Uszczelka

Ten artykuł dotyczy uszczelnień mechanicznych. W przypadku innych zastosowań zobacz Uszczelka (ujednoznacznienie) .
Jakieś uszczelki i uszczelki

Uszczelka to uszczelnienie mechaniczne , które wypełnia przestrzeń między dwiema lub więcej współpracującymi powierzchniami, ogólnie w celu zapobiegania wyciekom z lub do połączonych przedmiotów podczas ściskania . Jest to odkształcalny materiał, który służy do tworzenia uszczelnienia statycznego i utrzymywania tego uszczelnienia w różnych warunkach pracy w zespole mechanicznym.

Uszczelki pozwalają na „niedoskonałe” przyleganie powierzchni części maszyn, w których mogą wypełniać nierówności. Uszczelki są powszechnie produkowane przez cięcie z materiałów arkuszowych. Biorąc pod uwagę potencjalne koszty i konsekwencje dla bezpieczeństwa wadliwych lub nieszczelnych uszczelek, bardzo ważne jest, aby wybrać odpowiedni materiał uszczelki, aby pasował do potrzeb zastosowania.

Uszczelki do określonych zastosowań, takich jak wysokociśnieniowe systemy parowe, mogą zawierać azbest . Jednak ze względu na zagrożenia dla zdrowia związane z narażeniem na działanie azbestu, tam gdzie to możliwe, stosuje się uszczelki bezazbestowe.

Zwykle pożądane jest, aby uszczelka była wykonana z materiału, który jest w pewnym stopniu plastyczny, tak że jest w stanie odkształcać się i szczelnie wypełniać przestrzeń, dla której jest przeznaczona, łącznie z niewielkimi nieregularnościami. Niektóre rodzaje uszczelek wymagają szczeliwa nałożonego bezpośrednio na powierzchnię uszczelki.

Niektóre uszczelki (rurowe) są wykonane w całości z metalu i opierają się na powierzchni osadzenia w celu uzyskania uszczelnienia; wykorzystywane są własne właściwości sprężyste metalu (do granicy plastyczności materiału σ y , ale nie przekraczającej ). Jest to typowe dla niektórych „połączeń pierścieniowych” (RTJ) lub innych systemów metalowych uszczelek. Połączenia te są znane jako złącza ściskane typu R-con i E-con.

Uszczelka z politetrafluoroetylenu (PTFE).

Nieruchomości

Uszczelka ze sprężonego włókna

Uszczelki są zwykle wykonane z płaskiego materiału, arkusza takiego jak papier , guma , silikon , metal , korek , filc , neopren , kauczuk nitrylowy , włókno szklane , politetrafluoroetylen (inaczej znany jako PTFE lub teflon) lub polimer z tworzywa sztucznego (taki jak polichlorotrifluoroetylen ). .

Jedną z bardziej pożądanych właściwości skutecznej uszczelki w zastosowaniach przemysłowych dla materiału uszczelki ze sprasowanych włókien jest zdolność do wytrzymywania dużych obciążeń ściskających. Większość zastosowań uszczelnień przemysłowych obejmuje śruby wywierające kompresję w zakresie 14 MPa (2000 psi ) lub wyższym. Ogólnie rzecz biorąc, istnieje kilka truizmów , które pozwalają na lepsze działanie uszczelki. Jednym z bardziej wypróbowanych i przetestowanych jest: „Im większe obciążenie ściskające wywierane na uszczelkę, tym dłużej będzie ona trwała”.

Istnieje kilka sposobów pomiaru zdolności materiału uszczelki do wytrzymania obciążenia ściskającego. „Test kompresji na gorąco” jest prawdopodobnie najbardziej akceptowanym z tych testów. Większość producentów materiałów uszczelniających dostarcza lub publikuje wyniki tych testów.

