Уплътнения за регулираща арматура

  Многото области на приложение на регулираща арматура определят и многообразието от предлагани конструкции. Основното й предназначение е да управлява параметрите на работната среда като температура, налягане и топлинна мощност на инсталациите.
Известно е, че принципът на работа на регулиращите вентили се основава на изменението на дебита на преминаващия през вентила флуид, чрез промяна в положението на затварящото му устройство. Принципно, регулиращите вентили са подходящи за стъпално и непрекъснато регулиране. Обикновено се състоят от две функционално свързани части: регулиращ орган – вентил, непосредствено въздействащ на преминаващия поток работна среда посредством изменение на пропускателната му способност и изпълнителен (управляващ) механизъм, предназначен за създаване на управляващо въздействие на регулиращия орган. Във вентилите, границата между вътрешността на арматурата и околното пространство се явява уплътнението. Това е и единственото място във вентила, в което е налице движение – предава се движението на задвижването към регулиращия орган. Всичките останали уплътняващи места са стационарни. Именно поради това, то се явява и мястото, което е най-чувствително към просмукване на работната течност. В редица случаи уплътнеността на използваните уплътнения се явява критичен фактор определящ качеството и възможните приложни области за даден регулиращ вентил. Доброто уплътняване е важен фактор от гледна точка на недопускане на изтичането на флуид. Това е особено важно при работа на регулиращата арматура с агресивни среди, например. Естествено, изтичането е нежелателен процес при транспортирането на които и да е флуид, тъй като това в повечето случаи е свързано и с финансови загуби.
Един от основните фактори оказващ влияние върху експлоатационния срок на арматурата е материала използван за уплътнението. Ефективността и надеждността на уплътнението се определя именно от материалите, от които то е изготвено. При различни условия се препоръчва съответно използването на различен вид уплътнения.

Използвани материали
За регулиращата арматури предназначена за работа с по-ниски параметри на работния флуид, като например топла вода или пара с температура до 150 оС се използват предимно гумени уплътнения. Сред широко използваните са гумените уплътнения от EPDM. Те се характеризират с продължителна и надеждна работа при подходящи условия на работа. Добре е да се има предвид, че при тях от особена важност е осигуряването на добро смазване. По този начин могат значително да се понижат пасивното съпротивление на уплътнението и износването му и да се подобри неговата издръжливост спрямо въздействието на протичащия флуид.

За по-високи температури в порядъка до над 250 оС за подходящи се считат уплътненията от тефлон (PTFE). Те се характеризират с добра химическа устойчивост и неутралитет, висока температурна устойчивост, добри плъзгащи свойства. За преодоляване на някои недостатъци на тефлона, обикновено към чистия тефлон се прибавят различни примеса, като стъклени влакна, бронз, графит, въглеродни влакна и др., разработени специално за тази цел. Но също така добавянето на примеси често води до намаляване на уплътнителната способност на тефлона.

За температури надвишаващи 260 оС обикновено се използва графитно уплътнение. Сред посочваните предимства на този вид уплътнение обикновено са високата температурна устойчивост, химическия неутралитет и устойчивост срещу агресивни флуиди. Графита като уплътнение се характеризира и с много добри плъзгащи се качества.

За изработване на предназначените за арматура силофонни уплътнения, обикновено се използва неръждаема стабилизирана стомана. С тези уплътнения се постига много добра уплътненост спрямо околната среда, което ги прави приложими за използване за агресивни, отровни, избухливи или други опасни среди. Подходящи са също така за ниски и високи температури от порядъка на от -50 оС до + 550  оС. Като техен недостатък обикновено се посочва по-големия им размер, както и факта, че при повреда на силфона веднага се повишава неуплътнеността.

Видове конструкции
За уплътняване на регулиращата арматура се използват и различни профили уплътнения. Гумените уплътнения обикновено са под формата на различни профили уплътнителни пръстени. Сред широко използваните са О-пръстените, представляващи гумен пръстен с кръгло сечение. При използването на О-пръстен той обикновено се поставя в канал, височината на който винаги е по-малка от диаметъра на пръстена. След монтиране на спрегнатия детайл, пръстенът се деформира (смачква) и вследствие на тази еластична деформация, между пръстена и уплътнявания детайл се създава контактна зона. Работната среда прониква между уплътняваните повърхнини, притиска страничната повърхнина на деформирания пръстен и с това увеличава деформацията му. Едновременно се наблюдава и преразпределение и увеличаване на контактното налягане. Дължината на контактната площ може да се променя, като изменението й е в зависимост от налягането на работната среда и твърдостта на гумата. По този начин се наблюдава ефект на самоуплътняване, който подобрява херметичността на съединението.

Като недостатък на уплътняването с О-пръстен може да се посочи навлизането на материала на уплътнителя в уплътняваната хлабина, под действие на налягането на работната среда, което води до разрушаване на пръстена.

Сред използваните профили уплътнителни пръстени са и Х-пръстените, които имат четири контактуващи повърхнини. Празнините между двата издатъка служат за резервоар на работния флуид, който изпълнява функциите на смазка и намалява триенето. Предимство на тези пръстени спрямо О-пръстените е по-малката контактна повърхнина, както и отсъствието на превъртане и усукване в каналите. Х-пръстените могат да се монтират в същите канали, както О-пръстените, но използването им се ограничава поради по-голямата сложност на пресформите за изработване.

От тефлоновите уплътнения една от най-често използваните конструкции е комбинацията на V-пръстените, подпрени и разпънати с аксиална стоманена пружина. Това уплътнение се характеризира с много добри уплътнителни свойства благодарение на големия брой уплътнителни ръбове, но също така и с неустойчивост спрямо температурните цикли. Негативно се проявява аксиалната сила на пружината, която, благодарение на студеното протичане и колебаенето на размерите на тефлона по време на температурните цикли, с времето предизвиква невъзвратими деформации на уплътнителните пръстени, което се проявява най-вече при спирането на съоръжението и при студено състояние, при подаване на налягане уплътнението започва да тече. След загряване обикновено отново се доуплътнява и работи нормално.

От графитните уплътнения също се използват различни конструкции. Сред наложилите се в практиката се явява уплътнението с пресовани кръгчета от експандиран графит. Това уплътнение има изключителни качества преди всичко за затварящи вентили. Съвременна тенденция при графитните уплътнения се явяват плетените графитни въжета. С механичните си качества те приличат на традиционните азбестови въжета. Сравнени с твърдите кръгчета от експандиран графит, те са по-приспособими към уплътняваното пространство и с по-голяма еластичност. Коефициентът им на предаване на аксиалните към радиалните сили е по-добър.

Изискванията към уплътненията
на регулиращата арматура са много по-големи от тези към затварящите арматури. Това се определя преди всичко от значителния брой движения на регулиращия орган, по време на които уплътнението не трябва да загуби уплътнеността си. Друг важен параметър е малката сила на триене в уплътнението, която е особено важна при задвижвания с малка осова сила. Сред изискванията са и да не се променят качествата на уплътнението по време на експлоатационния период, да има добра издръжливост към температурни промени и минимални изисквания за поддръжка.