<== Возврат к разделу 2.1
2.1.1 Уплотнения неподвижных соединений (УН)
Разъемные неподвижные соединения наиболее характерны для аппаратов и трубопроводов химических производств. Уплотнение таких соединений (обтюрация) достигается сжатием уплотняемых поверхностей непосредственно друг с другом или через уплотняющие устройства из более мягкого материала (беспрокладочная или прокладочная обтюрация). Сжатие производится с помощью болтов и шпилек (во фланцевых соединениях) или резьбы (в резьбовых соединениях). Неметаллические прокладки (из резины, пластмасс, картона) за счет предварительного сжатия и поджатия давлением рабочей среды входят в микронеровности механической обработки соединения, а металлические прокладки и уплотняемые поверхности в беспрокладочной обтюрации – упруго деформируют неровности соединения, обеспечивая запирание рабочей среды за счет поверхностного натяжения жидкости в капиллярных зазорах между деталями уплотнения.
Наиболее популярные типы обтюраций и соответствующие им характеристики рабочей среды приводятся в справочниках. Например, с прокладками прямоугольного сечения между плоскими поверхностями (рисунок 2.1а), которые пригодны для малоагрессивных сред, при давлениях рс£ 2.5 МПа и температурах tc£ 540 оС. Обтюрации с такими же прокладками в выступ-впадине (рисунок 2.1б) пригодны для малоагрессивных сред при 1 < рс£ 20 МПа и tc£ 540 оС, а с прокладками прямоугольного или круглого сечения в шип-пазу (рисунок 2.1в) - для агрессивных, токсичных, взрыво-пожароопас-ных сред при рс £ 40 МПа и tc£ 540оС, а также при вакууме и tc£ 250 оС. Беспрокладочная обтюрация с плоскими уплотняемыми поверхностями (рисунок 2.1г) пригодна для любой среды при рс£ 150 МПа и температурах, определяемых термостойкостью материала.
Для основных видов прокладок, применяемых в химической аппаратуре, в справочниках указываются типы обтюраций, где прокладка может быть использована, материалы, из которых она может быть изготовлена, и рекомендуемые условия применения (Dу - внутренний диаметр уплотняемого соединения, рс и tc). Например, для прокладок прямоугольного сечения:
- резиновых и картонных -Dу£ 3 м, рс£ 0.6 МПа, -30 £ tc£ 100 оС;
- паронитовых - Dу£ 3 м, рс£10 МПа, -200 £ tc£ 400 оС;
- фторопластовых - Dу£ 1 м, рс£10 МПа и вакуум, -200 £ tc£ 250 оС.
Для прокладок круглого сечения:
- из вакуумной резины - 50 £Dу£ 1000 мм, рс£ 0.1 МПа, -30 £ tc£ 100 оС;
- металлических (из алюминия, меди, латуни): Dу£ 200 мм, 2.5 £ рc£ 10 МПа, -200 £ tc£ 300 оС.
Кроме того, в справочниках даются рекомендации по определению наружных диаметров прокладок для случаев, когда уплотняемые поверхности не плоские (выступ-впадина, шип-паз), и по чистоте обработки уплотняемых поверхностей. Например, наружный диаметр прокладки круглого сечения для обтюрации типа шип-паз при Dу = 200 мм и рc£ 10 МПа равен 259 мм, а чистота обработки уплотняемых поверхностей фланцев стальных аппаратов, трубопроводов и арматуры для прямоугольных и круглых прокладок должна быть не ниже Ñ4.
Замечание: при выборе типа обтюрации следует помнить, что резиновые прокладки допускают многократную разборку соединений, паронитовые, фторопластовые – несколько (3¸4) разборок, картонные следует менять после каждой разборки, металлические прокладки, а также беспрокладочные обтюрации, после каждой разборки требуют дополнительной шлифовки.
Наиболее популярное неподвижное разъемное соединение в химическом оборудовании - фланец (аппарата, трубопровода), стягиваемый болтами или шпильками.
Расчет прокладок во фланцах включает выбор типа обтюрации, вида и материала прокладки исходя из заданных значений Dу, рс и tc, а затем - определение пригодности выбранной прокладки для данного соединения в следующем порядке:
1. Определение эффективной ширины прокладки bэ. Для прокладок круглого сечения bэ= d2 (диаметру сечения), для прямоугольных 
, где b – ширина прокладки.
2. Определение удельной утечки рабочей среды через единицу периметра уплотняемого соединения:
м3/м/с,
где Rz - шероховатость поверхностей уплотняемого соединения (определяется классом чистоты обработки уплотняемых поверхностей, например при Ñ3 Rz=40, Ñ4 - 25, Ñ, Ñ6 - 10, Ñ7 - 5 мкм) ,
q - удельное давление, которое необходимо создать на поверхности прокладки для обеспечения герметичности (для резины q = 1.5, для картона, паронита, фторопласта q = 20, для меди q = 90 МПа),
Е - модуль упругости материала прокладки (для резины - 7, паронита и фторопласта - 150, для меди - 120000 МПа),
mс= mат×(1+0.03×рс×10-6) - вязкость рабочей среды при давлении рс,
mат - вязкость среды при атмосферном давлении.
Замечание: допустимую величину удельной утечки характеризует класс негерметичности уплотнения: классу 1-1 соответствует Q £ 5×10-13,
классу 1-2 – Q £ 5×10-12 м3/м/с,
классу 2-1 – Q £ 5×10-11 м3/м/с,
классу 2-2 – Q £ 5×10-10 м3/м/с,
классу 3-1 – Q £ 2.5×10-9 м3/м/с.
3. Расчет нагрузки, необходимой для начального смятия прокладки при затяжке уплотнения:
Pз = p×Dп×bэ×q ,
где Dп - средний диаметр прокладки.
4. Расчет нагрузки на уплотнение от внутреннего давления (если оно превосходит наружное, иначе пункт пропускается):
Рв = (рс×p×Dп2 /4 + p×Dп×bэ×k×рс)×[s]20/[s]t,
где k - отношение удельного давления на прокладку к внутреннему давлению, необходимое для обеспечения герметичности (для резины k = 1, для картона, паронита, фторопласта k = 2.5, для меди, латуни k = 4.75),
[s]20,[s]t- допускаемые напряжения материала фланца при 20 оС и tс.
Для соединительных фланцев трубопроводов, где отсутствует сплошная крышка, первое слагаемое равно 0.
5. Расчет допустимой нагрузки на 1 болт или шпильку: qб = [s]t×p×dо2/4, где dо - внутренний диаметр резьбы,
[s]t - допускаемое напряжение материала болта или шпильки при температуре tс.
6. Определение необходимого числа болтов или шпилек:
nб = max{Pз,Pв}/qб
и округление его до большего целого. Если на фланце удастся разместить nб стяжных струбцин (или оно не больше имеющегося числа отверстий) то прокладка выбрана правильно.
Часто решается обратная задача: определение необходимой ширины или диаметра прокладки, обеспечивающей заданную утечку.
<== Возврат к разделу 2.1