Projekt uszczelki

Uszczelki są dostępne w wielu różnych wersjach w zależności od zastosowania przemysłowego, budżetu, kontaktu chemicznego i parametrów fizycznych:

Uszczelki blaszane

Uszczelka zawierająca biały azbest , zdemontowana podczas projektu przebudowy w Niemczech. Części zawierające azbest należy zdemontować i zutylizować ostrożnie, w tym przypadku zgodnie z BAuA TRGS 519 dotyczącymi obchodzenia się z azbestem podczas prac rozbiórkowych, rekonstrukcyjnych lub konserwacyjnych

Uszczelki można wytwarzać poprzez wykrawanie wymaganego kształtu z arkusza płaskiego, cienkiego materiału, w wyniku czego powstają uszczelki arkuszowe . Uszczelki płaskie są szybkie i tanie w produkcji i mogą być wytwarzane z różnych materiałów, między innymi z materiałów włóknistych i grafitu matowego (aw przeszłości ze sprasowanego azbestu ). Uszczelki te mogą spełniać różne wymagania chemiczne w zależności od obojętności zastosowanego materiału. Bezazbestowy arkusz uszczelek jest trwały, wykonany z wielu materiałów i gruby. Przykładami materiałów są kauczuki mineralne, węglowe lub syntetyczne, takie jak EPDM, nitryl, neopren, naturalny, wkład SBR — z których każdy ma unikalne właściwości odpowiednie do różnych zastosowań. Zastosowania z uszczelkami arkuszowymi obejmują kwasy, żrące chemikalia, parę wodną lub łagodne środki żrące. Elastyczność i dobry powrót do stanu pierwotnego zapobiegają pęknięciom podczas montażu uszczelki płytowej.

Uszczelki z litego materiału

Ideą litego materiału jest użycie metali, których nie można wykrawać z arkuszy, ale których produkcja jest wciąż tania. Uszczelki te mają na ogół znacznie wyższy poziom kontroli jakości niż uszczelki płytowe i generalnie mogą wytrzymać znacznie wyższe temperatury i ciśnienia. Kluczową wadą jest to, że lity metal musi być mocno ściśnięty, aby zrównał się z kołnierza i zapobiegł wyciekom. Wybór materiału jest trudniejszy; Ponieważ stosowane są głównie metale, zanieczyszczenie procesu i utlenianie stanowią ryzyko. Dodatkową wadą jest to, że zastosowany metal musi być bardziej miękki niż kołnierz — aby zapewnić, że kołnierz nie wypaczy się, a tym samym uniemożliwi uszczelnienie z przyszłymi uszczelkami. Mimo to uszczelki te znalazły niszę w przemyśle.

Uszczelki spiralne

Uszczelki spiralnie zwijane składają się z mieszanki materiału metalicznego i wypełniacza. Ogólnie rzecz biorąc, uszczelka ma metal (zwykle wysokowęglowy lub stal nierdzewną ) zwiniętą na zewnątrz w okrągłą spiralę (możliwe są inne kształty) z materiałem wypełniającym (zwykle elastycznym grafitem) nawiniętym w ten sam sposób, ale zaczynając od przeciwnej strony. Powoduje to naprzemienne warstwy wypełniacza i metalu. Materiał wypełniający w tych uszczelkach działa jako element uszczelniający, a metal zapewnia wsparcie konstrukcyjne.

Uszczelki te okazały się niezawodne w większości zastosowań i zapewniają mniejsze siły docisku niż uszczelki pełne, choć kosztują więcej. [1]

Uszczelki o stałym gnieździe

Uszczelka o stałym naprężeniu gniazda składa się z dwóch elementów; stały pierścień nośny z odpowiedniego materiału, takiego jak stal nierdzewna , oraz dwa elementy uszczelniające z jakiegoś ściśliwego materiału, zainstalowane w dwóch przeciwległych kanałach, po jednym kanale po każdej stronie pierścienia nośnego. Elementy uszczelniające są zwykle wykonane z materiału (ekspandowany grafit, ekspandowany politetrafluoroetylen (PTFE), wermikulit itp.) odpowiedniego do płynu procesowego i zastosowania.

Uszczelki o stałym naprężeniu gniazda wywodzą swoją nazwę od faktu, że profil pierścienia nośnego uwzględnia obrót kołnierza (ugięcie pod napięciem wstępnym śruby). W przypadku wszystkich innych konwencjonalnych uszczelek, podczas dokręcania łączników kołnierza, kołnierz ugina się promieniowo pod obciążeniem, co skutkuje największym ściśnięciem uszczelki i największym naprężeniem uszczelki na zewnętrznej krawędzi uszczelki.

