Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Таблица 3.14

Условия применения прокладок из пароиита

Марка паронита

Среда

р, МПа

Вода пресная

Водные растворы солей

Спирты

Тяжелые нефтепродукты Легкие нефтепродукты

250 100 150 200 150

2,5 . 1,6 6,4 2,5

Спирты

Аммиак жидкий Жидкий кислород

-40 -182

150 150

1,6 2,5 0,25

Пар водяной Воздух

Сухие нейтральные и инертные газы

450 100 450

6,4 1,0 6,4

Вода морская Рассолы

Легкие нефтепродукты Тяжелые нефтепродукты Минеральные масла

50 50 200 300 150

4 10 2,5 2

Аммиак жидкий и газообразный Воздух

Сжиженные и газообразные углеводороды С]-С5 Коксовый газ

Кислород и азот газообразные

-40 -50 -40

150 200 -НбО

490 150

2,5 1,6 1,6

6,4 5

Вода пресная Тяжелые нефтепродукты Легкие нефтепродукты Водяной пар

Воздух, нейтральные и инертные сухие газы

250 400 200 450 250

10 7,5 7,5

10 7,5

Щелочи с концентрацией до 400 г/л Азотная кислота 10%-ная

180 100

2,5 2,5

где ki - Коэффициент, учитывающий проникающую способность среды (для керосина, бензина и гелия ki = 2; для воздуха и пара ki = 1,5; для остальных жидкостей ki = 1); /сг и /сз - коэффициенты, зависящие от материала прокладки (для фторопласта, полиэтилена, эбонита, винипласта и текстолита /сг = 18 МПа; кз = 0,9; для резины, пластиката кг = = 4 МПа; сз = 0,6).

Для прокладок из фторопласта-4 рекомендовано назначать р = р + 5, МПа, для прокладок из поликапро-

лактама, полиамида 68, фторопласта-3 - РкО = (2...4)р [78], для прокладок из паронита - в зависимости от толщины Н [78]:

Я, мм . . . 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2 3 Рко, МПа . 80 60 42 34 28 24 20

После проверки контактного давления с учетом изгибающего трубопровод момента М и силы давления pSa [см. уравнение (3.13)] может потребоваться увеличить значение рко- Для сохранения герметичности паронитовых и фторо-

пластовых прокладок в рабочих условиях следует назначать коэффициент запаса п = рк/р = 2,5... 3 [79]. Влияние толщины Я и ширины / прокладки учитывают формулой РкО = Лр/уН\fl [78], где для прокладок из картона .4 = 3, из фибры А = 2.. Л. Толщина прокладок Я из фторопласта-4 в зависимости от Dy трубопровода:

Dy, мм . .До 80 80-130 130-250 Св. 250 Я, мм . . . 0,8 1,0 2,0 3,0

Предельное допустимое контактное давление Рктах определяется предельным давлением рабочей среды рах, МПа, которое может выдерживать прокладка:

резинотканевая ........ 20

паронитовая (см. также табл. 3.14) . . 130

из асбестового картона ..... 130

фторопластовая........(см.

табл. 3.15)

Пластмассовые прокладки применяют при невысоких температурах среды. Прокладку из полиэтилена используют при 9 = - 60...-1-50°С, из поливинил-хлоридного пластиката, в химических производствах - при 9 = -15... -1-40 °С (см. подразд. 2.3).

Фторопласт-4 (см. подразд. 2.3, табл. 3.15) благодаря исключительной химической стойкости широко применяют в качестве прокладочного материала

Таблица 3.15

Предельно допустимые контактные давления для прокладок из фторопласта-4 [78]

Значения Рктах, МПа, для соединения

Температура, °С

открытого

фланцевого

закрытого и типа шип -паз при радиальном зазоре, мм

0-0,1

0,2-0,3

0,5-0,7

-190 -t-20

-Н50

-НЮО -1-150 -Н200 -Н225

18 14 10

20 16 12

20 12

для различных агрессивных сред (за исключением расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора). Фторопластовый уплотнительный материал (ФУМ), выпускаемый в виде шнуров различных профилей и сечений, применяют при 9 = - 195... -Ь 200 °С.

