Виды уплотнений в запорной арматуре

Уплотнения — определение и виды

Уплотнения — определение и виды Уплотнения — определение и виды

Герметичные уплотнения широко применяют во многих направлениях техники и технологий.

От их работоспособности в значительной степени зависят функциональные возможности разных видов оборудования.

В соответствии с «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» уплотнение в трубопроводной арматуре ─ это совокупность сопрягаемых элементов, обеспечивающих необходимую герметичность подвижных или неподвижных соединений деталей и узлов.

Уплотнительная поверхность ─ это поверхность сопрягаемого элемента, контактирующая с уплотнительным материалом или непосредственно с поверхностью другого сопрягаемого элемента при взаимодействии в процессе герметизации.

Уплотнения арматуры выполняют важнейшую функцию, значение которой переоценить невозможно, ведь герметичность определяет надежность трубопроводной арматуры, а потому является ее наиважнейшим качеством.

Герметичность обеспечивают различные уплотнения:

уплотнение затвора арматуры,

сальниковые уплотнения арматуры,

уплотнения между отдельными фрагментами ─ например, крышкой и корпусом.

Есть еще уплотнения соединительных патрубков, где используют материалы для уплотнения резьбовых соединений и материалы для уплотнения фланцевых соединений.

Как свидетельствует статистика, более половины случаев выхода трубопроводной арматуры из строя происходит по причине износа уплотнительных поверхностей, приводящего к снижению герметизирующей способности уплотнительных соединений.

Износ уплотнительных поверхностей ─ явление многогранное, включающее не только наиболее очевидный механический износ, возникающий из-за трения контактирующих поверхностей при открытии и закрытии затвора арматуры, но также коррозионный и эрозионный износ.

Коррозионный износ обусловлен воздействием рабочей среды, а его масштабы ─ ее агрессивностью, т. е. химической активностью, проявляющейся в готовности вступать в химические реакции с материалом уплотнения.

Эрозионный износ уплотнительных поверхностей ─ следствие газодинамического или гидродинамического воздействия на них рабочей среды. Особенно высокой эрозионной стойкостью должны обладать материалы уплотнений трубопроводной арматуры, работающей при высоком давлении.

Наиболее интенсивному износу подвержены подвижные элементы уплотнений. Так, в очень сложных условиях функционируют уплотнительные кольца в самом распространенном типе трубопроводной арматуры ─ задвижках, при каждом открывании-закрывании запорного органа которых имеет место интенсивное трение уплотнительных поверхностей затвора.

Степень износа уплотнительных поверхностей зависит от того, насколько внутренняя структура материала уплотнения способна противостоять действию внешних нагрузок с учетом таких их особенностей, как характер распределения, вид, интенсивность.

Классифицируя материалы, используемые для изготовления трубопроводной арматуры, те из них, которые служат для обеспечения герметичности, часто разделяют на несколько групп ─ уплотнительные, прокладочные, герметизирующие.

Уплотнительные материалы применяют для создания уплотнительных поверхностей затворов трубопроводной арматуры.

Прокладочные, соответственно, для изготовления уплотнительных прокладок.

Герметизирующие — для герметизации узлов прохода через крышку корпуса шпинделя или штока.

Такое разделение, несмотря на то, что всеми перечисленными категориями материалов решается общая задача ─ обеспечить заданную герметичность арматуры ─ объяснимо, поскольку в наборе требований, которым они должны соответствовать, существуют определенные различия.

Пример: наряду с необходимой всем им упругостью, материалы уплотнения затворов обязательно должны обладать антифрикционными свойствами. Но они совсем необязательны для прокладочных материалов.

Источник

Уплотнения в трубопроводной арматуре. Часть I

Арматуру классифицируют не только по виду материала, из которого она изготовлена, целевому назначению, области применения, но и по виду уплотнения.

Она может быть сальниковая или бессальниковая. Арматура с сальниковым уплотнением – это оборудование, у которого герметизация штока или иного подвижного органа обеспечено сальниковым уплотнением. Иная арматура относится к сильфонной и мембранной.

К материалам уплотнений в арматуре предъявляют такие требования как:
низкий коэффициент трения, что увеличивает срок эксплуатации оборудования;

упругость, материал должен вернуться в исходное положение и не должен крошиться в результате воздействия на него нагрузок;

ремонтопригодность;

устойчивость к рабочим средам.