Ponieważ pierścień nośny stosowany w uszczelkach o stałym naprężeniu gniazda uwzględnia to ugięcie podczas tworzenia pierścienia nośnego dla danego rozmiaru kołnierza, klasy ciśnienia i materiału, profil pierścienia nośnego można regulować, aby umożliwić promieniowe równomierne naprężenie gniazda uszczelki cały obszar uszczelnienia. Ponadto, ponieważ elementy uszczelniające są całkowicie ograniczone przez powierzchnie czołowe kołnierzy w przeciwległych kanałach na pierścieniu nośnym, wszelkie działające na uszczelkę siły ściskające podczas eksploatacji są przenoszone przez pierścień nośny i unika się dalszego ściskania elementów uszczelniających, utrzymując w ten sposób „stałe” naprężenie gniazda uszczelki podczas eksploatacji. W ten sposób uszczelka jest odporna na typowe tryby awarii uszczelek, takie jak relaksacja pełzania, wysokie wibracje systemu lub cykle termiczne systemu.

Podstawową koncepcją leżącą u podstaw ulepszonej szczelności uszczelek o stałym naprężeniu jest to, że (i) jeśli powierzchnie uszczelniające kołnierzy są zdolne do uzyskania uszczelnienia, (ii) elementy uszczelniające są kompatybilne z płynem procesowym i zastosowaniem oraz (iii) wystarczająca naprężenie osadzenia uszczelki jest osiągane podczas instalacji niezbędnej do wpłynięcia na uszczelnienie, wówczas możliwość wycieku uszczelki podczas eksploatacji jest znacznie zmniejszona lub całkowicie wyeliminowana.

Uszczelki dwupłaszczowe

Uszczelki z podwójnym płaszczem to kolejna kombinacja materiału wypełniającego i materiałów metalicznych. W tym zastosowaniu rura z końcami przypominającymi literę „C” jest wykonana z metalu z dodatkowym elementem dopasowanym do wnętrza litery „C”, dzięki czemu rurka jest najgrubsza w miejscach styku. Wypełniacz jest pompowany między skorupą a kawałkiem. Podczas użytkowania ściśnięta uszczelka ma większą ilość metalu na dwóch końcach, w których dochodzi do styku (ze względu na interakcję skorupa/element) i te dwa miejsca ponoszą ciężar uszczelnienia procesu. Ponieważ wszystko, czego potrzeba, to skorupa i kawałek, te uszczelki mogą być wykonane z prawie dowolnego materiału, z którego można zrobić arkusz, a następnie można włożyć wypełniacz.

Uszczelki Kammprofile

Uszczelki Kammprofile (czasami pisane jako Camprofile) są stosowane w wielu starszych uszczelnieniach, ponieważ mają zarówno elastyczny charakter, jak i niezawodne działanie. Kammprofile działają dzięki solidnemu falistemu rdzeniowi z elastyczną warstwą wierzchnią. Taki układ pozwala na bardzo wysoki stopień ściśnięcia i wyjątkowo szczelne uszczelnienie wzdłuż grzbietów uszczelki. Ponieważ generalnie grafit zamiast metalowego rdzenia zawiedzie, Kammprofile można naprawić podczas późniejszej bezczynności. Kammprofile wiąże się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi dla większości zastosowań, ale jest to równoważone długą żywotnością i zwiększoną niezawodnością.

Uszczelki typu Fishbone

Uszczelki Fishbone są bezpośrednimi zamiennikami uszczelek Kammprofile i Spiralwound. Są to w pełni maszyny CNC wykonane z podobnych materiałów, ale konstrukcja uszczelek wyeliminowała nieodłączne niedociągnięcia. Uszczelki Fishbone nie rozwijają się podczas przechowywania ani w zakładzie. Zaokrąglone krawędzie nie powodują uszkodzeń kołnierza. Dodany „Stop Step” zapobiega nadmiernemu ściśnięciu/zgnieceniu uszczelek Fishbone, często powodowanym technikami gorącego momentu obrotowego podczas uruchamiania instalacji. Kości uszczelki pozostają plastyczne i dostosowują się do cykli termicznych i skoków ciśnienia w układzie, co skutkuje trwałym i niezawodnym uszczelnieniem kołnierza, które znacznie przewyższa wszystkie inne uszczelki tego rodzaju.