Асбест - минерал волокнистого строения, на основе которого изготовляют прокладочные материалы. При обработке асбест распадается на тончайшие прочные волокна, в соответствии с длиной которых маркируют его сорта. По химическому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния (хризотил-асбест), железа, кальция и натрия. Потеря кристаллизационной воды при высоких температурах приводит к разрушению структуры кристаллов асбеста. Хризотил-асбест полностью разрушается при 700 °С, при 550°С-в течение года, до 400 °С свойства хризотил-асбеста сохраняются длительно. Хризотил-асбест является основным материалом для изготовления прокладочных материалов - паронита, армированного полотна, асбестового картона, феронита. Хризотил-асбест плохо противостоит воздействию сильных минеральных кислот, но может применяться в слабых кислотах и многих щелочных растворах.

Разновидности асбеста - крокидолит и антофилит используют для изготовления кислотоупорных прокладок.

Паронит - наиболее универсальный прокладочный материал, изготовляемый вулканизацией смеси асбеста, каучука и наполнителей (некоторые сорта не вулканизуются). Марки, условия применения и качество паронита регламентирует ГОСТ 481-80. Листы паронита выпускают толщиной 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 7,5 мм, марок: ПОН и ПОН-1 -паронит общего назначения; ПМБ и ПМБ-1 - паронит маслобензостойкий; ПА - паронит, армированный сеткой; ПЭ - паронит электролизерный; ПК - паронит кислотостойкий.



Кроме того, изготовляют ПС и ПСГ - парониты специальные.

Условия применения паронита (диапазон температур и допустимое давление) в различных средах указаны в табл. 3.14.

Кроме листовых прокладок из паронита изготовляют спирально-навитые прокладки СНП. Наибольшее допускаемое контактное давление для паронита 130 МПа. После затяжки соединения с прокладкой наблюдается значительная релаксация напряжений в материале. Для обеспечения герметичности в зависимости от толщины прокладки РкО = 20...80 МПа, на фланцах рекомендуется выполнять две-три мелкие канавки треугольного сечения.

Армированное асбестовое полотно (ГОСТ 2198-66) - прорезиненная ткань, изготовленная на основе латунной проволоки и асбестовой ровницы, скрученной в нить с латунной проволокой. Из него изготовляют прокладки толщиной 0,6; 0,7; 1,1 мм, работающие в среде воды и нефтепродуктов (например, в двига-телестроении), при 9<--150°С и р 6 МПа. При затяжке фланцев прокладки из этого материала дают усадку в зависимости от рк: 0,15...0,25 мм при Рк = 10 МПа; 0,3...0,35 мм при Рк = 40 МПа.

Фибра - материал, изготовляемый из специальной бумаги - основы, пропитанной концентрированным раствором обычно хлористого цинка. Механические свойства: модуль упругости при сжатии 5-8000 МПа, твердость НВ 10-30, теплостойкость по Мартенсу 60-70°С. Фибра не растворяется в керосине, бензине, спирте, ацетоне, но разрушается под действием серной, азотной и соляной кислот. Основной недостаток фибры - высокая гигроскопичность, для снижения которой фибру пропитывают маслом, парафином и смолами. Для прокладок применяют листовую фибру марок ФТ, ФСВ, ФКДГ по ГОСТ 14613-83. Для прокладок, работающих в среде кислорода, применяют прокладочную кислородостойкую

фибру ФПК. Для работы в воде, масле и керосине применяют мягкую кожеподобную фибру ФГК толщиной 0,5 - 2,5 мм, получаемую пропиткой фибры касторовым маслом и глицерином.

Бумага кабельная (ГОСТ 645 - 79) и полуватман являются наиболее дешевыми и доступными прокладочными материалами. Их применяют для уплотнения пьгяе- и брызгозащищенных соединений. Прокладки из специально обработанной бумаги с латексной пропиткой и полуватмана на герметике применяют в среде масел, бензина и воды (при низком давлении).

