка наружным диаметром 120 и внутренним 80 мм, смазанная маслографитовой пастой, при контактном давлении 324 кгс/см 2 должна сохранять герметичность в течение 30 мин.

Листы паронита имеют размеры от 0,3X0,4 до 1,5X3,0 м. толщина листов от 0,4 до 7,5 мм. Каждая из марок паронита имеет свой диапазон размеров и толщин.

Пластмассы для прокладок применяются в арматуре, работающей при невысоких температурах. Пластикат полихлорвиниловый по эластичности наиболее близко подходит к резине, используется для арматуры в химическом производстве при сравнительно узком интервале температур (от -15 до +40° С). Полиэтилен в качестве прокладок может использоваться при температуре среды от -60 до +50° С. Фторопласт-4 и фторопластовый уплотнительный материал (ФУМ), выпускаемый в виде шнуров различных профилей и сечений, применяются для температур от -195 до +200° С. Винипласт как прокладочный материал используется ограниченно.

Некоторые данные по неметаллическим прокладочным материалам приведены в табл. 1.41.

Металлические материалы. Металлические прокладки изготовляются в виде плоских колец прямоугольного сечения из листового материала или в виде колец фасонного сечения из труб или поковок. К последним относятся линзовые прокладки чечевичного сечения, прокладки сечением в виде овала, расположенного параллельно оси прокладки, и гребенчатые прокладки, имеющие сечение прямоугольника с треугольными выступами в виде гребенки. Помимо этого изготовляются комбинированные прокладки, состоящие из мягкой сердцевины (асбеста или паронита), облицованной листовым материалом из алюминия, малоуглеродистой стали или коррозионностойкой стали OX 18H9 или X18Н ЮТ.

Достоинства металлических прокладок: достаточная плотность при высоких давлениях и температурах среды, коэффициент линейного расширения близок к коэффициенту линейного расширения материала фланца и шпилек или болтов, они могут быть использованы несколько раз после соответствующего ремонта. К недостаткам следует отнести: необходимость создания больших усилий для обеспечения плотности соединения, относительно низкие упругие свойства, значительная релаксация напряжений и относительно высокая стоимость изготовления. В табл. 1.42 приведены некоторые сведения о металлах, применяемых для изготовления прокладок арматуры

1.40. Условия применения паронита (по ГОСТ 481-71)

1. 41. Неметаллические материалы для изготовлений прокладок

1.42. Металлы, применяемые для изготовления прокладок

К уплотнительным прокладкам манометрических приборов предъявляются специфические требования, исходя из температуры и давления измеряемой среды, ее агрессивности. Материал прокладок должен быть упругим, эластичным, легко деформироваться с целью обеспечения минимальных усилий при воздействии на резьбовые соединения деталей. Вместе с тем его прочность должна быть достаточной, чтобы при уплотнении соединения не происходило раздавливание прокладки или выжимание ее в сторону от уплотняемых поверхностей действием давления измеряемой среды.

Уплотнительные прокладки можно подразделить по материалу, форме профиля, месту установки.

На рис.5.50 показаны различные варианты установки прокладок в гнезде присоединительного штуцера манометра при уплотнении: по плоскости, по соску и по внешнему диаметру посадочного гнезда.

Рис.5.50. Схемы установок прокладок под манометрические приборы при уплотнении: а - по плоскости; б - по соску; в - по внешнему диаметру посадочного гнезда.

Наиболее распространены в нашей стране прокладки и непосредственно сами уплотнения по посадочной плоскости присоединительного штуцера манометра и его посадочного гнезда. Они наиболее просты в технологии изготовления и не требуют высокой квалификации в монтаже. Однако относительно большие площади уплотняемых поверхностей требуют существенных усилий, прилагаемых к резьбовому соединению. Снижение нагрузки на резьбу может обеспечиваться более мягким материалом прокладки и уменьшением площади уплотняемых поверхностей, что достигается изготовлением ребристой, как правило, кольцевой поверхности торца присоединительного штуцера и плоскости посадочного гнезда. Обычно в зависимости от диаметра производят одну или две торцевых проточки, что существенно повышает эффективность соединения. форме профиля уплотнительные прокладки можно подразделить на плоские, плоские с гранями, круглые, ромбовидные, в виде шестигранника, звездочатые (рис.5.51).