Uszczelka kołnierza

Miedziane uszczelki kołnierzowe stosowane w systemach ultrawysokiej próżni

Uszczelka kołnierzowa to rodzaj uszczelki pasującej między dwoma odcinkami rury , które są rozszerzone, aby zapewnić większą powierzchnię.

Uszczelki kołnierzowe są dostępne w różnych rozmiarach i są podzielone na kategorie według średnicy wewnętrznej i średnicy zewnętrznej.

Istnieje wiele norm dotyczących uszczelek do kołnierzy rur. Uszczelki do kołnierzy można podzielić na cztery główne kategorie:

  1. Uszczelki płytowe
  2. Uszczelki z blachy falistej
  3. Uszczelki pierścieniowe
  4. Uszczelki spiralne

Uszczelki blaszane są proste, docinane na wymiar z otworami na śruby lub bez otworów na standardowe rozmiary o różnej grubości i materiale dostosowanym do mediów i ciśnienia temperaturowego rurociągu.

Uszczelki pierścieniowe znane również jako RTJ. Stosowane są głównie w podmorskich rurociągach naftowych i gazowych i są przeznaczone do pracy pod bardzo wysokim ciśnieniem. Są to solidne metalowe pierścienie o różnych przekrojach, takich jak owalne, okrągłe, ośmiokątne itp. Czasami mają otwór w środku do docisku.

Uszczelki spiralnie zwijane są również stosowane w rurociągach wysokociśnieniowych i są wykonane z pierścienia zewnętrznego i wewnętrznego ze stali nierdzewnej oraz środka wypełnionego spiralnie nawiniętą taśmą ze stali nierdzewnej nawiniętą razem z grafitem i PTFE , uformowaną w kształt litery V. Ciśnienie wewnętrzne działa na powierzchnie V, zmuszając uszczelkę do uszczelnienia powierzchni kołnierza. W przypadku większości uszczelek spiralnie zwijanych stosuje się dwie standardowe grubości uszczelek: 1/8 cala i 3/16 cala. W przypadku uszczelek o grubości 1/8 cala zaleca się ściskanie do grubości 0,100 cala. W przypadku 3/16 cala skompresuj do grubości 0,13 cala.

Uszczelka o miękkim cięciu

Miękka uszczelka to termin odnoszący się do uszczelki, która jest wycięta z miękkiego (elastycznego) materiału arkuszowego i może łatwo dopasować się do nierówności powierzchni, nawet przy niskim obciążeniu śrubą. Miękkie uszczelki są stosowane w aplikacjach takich jak wymienniki ciepła , sprężarki, zawory maski i kołnierze rur.

Uszczelka złącza pierścieniowego (uszczelka RTJ)

Uszczelnienie pierścieniowe (RTJ Seal) to uszczelnienie o wysokiej integralności, wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu do zastosowań w przemyśle naftowym, wierceniu pól naftowych, połączeniach zbiorników ciśnieniowych, rurach, zaworach i innych.

Ruch uszczelnienia pierścieniowego (RTJ) można opisać jako nieregularny przepływ w rowku odkształconego kołnierza uszczelniającego pod wpływem osiowego obciążenia ściskającego. Uszczelka kolorowa (uszczelka RTJ) ma małą powierzchnię obciążenia, co prowadzi do dużego nacisku powierzchniowego między powierzchnią uszczelniającą a rowkiem, właściwości konserwacyjne są złe i nie nadają się do ponownego użycia.

Ulepszenia

Wiele uszczelek zawiera drobne ulepszenia w celu zwiększenia lub wywnioskowania akceptowalnych warunków pracy:

  • Powszechnym ulepszeniem jest wewnętrzny pierścień kompresyjny. Pierścień zaciskowy pozwala na wyższy stopień ściśnięcia kołnierza, jednocześnie zapobiegając uszkodzeniu uszczelki. Efekty pierścienia zaciskowego są minimalne i generalnie są stosowane tylko wtedy, gdy standardowa konstrukcja ma wysoki wskaźnik awaryjności.
  • Powszechnym ulepszeniem jest zewnętrzny pierścień prowadzący. Pierścień prowadzący umożliwia łatwiejszą instalację i służy jako niewielki inhibitor kompresji. W niektórych zastosowaniach alkilowania można je zmodyfikować na uszczelkach z podwójnym płaszczem, aby pokazać, kiedy pierwsza uszczelka zawiodła przez system wykładziny wewnętrznej połączony z farbą alkilującą.