Картон прокладочный согласно ГОСТ 9347 - 74 выпускают двух марок: А - пропитанный проклеивающими веществами, бензостойкий; Б - непропитанный, стойкий к нефтепродуктам. Прокладки для топливных и масляных систем авиационных двигателей изготовляют из картона, пропитанного желатиногли-цериновыми смесями и касторовым маслом.

Прокладки из металлических материалов. При высоких значениях давления р и температуры 9 среды в широком диапазоне АЭ применяют металлические прокладки: плоские, рифленые, (в частности, гребенчатые), линзовые, а также трубчатые и рессорные кольца.

Выбор материала зависит от условий совместимости и параметров среды [78, 18]:

1) нефтепродукты, масла, нефть, насыщенный и перегретый пар (9 -1-45 °С; р 6 МПа) - углеродистые стали Ст2, СтЗ; питательная вода (9 200°С; р < 10 МПа) - Сталь 20;

2) вода дистиллированная, конденсат, пар (9 < 400 °С), воздух, керосин, масла - коррозионно-стойкие стали; масла, воздух, конденсат и пар (9 250 °С) - латуни;

3) морская вода - бронзы, никель, монель-металл;

4) агрессивные среды - материалы, см. ниже.

Размеры плоских прокладок обычно

определяются размерами стандартных фланцев (ГОСТ 12815 - 80... ГОСТ 12822-80). Усилие затяжки болтов выбирают наибольшим из результатов двух расчетов: 1) расчет рк с учетом монтажных деформаций трубопроводов при р = 0; 2) расчет рк при действии давления среды р [см. уравнение (3.13)]. Начальное контактное давление Рко выбирают на основании ГОСТ 19749-84 или эмпирического уравнения [78]

Рко = (1+0,32 Я)стт, (3.18)

где / = 0,5(Di-Dj); Du D2 - наружный и внутренний диаметры прокладки; Я - высота прокладки; Стт - предел текучести материала. Ориентировочно Рко = (2,3... 4,0) ст-Гребенчатые прокладки (см. рис. 3.25,6) контактируют с фланцами треугольными кольцевыми выступами - гребешками, расположенными с шагом t = 1,5 мм и имеющими на вершинах площадки шириной 0,15...0,23 мм. Необходимое контактное давление создается при удельном усилии обжатия = P.4/(nZ)cp) в 2-2,5 раз меньше, чем в плоских прокладках. Гребенчатые прокладки, изготовляемые из алюминия, меди, железа, низкоуглеродистых и высоколегированных сталей, применяют при Ру < 14 МПа и 9< 570°С [17]. В судостроении применяют прокладки xDi X D2, мм [78]: 20 X 52 X 22; 25 х 59 х 27; 32 х 71 х 32; 40 X 84 X 43; 50 х 95 х 53; 60 х 109 х 63; 70 X 124 X 73; 80 х 138 х 84; 100 х 142 х X 104; 125 X 172 х 129; 150 х 204 х 154; 175 X 232 X 179; 200 х 260 х 204; 225 х X 290 X 229; 250 х 320 х 254.

Толщина прокладок 2 - 4 мм. Фланцы должны быть тщательно обработаны. Усилие затяжки болтов Рл определяют

по условному давлению рку = Рл , где / = 0,5(Di - Di):

= пВРа = TiDplpyi Рку = np/]/l.

Здесь п - эмпирический коэффициент [17]: для легированных сталей п = = 4,2 при рк.у > 30 МПа; для железа и

размером Dy х

углеродистой стали п = 3,8 при рк.у > > 24 МПа; для меди п = 3,5 при Рк.у > 17 МПа; для алюминия п = 2,8 при Рк.у > 14 МПа.

При расчете по контактным напряжениям [17] назначают рко = 4aj (значения От см. табл. 3.13) и соответственно выбирают число гребней. Увеличение давления Рко, необходимое для обеспечения герметичности [см. уравнение (3.13)] при высоких р, может вызвать расплющивание гребешков, что и ограничивает возможные давления среды р. При высоких температурах необходимо учитывать снижение Сту материала.

