Гарнитури

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 7/2016 • 08.11.2016

Гарнитури
Гарнитури
Гарнитури

Гарнитурите представляват контактни механични уплътнителни устройства, които запълват пространството между две или повече работни повърхнини (най-често плоски повърхнини на неподвижни части или детайли) в една система, за да осигурят херметичност и да предотвратят изтичането на работен флуид или проникването на влага, прах и замърсявания в съответното изделие.

Гарнитури се използват в системи, работещи с налягане, по-голямо от атмосферното, в хидравлични и пневматични задвижвания, тръбопроводни (парови, водни и др.) инсталации, двигатели и бутални машини, машини и транспортни инсталации от хранително-вкусовата и химическата промишленост и др.

Този тип уплътнителна техника намира приложение в редица индустриални отрасли, включително в автомобилостроенето, авиокосмическия сектор, корабоплаването, електрониката, военната промишленост и т. н.

В зависимост от изискванията на приложението се използват меки или твърди гарнитури, изработени от еластични, пластични или твърди материали.

Голяма част от индустриалните системи изискват гарнитури, които да са податливи на пластична деформация, за да запълнят добре пространството между двете насрещни повърхности при промяна на работните условия (например повишаване на налягането в системата).

Тази пластичност на гарнитурите позволява уплътняваните повърхнини да не са съвсем идеални, а всички дефекти и неравности по тях да се попълнят от уплътнителното устройство при деформацията му.

Някои гарнитури изискват полагането на допълнителен слой течен уплътнителен агент (лепило или смазка) при монтирането им върху фланцовите повърхности, за да функционират правилно и да не допускат утечки.

Конструкция и принцип на работа
Гарнитурите типично се изработват във формата на пръстен или уплътнителен лист със специален, предварително изрязан профил, съответстващ на хлабината между двете уплътнявани повърхнини, например за картери, цилиндрови глави, хидравлични панели и др.

Тези устройства създават херметична връзка между два или повече статични детайла в една система или машина и предотвратяват обемните загуби. В индустрията се използват различни гарнитури, проектирани да издържат на високи налягания, температурни колебания, вакуум, агресивни флуиди и т. н.

Тъй като обикновено са подложени на компресия, този тип уплътнителни устройства трябва да притежават по-голяма пластичност от изделията, които съединяват.
Изборът на подходяща гарнитура е важна стъпка в много производствени процеси в промишлеността. На пазара е достъпна

широка гама от гарнитури със специален дизайн,
проектирани за голям брой индустриални приложения и изработени от различни материали – метали, каучук, пластмаса, корк, пяна, композитни материали, високотехнологични еластомери и термопласти и т. н. Гарнитурите биват с хомогенна конструкция – изработени от един материал, или сложни, в чиято конструкция са използвани два или повече материала.

По отношение на дизайна, уплътнителни гарнитури за индустрията могат да бъдат плоски, готово изрязани, спирално навити, обкантени, метални, полуметални, метално облечени, двойно метално облечени, рифелни (Kammprofile), гофрирани и др.

Плоските гарнитури представляват профили, изрязани от уплътнителни листи от: хартия, каучук, силикон, метал, корк, филц, неопрен, нитрилна гума, фибростъкло, политетрафлуороетилен (известен още като PTFE или тефлон) или пластмасов полимер (например полихлоротрифлуороетилен).

Изборът на подходяща комбинация между материал и дизайн зависи от специфичните изисквания и експлоатационни условия на приложението.

Видове гарнитури с приложение в индустрията
Неметалните гарнитури, известни още като меки гарнитури, се изработват от материали, които лесно се деформират – различни видове гума и каучук, тефлон, керамични влакна, стъклени влакна и др.

Подходящи са за системи под ниско налягане, включително тръбни фланци, топлообменници, компресори, клапани и др.
Полуметалните гарнитури са изработени от комбинация от метал и неметални материали и са подходящи както за високотемпературни приложения, така и за системи под високо налягане.

Металните гарнитури са познати още като твърди гарнитури и се използват за приложения, в които е необходимо плътно прилягане на насрещните повърхности на уплътняваните работни повърхнини.

Твърди индустриални гарнитури
За изработката на металните компоненти на твърдите гарнитури типично се използват алуминий, мед, никел, стомана, неръждаема стомана или месинг. Тези материали осигуряват висока температурна и корозионна устойчивост, както и отлична устойчивост на високо налягане, съчетани с дълготрайност и якост на опън.

Металите обаче изискват много по-големи сили на натиск, за да образуват уплътнение, което до известна степен ограничава приложната им област. Ето защо по-разпространени в индустрията са полуметалните гарнитури, в чиято конструкция металът е съчетан с различни неметални пълнители – каучукова, гумена, керамична, графитна, тефлонова лента и т. н.

Готово изрязаните гарнитури от листов материал представляват уплътнителен профил, изрязан от мек или твърд безазбестов листов уплътнителен материал – графит, минерални материали, синтетичен нитрилен каучук и др.

Те са евтини за изработка и подходящи за системи, в които работната среда съдържа киселини, корозивни химикали, пара или леки каустици, например в химическата или хранително-вкусовата промишленост. Отличната им гъвкавост и химическа устойчивост ги прави подходящо решение за предотвратяване на утечки дори в критични приложения.

Солидни метални гарнитури
Гарнитурите, изработени от солиден метал, могат да издържат на много по-високи температури и налягания в сравнение с готово изрязаните гарнитури от листов уплътнителен материал.