Przyczyny niepowodzeń

Nierównomiernie rozłożona siła nacisku

Nierówne ciśnienie może być spowodowane różnymi czynnikami. Pierwszym z nich jest czynnik ludzki: asymetryczne zastosowanie napięcia wstępnego śruby, co może powodować nierówne ciśnienie. Teoretycznie, gdy kołnierze są dociskane, powierzchnie uszczelniające są całkowicie równoległe, jednak w praktyce linia środkowa rurociągu nie może być całkowicie koncentryczna, a dokręcanie śrub momentem kołnierza powoduje nieciągłość kołnierza. W przypadku połączeń asymetrycznych powierzchnie uszczelniające będą mniej lub bardziej zdeformowane, a ciśnienie zmniejszone, obciążenie robocze, podatne na wycieki. Po trzecie, gęstość rozmieszczenia śrub ma oczywisty wpływ na rozkład ciśnienia, im bliżej śrub, tym bardziej równomierne ciśnienie.

Relaksacja naprężeń i utrata momentu obrotowego

Dokręcić śruby na kołnierzu. Ze względu na wibracje, zmiany temperatury i inne czynniki, takie jak relaksacja naprężeń uszczelki spiralnej, napięcie śruby będzie stopniowo maleć, powodując utratę momentu obrotowego, powodując wyciek. Ogólnie rzecz biorąc, dłuższe śruby i śruby o mniejszej średnicy lepiej zapobiegają utracie momentu obrotowego. Długa, cienka śruba to skuteczny sposób zapobiegania utracie momentu obrotowego. Podgrzewanie przez pewien czas w celu rozciągnięcia śruby, a następnie utrzymywanie zadanego momentu obrotowego jest bardzo skuteczne w zapobieganiu utracie momentu obrotowego. Gdy uszczelka jest cieńsza i mniejsza, nastąpi większa utrata momentu obrotowego. Ponadto należy zapobiegać silnym wibracjom maszyny i samej rury oraz izolować je od wibracji sąsiednich urządzeń. Uderzenia w powierzchnię uszczelniającą nie są bez znaczenia. Nieuderzanie w dokręcone śruby może zapobiec utracie momentu obrotowego.

Powierzchnia nie jest gładka

Ważne jest, aby wykonać odpowiednie wykończenie uszczelnienia, w przeciwnym razie może dojść do wycieku. Zbyt gładka powierzchnia może spowodować wydmuchanie materiału uszczelki pod ciśnieniem. Powierzchnia, która nie jest obrobiona na płasko, może powodować wycieki. Dobrą zasadą jest obróbka powierzchni do 32RMS. Dzięki temu powierzchnia jest płaska, ale z wystarczającym wykończeniem powierzchni, aby wbić się w uszczelkę podczas ściskania.

Uszczelka wzmocniona metalem

W przypadku uszczelek powlekanych metalowym rdzeniem obie strony rdzenia są pokryte elastycznym, ciągliwym uszczelniaczem. W klasie ciśnieniowej do 300 występują wzmocnione uszczelnienia metalowe. Mocny metalowy rdzeń zapobiega uszczelnieniom ciśnieniowym, a miękki rdzeń zapewnia wyjątkową szczelność.

Zobacz też

Źródła

  • Bickford, John H.: Wprowadzenie do projektowania i zachowania połączeń śrubowych , wyd. 3, Marcel Dekker, 1995, s. 5
  • Latte, Dr. Jorge i Rossi, Claudio: High Temperature Behavior of Compressed Fibre Gasket Materials, and an Alternative Approach to the Prediction of Gasket Life , FSA przedstawiła artykuł, 1995, s. 16
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gasket&oldid=1137709353 ”