Линзовые прокладки (см. рис. 3.25, а) - стальные прокладки со сферическими поверхностями (радиусом R см), контактирующие с коническими поверхностями фланцев с углом конуса около 70°, используют для герметизации соединений при высоких давлениях (до 100 МПа) и температурах (до 900 °С). Их изготовляют из низкоуглеродистых и легированных сталей. Контактирующие поверхности линз и фланцев должны быть обработаны до шероховатости с Ra = 0,32 мкм (Рщах = 2 мкм). Рекомендуется электролитическое покрытие линз цинком (10 - 20 мкм). Ориентировочно удельное линейное контактное . усилие для Dy= 6... 45 мм

составляет Ра = 3000 Н/см, для Dy = = 45...200 мм Ра5Ш Н/см [18]. Под действием давления среды линзовая прокладка деформируется, расклинивая стык, при этом незначительно увеличивается рк и герметичность. Эффект самоуплотнения повышается с увеличением Dy и р. Усилия Ра для уплотнений в газовых средах рассчитывают по эмпирической формуле 1а = К /r~, где К = 300 для водорода и гелия; К = 200 для остальных газов. При высоком давлении среды р нагрузка на болты увеличивается (Pg =

= Рао + Sap) и они удлиняются, поэтому необходимо увеличивать начальное усилие обжатия.



Уплотнения неподвижных соединений

Прокладки и прокладочные материалы

Для стальных деталей рекомендованы эмпирические соотношения [18] (см. рис, 3.25, а):

J, МПа . 0,6 10 32 Рл, Н/см . 760D„ 920£)„ 1400£)„

Они получены из формулы арЧ8ш(р + р)

70 2400£)„

Р. =

я cos р sin Р

где а, Ъ - эмпирические коэффициенты; р St 8°30 - угол трения; р - угол конуса; D„ - см. рис. 3.25, а.

Спирально-навитые прокладки

(рис. 3.30) представляют собою спирально навитую в кольцо комбинированную ленту, состоящую из фасонного металлического каркаса (ленты толщиной около 0,2 мм) и неметаллического наполнителя (ленты из паронита или асбестовой бумаги). Крайние витки .металлической ленты сваривают между собою. Преимущество этих прокладок - большая упругость, позволяющая им работать в условиях динамических нагрузок, высоких температур и тепловых ударов. Их устанавливают в открытых фланцах с помощью металлических ограничительных колец (рис. 3.30, а) или в закрытых соединениях типа шип - паз. Выпускают [69] прокладки трех типов: I - для эксплуатации в неагрессивных средах (вода, пар) при S< 450°C и р < 25 МПа;

V /


Рис. 3.30. Схема установки (а) » размеры (б) уплотнения со спирально-навитой прокладкой:

I - прокладка; 2 - болт; 3, 5 - опорные кольца; 4 - фланец

II - для эксплуатации в среде кислот, щелочей, окислителей и других агрессивных средах при 9 250 °С и р < < 1,6 МПа; Ш-для эксплуатации в среде пара, сухих газов и других неагрессивных средах при 9 600 °С и р < 25 МПа. Толщина прокладок Я = 5 и 3,2 мм, ширина / = 5...42 мм. Внутренний диаметр =20... 1600 мм.

Спирально-навитые прокладки применяют преимущественно в энергетическом и химическом машиностроении. В судостроении [78] применяют прокладки двух типов: ПСПВ-1 (табл. 3.16) для пара (р<6,6 МПа; 9 450°С) и питательной воды (р = 8 МПа, 9=105°С); ПСПВ-П для пара (р = 6,6 МПа; 9 = 475 °С). Прокладки ПСПВ-1 изготовляют из стальной (12Х18Н10Т) ленты толщиной 0,25 мм и асбестовой бумаги марки АРБ-3. В комплект входят ограничительные кольца из стали 20 и 12Х18Н1 ОТ. Критическое контактное давление для спирально-навитых прокладок оценивают по эмпирической формуле [78] р.о = 40 , где / = 0,5 (Dj - D)-ширина прокладки (для Од = 50... 100 мм /=0,6...0,8 см; для D= 100...250 мм