Основен техен недостатък е, че е необходима много по-голяма сила на натиск, за да се постигне пълен контакт между насрещните повърхности и гарнитурата и да се осигури херметичност на системата.

При изработката на тези уплътнителни устройства е от изключителна важност изборът на материал, който трябва да е стриктно съобразен с изискванията на приложението.

Използваният метал трябва да е подходящ за работа в контакт с работния флуид (особено важно в хранително-вкусовата, химическата, винената, пивоварната индустрия и т. н.), като съществува и риск от окисление на метала.

Допълнително условие за надеждна работа на гарнитурата е металът, от който е изработена, да е по-мек от материала на уплътняваните детайли.

Спирално навити гарнитури
Спирално навитите гарнитури са изработени от комбинация от метали и неметални материали. Специфичният дизайн на това изделие се състои в тънка метална лента (обикновено въглеродна или неръждаема стомана), навита на спирала, и пълнител (обикновено от пластичен графит), също навит на спирала, но в обратната посока.

В резултат се получават редуващи се слоеве от метал, осигуряващ структурна поддръжка и здравина, и неметален пълнител, който служи като уплътнителен елемент на гарнитурата.

Двойно метално облечени гарнитури
Тази конструкция отново е изпълнена с метални и неметални елементи. В основата й е метален C-образен незатворен цилиндър, изработен от листов метал. Незатворените краища на цилиндъра са свързани посредством допълнителен плосък опорен елемент.

Вътрешността на цилиндъра е запълнена с неметален пълнител. Изделието е най-плътно в контактните точки между външната тръба и опорната пластина, тъй като там се осъществява допир между краищата на двата метални компонента на двойно метално облечената гарнитура.

Когато тя е подложена на компресия, тези контактни зони осигуряват уплътняване на изделието и херметичност на системата. Тази конструкция може да бъде изработена от всякакви метали, които могат да бъдат оформени в листове.

Рифелни (Kammprofile) гарнитури
Рифелните гарнитури от години се използват в уплътнителната техника, тъй като се отличават с висока експлоатационна гъвкавост и надеждност. Конструкцията на този тип уплътнение се състои в рифеловано ядро от солиден метал и гъвкаво покритие, типично от пластичен графит.

Тази конфигурация позволява много висока компресия на изделието и изключително прецизно уплътняване. При прекалено голяма сила на натиск гъвкавият графитен слой може да се счупи, но металното ядро остава невредимо.

Така гарнитурата може да бъде поправена и използвана отново. Рифелните гарнитури изискват по-големи капиталовложения, които обаче се компенсират от експлоатационната дълготрайност и повишената надеждност на тези изделия.

Гарнитури за фланцови съединения
Гарнитурите за фланцови съединения са предназначени да уплътняват междината между два сегмента на тръбна инсталация, съединени с фланци с цел осигуряване на по-голяма контактна повърхност. Този тип гарнитури се предлагат в широк набор от размери и се категоризират според вътрешния и външния диаметър. Типично тези изделия се произвеждат спрямо спецификациите на съответните стандарти за фланцови съединения и тръбна арматура.

Фланцовите гарнитури могат най-общо да бъдат поделени в четири категории: плоски гарнитури от листов материал, гофрирани метални гарнитури, пръстеновидни гарнитури и спирално навити гарнитури.

Плоските гарнитури са с проста конфигурация, като се изрязват спрямо размерите на съответния фланец, със или без монтажни отвори за болтове. Видът и дебелината на материалите за изработка зависят от работните температури, налягания и флуиди на системите, в които ще се експлоатират гарнитурите.

Пръстеновидните гарнитури за фланцови съединения (RTJ) се използват широко в петролната индустрия, в офшорни нефто- и газопроводи, където се експлоатират при изключително високи работни налягания. Тези уплътнителни изделия са изработени от солиден метал, а сеченията им са с различна форма – овална, кръгла, осмоъгълна и т. н.

Спирално навитите уплътнения за фланцови съединения са предназначени за употреба в тръбопроводи и тръбни инсталации под високо налягане. Конструкцията им се състои от вътрешни и външни ограничителни пръстени от неръждаема стомана и център от спирално навита лента от неръждаема стомана и спирално навит пълнител от графит или тефлон.

Двете вътрешни спирали оформят V-образна структура, като при наличието на вътрешно налягане в тръбната инсталация челата на тази структура се притискат към челните повърхнини на фланците и осигуряват херметичност на системата.

Изпитване на компресионна устойчивост
Важна характеристика на индустриалните гарнитури са добрите им компресионни свойства. Повечето промишлени приложения изискват монтаж на гарнитурите с болтове, които оказват натиск и компресия на уплътнителното изделие от порядъка на 14 MPa (2000 psi) или повече.

За да бъде измерена специфичната способност на дадена гарнитура да издържа на високи температури, натиск и налягане, може да се използва методът за изпитване на компресионна устойчивост “на горещо” (hot compression test).

За целта гарнитурата се поставя в хидравлична преса. Температурата на работната среда се повишава постепенно до около 315° C, докато пресата оказва постоянно контактно налягане върху гарнитурата посредством монтажните болтове на фланците.

Измерва се с колко намалява дебелината на материала и по това се оценява ефективността на гарнитурата. Резултатите от подобни тестове могат да послужат при избора на подходяща гарнитура за дадено приложение или при избора на материал за изпълнение на съответната уплътнителна конструкция.

Top