Сальниковые уплотнители

Простая конструкция сальникового устройства сделала его весьма распространенным. А названием своим данное уплотнение обязано сальнику – пропитанному жиром льну, который использовали в прошлом вместо ныне существующих современных материалов. Сальниковое уплотнение (сальник) — уплотнение подвижных деталей (узлов) относительно окружающей среды, в котором применен уплотнительный элемент принудительным созданием в нем напряжений, необходимых для обеспечения требуемой герметичности (ГОСТ Р 52720-2007 Арматура трубопроводная. Термины и определения).

Читайте также: Запорная арматура задвижки вентили краны клапаны
Для производства сальниковых набивок используют такие материалы, как:
натуральные волокна: лубяные культуры или хлопок;

волокно минерального происхождения: асбестовая пряжа;

химические волокна;

минеральные порошки и масла;

металлы.

Выбор того или иного материала основывается на конкретных свойствах рабочей среды, от ее температуры и давления и других факторов.

Диафрагмовые уплотнители

Диафрагмовые уплотнители используют для разграничения рабочих сред и смещения линии раздела при минимальном изменении давления. Исходя из используемых в изготовлении материалов и конструкционных особенностей различают, мембраны и сильфоны.

Сильфон представляет собой гофрированную трубку, выполненную из нержавеющей, коррозионностойкой сталей или стойкого фторопласта, и состоящей из одного или нескольких слоев. Довольно часто такие уплотнения применяют в запорных клапанах или вентилях.

Типы исполнения сильфонов:
с внутренней посадкой бортов;

с внешней посадкой бортов;

с внешним и внутренним диаметром посадки бортов;

с кольцевым армированием.

Мембрана – это плотная эластичная перемычка. Выделяют несколько типов мембранных уплотнителей:
по форме и конструкционным особенностям: конические; плоские; гофрированные; с жестким центром, позволяющие регулировать гибкость; тарельчатые;

по условиям эксплуатации: уплотнительные элементы низкого и высокого давления.

Трубопроводная арматура, где в качестве уплотнителей используют сильфон, имеет более высокую цену и отличается сложностью конструкции. Однако все эти недостатки с лихвой перекрывает надежность данного оборудования (смотри статью).

Источник

Материалы для мягких уплотнений затвора

Благодаря развитию химических технологий мягкие неметаллические материалы сегодня используют в качестве материалов для уплотнения достаточно широко. Хотя нельзя не отметить, что намного раньше появилось мягкое уплотнение затвора трубопроводной арматуры, для этого применяли обыкновенную сыромятную кожу уже в древности.

И сегодня она продолжает служить в качестве материала уплотнительной поверхности затвора, но конкурировать на равных с продуктами современных химических технологий ей очень сложно.

Использование неметаллических уплотнительных материалов с низким модулем упругости позволяет обеспечить требуемую герметичность без значительных усилий уплотнения, сопровождающихся дополнительным нагружением узлов трубопроводной арматуры.

ФТОРОПЛАСТ

Это полимер, обладающий уникальными свойствами, который имеет чрезвычайно высокую устойчивость к воздействию химических сред, обладает отличными прочностными, уплотнительными, антифрикционными, диэлектрическими и антиадгезионными свойствами, имеет способность не терять эти свойства в большом температурном диапазоне.

Теоретический задел для получения полимерных материалов был создан фундаментальной наукой еще в XIX столетии. Но начало продолжающегося до сих пор технологического прорыва приходится на 30-е годы XX столетия. Именно к этому времени относится появление ПВХ (поливинилхлорида) или широко применяемого для изготовления уплотнений трубопроводной арматуры фторопласта (который был получен в 1938 году). Другое название фторопласта – тефлон (является торговой маркой, зарегистрированной компанией DuPont).

Основные свойства фторопласта: твердость, износостойкость, стойкость к деформации, стойкость к теплопроводности, уменьшение коэффициента трения, стойкость к атмосферным и химическим воздействиям, высокая термостойкость, абсолютная инертность к пищевым и биологическим средам.

Высокая стойкость к химическому воздействию, позволяет фторопластовым изделиям длительно противостоять воздействию солнечной радиации, морского тумана, плесневых грибков. Нейтральность по отношению к органическим и неорганическим реагентам.

Фторопластовые уплотнения можно применять в растворах щелочей и кислот, им не страшны протекания керосина, масла, гидравлических жидкостей, повышенные температуры.

Фторопласт не поддерживает горение, и при удалении его из открытого пламени, его горение прекращается. Температура плавления фторопласта – 327 °С.