Рис.5.51. Виды форм профиля уплотнительных прокладок: а - плоские; б - плоские с гранями; в - круглые; г - ромбовидные; д - в виде шестигранника; е - звездочатые.

Форму профиля прокладки выбирают в зависимости от величины рабочего давления, агрессивности среды и, соответственно, материала. Так, например, плоские прокладки (рис.5.51а) из неметаллических материалов применяют для не очень больших давлений.

Материал для прокладки определяется свойствами измеряемой среды, включая агрессивность и температуру, рабочим давлением. В табл. 5.4 представлены, как пример/5-8/, материалы для выбора прокладок в зависимости от измеряемой среды, рабочего давления и температуры.

Таблица 5.4

Необходимо помнить, что при работе с агрессивными средами, а также со средами, которые имеют повышенную активность по отношению к медьсодержащим материалам (например, с ацетиленом), не допускается применение прокладок из меди и медных сплавов, содержащих более 70 % этого металла. Недопустим также контакт медных сплавов с аммиаксодержащими средами (см. гл. 2).

Неметаллические материалы для изготовления прокладок могут быть различными.

Паронит изготавливается из асбеста и каучука путем вулканизации и вальцевания большим давлением. Он содержит 60…70% асбестового волокна, 12…15% каучука, 15…18% минеральных наполнителей и 1,5…2% серы. Паронитовые прокладки используются для герметизации соединений импульсных линий, арматуры и подключения манометрических приборов, работающих в среде насыщенного и перегретого пара, высокотемпературных газов, воздуха, растворов щелочей и слабых растворов кислот, аммиака, масел и нефтепродуктов при температурах до 450оС. Паронит листовой выпускается следующих марок: ПОН, ПМБ, ПА, ПЭ, ПС и ПСГ. Упругость паронита невелика. Однако относительно высокая плотность позволяет применять паронитовые прокладки для больших давлений.

Паронит в своем составе имеет асбест, что не приветствуется современным здравоохранением. Посему в мире разработана большая номенклатура не содержащих асбест различных материалов для изготовления прокладок, включая графитсодержащие, работающие при более высоких температурах.

Фибра листовая представляет собой бумагу или целлюлозу, обработанную хлористым цинком и затем подвергшуюся каландрированию. Применяется для таких сред, как керосин, бензин, смазочные масла, кислород, углекислоты и др. для температур до 100° С. Уплотнительные прокладки из фибры, по отзывам производственников, отличаются высокой износостойкостью, долговечностью, обеспечивают герметичность соединения даже при небольшом усилии сжатия.

Фторопласт-4 является полимером тетрафторэтилена. Как свидетельствуют многие публикации по химической стойкости фторопласт-4 превосходит все химически стойкие полимеры, включая золото и платину. Устойчив против химического действия всех минеральных и органических кислот, щелочей, органических растворителей, окислителей и других агрессивных сред. Разрушается лишь под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора. По внешнему виду фторопласт-4 напоминает парафин, имеет белую и скользкую поверхность. Не смачивается водой и не набухает. Температура эксплуатации составляет от -195 до +250оС. Однако фторопласт-4 обладает повышенной ползучестью, увеличивающейся с ростом удельной нагрузки и температуры. Существенным недостатком фторопласта является не восстановление начальной формы после механического и высокотемпературного воздействия.

Для небольших давлений в качестве материалов может также использоваться кожа, фибра.

При применении металлических прокладок металл прокладок не должен пластически деформировать уплотняющие поверхности. Поэтому металл прокладки должен иметь твердость и предел текучести ниже, чем металл присоединительного штуцера манометрического прибора или подсоединяемой арматуры. Так, например, медь для прокладок применяют отожженную.

Основные металлы, наиболее часто применяемые для изготовления прокладок, приведены в таблице 5.1/5-9/.

Основные материалы, применяемые для изготовления уплотнительных прокладок/5-9/

Таблица 5.5.

Для изготовления прокладок возможно применение стали углеродистой специального исполнения 05кп (специальная), которая обеспечивает уплотнение при давлениях до 63 МПа и температурах до 530оС.