Таблица 3.16

Размеры, мм, спирально-иавитых прокладок типа ПСПВ-1 (см. рис. 3.30): наружный D„, внутренний диаметры ограничительных колец; D, - наружный, D2 - внутренний диаметры прокладки; Н - 5 мм - высота прокладки; Л = 3 мм - высота внутреннего ограничительного кольца


6) I

Рис. 3.31. Уплотнения трубчатыми кольцами:

а - торцовое в плоском фланце; б - радиальное

/ = 0,9... 1,5 см). Относительная деформация прокладки при монтаже определяется высотой h ограничительного кольца (£ = 0,25). Шероховатость фланцев допускается не ниже Лг=20 мкм.

Трубчатые кольца (рис. 3.31) представляют собою полые тороиды, сваренные встык из трубок. Материалы трубок: коррозионно-стойкая сталь, инко-пель, инкопель-Х, алюминий, монель-металл, медь. Наиболее распространены стальные кольца, покрытые снаружи мягким химически стойким (в зависимости от рабочей среды) материалом. В качестве покрытия применяют [78] фторопласт-4 (для коррозионно-агрессив-ных сред при 9 = - 40... -- 60 °С), серебро и медь (для жидких натрия и калия). Инкопель покрывают серебром, золотом, платиной(9 = -40... --400°С),тугоплавкие металлы - серебром, золотом и платиной (9 = - 30... + 600 °С). Трубчатые кольца изготовляют трех конструктивных видов: I - тороид, заполненный воздухом (р = 7...28 МПа); II - тороид, заполненный инертным газом (р = = 40 МПа); III - тороид, имеющий отверстия, сообщающие внутренюю полость с рабочей средой (см. рис. 3.31, а). Наиболее распространены уплотнения с кольцами третьего вида. При монтаже кольца устанавливают в канавку высотой Я, обеспечивающую относительную деформацию е = (rf - H)/d = 0,20 (кольца больших размеров) или е = 0,35 (кольца малых размеров). Шероховатость контак-

тирующих с кольцом поверхностей должна быть не ниже Ra - 0,63 мкм, дефекты на уплотняемой поверхности не допускаются.

По механизму герметизации трубчатые кольца относят к активным уплотнениям. Начальное контактное давление РкО создается упругой деформацией кольца при монтаже на величину M = ed (d - диаметр трубки), его рассчитывают методами теории тонкостенных оболочек по толщине стенки 5, ti и модулю материала. При действии давления среды р контактное давление рк увеличивается в соответствии с уравнением (3.10), в котором S определяется размерами кольца и свойствами материала. Мини-мально необходимое контактное давление зависит от твердости покрытия кольца [см. уравнение (3.3)]. Минимальные контактные усилия, необходимые для обеспечения герметичности для колец (d = 2,38; 8 = 0,18...0,46 мм) составляют : для коррозионно-стойкой стали Рдо= 36...198 Н/см; для инкопеля Ро = 27...180 Н/см; для алюминия Рдо = 36...63 Н/см [78]. В судостроении применяют кольца с наружным диаметром трубки d = 0,79; 1,59; 2,38; 3,18; 3,97; 4,76; 6,35; 7,94; 7,98; 12,7 мм [78].

Металлические прокладки (см. табл. 3.3 и 3.13; рис. 3.23-3.25).

Алюминий марок АО, АД1, А ДО по ГОСТ 21631-76. Прокладки из алюминия марок АО, АД1 применяют в арматуре для нефтепродуктов, азотной и фосфорной кислот, сернистых газов, сухого хлора. Алюминий АДО применяют в прокладках для резьбовых соединений. Температурный предел работы алюминиевых прокладок от -253 до --150°С. При дальнейшем повышении температуры прочность резко снижается (при 200 °С в 1,5 раза).

Латунь благодаря пластичности и хорошей коррозионной стойкости применяют для кольцевых прокладок в среде воды при 9 = 225...250°С (марка Л62,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76