Фторопласт применяется при изготовлении:

уплотнительных систем в виде уплотнительных колец, манжет, как прокладки из фторопласта, для механических и гидравлических устройств, а также плунжерных и поршневых компрессоров;

емкостей для хранения крови и других изделий в медицинской отрасли;

направляющих конструкций для перерабатывающего пищевые продукты оборудования, для загрузочных автоматов и сборочных конвейеров.

Сегодня фторопласт получил чрезвычайно широкое распространение при устройстве уплотнительных поверхностей затворов трубопроводной арматуры. Фторопласт обладает высокой химической стойкостью и почти безразличен к воздействию кислот, щелочей и растворителей. Он сохраняет свои физико-механические параметры в широком диапазоне температур, имеет низкий коэффициент трения. И при этом экологически безвреден. Есть, правда, один минус – текучесть даже при сравнительно небольших нагрузках. Для улучшения физико-механических показателей его армируют стекловолокном («углеволокном»).

Читайте также: Запорная арматура контроль качества
PEEK

Перспективным материалом для изготовления уплотнений является термопласт PEEK (Poly-etheretherketone или Полиэфирэфиркетон), обладающий высокой износостойкостью и сохраняющий механические свойства при температуре до 300 ℃. Важное качество PEEK – устойчивость к воздействию водяного пара. Его использование позволяет получить износоустойчивое и термостойкое уплотнение.

Широкое распространение получили эластомеры – материалы, которые при приложении небольших усилий способны значительно деформироваться, а после снятия нагрузки немедленно возвращаться в исходное положение.

В качестве материала для уплотнений затворов трубопроводной арматуры используются различные резины. Высокой прочностью и хорошей сопротивляемостью к истиранию обладают резины на основе СКН (бутадиен-нитрильного каучука).

EPDM

Преимуществом этого уплотнителя является возможность долгой работы при низких температурах. Диапазон температур среды колеблется от –40 до +130 ℃, при этом сохраняется прочность, воздухопроницаемость и эластичность. Этот уплотнитель может применяться на довольно агрессивных средах, таких как сильные окислители, слабые кислоты и щелочи, при этом устойчив к тепловому старению. При работе с обыкновенной и морской водой, горячей водой, сжатым воздухом, алкоголем, органическими и неорганическими кислотами, щелочами, абразивными субстанциями эксплуатация качественного поворотного затвора возможна с длительным сроком – более 5 лет. Устойчив к кислотам и щелочам.

Предназначен для работы с морской водой, разбавленными органическими и неорганическими кислотами, щелочами. Ограничения: сухой воздух, бензин, бутан, пропан. Не рекомендуется использовать это уплотнение (ЕПДМ) с минеральными маслами, растительными маслами и жирами.

Китайские поставщики часто вкладывают в свои муфты и клампы уплотнения из EPDM (черные), т. е. черное уплотнение – это еще один параметр по которому можно отличить европейскую поставку от китайской.

Достаточно широко для изготовления седловых уплотнений применяется EPDM – материал уплотнения, относящийся к синтетическим эластомерам.

Этиленпропиленовый каучук или этилен-пропилен-диен-каучук (аббревиатура EPDM означает «Ethylene Propylene Diene Monomer rubber») отличается хорошими механическими свойствами и может работать в широком температурном диапазоне (от –500 ℃ до +150 ℃). Материал устойчив к высокотемпературным и агрессивным рабочим средам – горячей воде, пару, щелочам. СКЭП (двойной) или СКЭПТ (тройной) этиленпропиленовый каучук – русская аббревиатура.

PTFE

Уплотнения для соединительной арматуры из PTFE чаще устанавливаются на фармацевтических и спиртовых производствах, т. к. уплотнения ПТФЕ (PTFE) обеспечивают предельную устойчивость к средам и минимальное взаимодействие с жидким продуктом, предназначен для работы во всех средах кроме соединений на основе фтора под высоким давлением и температурой. Уплотнение очень популярно, также используется в шаровых кранах.

Низкопробное уплотнение способно вступить в реакцию с жидким продуктом, в результате этого, продукт может поменять свой исходный цвет, либо запах, соответственно, может стать непригодным для использования.

NBR

NBR – материал уплотнения, также являющийся эластомером, только на другой основе (акрил-нитрил-бутадиен-каучуковой). Обладает высокой твердостью и достаточно высокой износостойкостью. В уплотнениях затворов трубопроводной арматуры также используется H-NBR – гидрированный акрил-нитрил-бутадиен-каучук.

Стойкость к истиранию – наиболее важное преимущество данного уплотнения. Может долговременно использоваться на температурном интервале от –20 до 90 ℃, а кратковременно от –35 до 120 ℃.

Читайте также: Запорная арматура кн логотип

Трубопроводная арматура с уплотнителем NBR устанавливается на рабочие среды: некоторые виды углеводородов, в том числе с добавками ароматических веществ, нефть, природный газ, метан, бутан, гликоли, морская и обычная вода, воздух минеральные масла, животные и растительные жиры.

Необходимо учитывать, что газопроницаемость у данного уплотнителя довольно высокая, что может приводить к разрыву уплотнителя.

Уплотнение NBR среди уплотнений для муфт – самое дешевое, а также это самое популярное уплотнение в пищевой промышленности. Является бюджетным вариантом для молочного и пивного производства. Выдерживает непродолжительную обработку паром для стерильности до +130 °C. Хорошая стойкость к морской воде, спирту, бензину, пропану, бутану, маслу минеральному. Ограничения: бензол, эфиры, растворители, углеводороды хлорсодержащие.

Силиконовые уплотнения

Рабочая температура – до +100 ℃, выдерживает кратковременное воздействия водяным паром. Не плохо показывает себя и в холоде. Вполне пригоден в производстве алкоголей. Силиконовые уплотнения сильно расширяются (набухают) в результате взаимодействия с агрессивными жидкостями, например, с эфирами или щелочами.

Среди уплотнений для запорной арматуры (например заслонок) дешевле силикон.
Дешевая цена на силиконовое уплотнение обусловлена его слабой устойчивостью к агрессивным средам.

VITON

Это уплотнитель с большим температурным диапазоном– от –20 °C до +200 °C. Применяется для фармацевтического производства. Выдерживает кратковременную обработку паром для стерилизации до +130°C. Предназначен для работы в среде минеральных и растительных масел, животных жиров, с различными видами топлива. Ограничения: перегретый водяной пар, растворители (ацетон), муравьиная кислота, уксусная кислота, газы и щелочи на основе аммиака.

Применяется для агрессивных сред. Этот уплотнитель устойчив к растворителям, кроме ацетона, кислотам и щелочам, горючим агрессивным жидкостям и газам при высоких температурах.

Viton – это торговая марка фирмы Du Pont, другие известные торговые марки Tecnoflon, Fluorel, DaiEl.

Прочие уплотнители

Кроме названных выше уплотнителей для трубопроводной арматуры различают фторкаучуки (FKM, FPM), которые могут работать при очень высоких температурах – до 160 ℃, а кратковременно до 250 ℃. Но их существенным недостатком является низкая стойкость к растворителям, тормозным жидкостям на гликольной основе, не устойчивость к низким температурам и средняя стойкость на разрыв. Их чаще всего используют на следующие среды: углеводороды, нефть и бензин, минеральные масла и кислоты.

FKM / ФКМ

Фторкаучук обладает исключительной стойкостью к высокой температуре, отличной стойкостью к маслам, бензинам, гидравлическим жидкостям и углеводородным растворителям, имеет очень хорошую газо- и паро- непроницаемость, хорошую стойкость к атмосферным влияниям, кислороду, озону и солнечному свету, обладает высоким коэффициентом огнестойкости.

Сополимеризацией фторсодержащих мономеров получают фторкаучуки (или фторорганические каучуки, фторэластомеры). Присутствие фтора делает их термостойкими и устойчивыми к воздействию многих агрессивных сред. В России применительно к этим материалам используется аббревиатура СКФ. Материал уплотнения FKM (Fluorinated propylene monomer) и FPM (Fluorocarbon) – это разные у различных занимающихся стандартизацией организаций, названия одного и того же продукта. FKM (FPM) – материал уплотнения, имеющий набор важных качеств: высокую теплостойкость, хорошую износостойкость и стойкость к абразивному истиранию, химическую инертность.

Сегодня ведется интенсивная работа по повышению функциональных возможностей уплотнений трубопроводной арматуры. Без этого добиться обеспечения ее высоких эксплуатационных качеств не получится. Важным направлением этой работы является создание конструкций комбинированных уплотнений (например, резинометаллических или резинофторопластовых). Чрезвычайно высокими параметрами отличаются многослойные металлографитовые уплотнения.

Важный акцент ставится на разработку новых материалов. Ведь то, насколько успешно уплотнения справятся со стоящими перед ними задачами, и сколь долго они будут сохранять требуемую работоспособность, во многом зависит не только от конструктивного оформления и качества изготовления уплотнений, но и от используемых для их устройства материалов.

Более подробная информация представлена в следующих видеороликах:

Источник