Виды прокладок для фланцевых соединений: неметаллические, комбинированные, металлические

Название группы задаёт механизм уплотнения. Неметаллическая прокладка затекает в микронеровности фланца при небольшом давлении. Металлическая сминается пластически и держит высокое давление и температуру, но требует большого усилия. Комбинированная соединяет мягкий слой, который заполняет неровности, с металлом, который держит форму и не даёт выдавить прокладку из стыка.

Три группы различаются давлением обжатия в десятки раз

Три группы легко поставить в один ряд, если взять из приложения И ГОСТ 34233.4-2017 столбец q обж. Таблица составлена для сосудов и аппаратов, но физика у трубопроводного фланца та же: чем жёстче материал кольца, тем выше порог, с которого оно перестаёт пропускать среду.

Разница между краями таблицы девяностократная. Прокладочный коэффициент m растёт в том же направлении: чем жёстче прокладка, тем больше остаточного давления на ней нужно в работе относительно давления среды. Поэтому вид прокладки выбирают вместе с фланцем и болтами, и как эти цифры входят в расчёт, видно по расчёту фланцевого соединения по тому же стандарту.

На диаграмме те же значения по группам: мягкая резина 2 МПа, фторопласт 10, паронит 20, асбест в оболочке из стали 12Х18Н10Т 63, спирально-навитая 69, стальная плоская 125, кольцо из нержавеющей стали 180 МПа.

Неметаллические прокладки закрывают низкое и среднее давление

В эту группу входят листовые материалы, из которых кольцо режут или вырубают: резина, паронит, фторопласт, терморасширенный графит, картон, войлок. Им хватает небольшого усилия, они прощают риски и небольшую неплоскостность фланца. Ограничения тоже общие: под нагрузкой и нагревом они оседают, мягкие выдавливаются в зазор, а у фторопласта есть холодная текучесть.

Внутри группы материалы делят по среде. Резину берут для воды, воздуха, масел и слабых растворов при умеренной температуре. Паронит идёт на воду, пар, нефтепродукты и газы при средних давлениях. Фторопласт нужен для агрессивной химии, графит для высокой температуры. Допускаемое удельное давление [q] у них разное: 18 МПа у мягкой резины, 40 у фторопласта, 130 у паронита, 200 у графита с обтюратором. Это предел, выше которого болты раздавят прокладку.

Размеры неметаллических колец для трубопроводной арматуры задаёт ГОСТ 15180-86, а в паспорте аппарата обычно указан и стандарт материала. Марку листа под среду выбирают по свойствам паронита ПОН, ПМБ и ПК или фторопласта, и именно эта группа чаще всего режется по чертежу без оснастки.

Какие бывают неметаллические прокладки для фланцев?

Неметаллические прокладки для фланцев бывают резиновые, паронитовые, фторопластовые, графитовые и картонные. По ГОСТ 34233.4-2017 их удельное давление обжатия лежит от 2 МПа у резины до 20 МПа у паронита, поэтому они подходят для фланцев с умеренным усилием болтов. Резина работает на воде и маслах, паронит на паре и нефтепродуктах, фторопласт на агрессивной химии, графит при высокой температуре.

Комбинированные прокладки соединяют мягкий слой и металл

Комбинированные, их ещё называют полуметаллическими, появились там, где мягкий материал уже выдавливает, а чистый металл требует слишком много усилия. Основных конструкций три. Спирально-навитая: стальная лента V-образного профиля навита вместе с графитом или фторопластом, часто с наружным и внутренним ограничительными кольцами; обозначения и типы для них даёт ГОСТ Р 52376-2005 на СНП. Прокладка в оболочке: мягкий сердечник в металлической обойме. Армированный лист: графит, наклеенный на стальную фольгу или гофрированную основу.

Давление обжатия комбинированных прокладок по таблице И.1 лежит между 38 и 69 МПа. Для спирально-навитых приложение А ГОСТ 34233.4-2017 делает отдельную оговорку: на фланце с гладким соединительным выступом их допускают и выше 1,6 МПа, если у прокладки два ограничительных кольца. Армированный лист ТРГ по поведению ближе к неметаллу, и предел по температуре у него зависит от среды, что видно по прокладкам из ТРГ для пара и на воздухе.

Чем полуметаллическая прокладка отличается от паронитовой?

Полуметаллическая прокладка отличается от паронитовой наличием металлического каркаса: стальной ленты, оболочки или листа, который держит форму и не даёт выдавить мягкий слой. По таблице И.1 ГОСТ 34233.4-2017 спирально-навитая прокладка требует 69 МПа обжатия против 20 МПа у паронита. Её ставят при более высоких давлениях и температурах, но болты и фланец должны быть рассчитаны на такое усилие.

Металлические прокладки уплотняют пластическим смятием

Третья группа держит среду иначе: кольцо из металла, более мягкого, чем фланец, под нагрузкой в сотню мегапаскалей течёт и отпечатывает на себе каждую риску торца. Плоские шайбы из алюминия, меди и латуни встречаются на штуцерах и крышках, а кольца овального и восьмигранного сечения и линзы работают в канавках и гнёздах. Для канавки под такое кольцо приложение А ГОСТ 34233.4-2017 называет условное давление от 6,3 МПа.

Повторно такие прокладки обычно не используют: смятый металл не вернётся в исходную форму. Если фланец имеет канавку или линзовое гнездо, выбор идёт уже между конструкциями металлических прокладок, и замена их паронитом или графитом там не рассматривается.

Форма поверхности фланца выбирает группу раньше среды

Первый признак, по которому определяют вид прокладки, виден на самом фланце: форма уплотнительной поверхности. Соединительный выступ без канавок допускает плоские неметаллические и спирально-навитые прокладки. Выступ и впадина держат кольцо по наружному диаметру и дают ставить те же материалы при давлении от 1,6 до 6,3 МПа по рекомендации приложения А. Шип и паз запирают прокладку в замкнутом объёме, что нужно фторопласту и графиту. Канавка под кольцо или гнездо под линзу означают металл.

Схема повторяет этот порядок. Есть канавка под овальное или восьмигранное кольцо: только металлическое кольцо. Канавки нет, поверхность замкнутая (шип и паз, выступ и впадина): неметалл или комбинированная прокладка по среде. Гладкий выступ и давление до 1,6 МПа: неметаллическая плоская прокладка. Гладкий выступ и выше 1,6 МПа: спирально-навитая с двумя ограничительными кольцами или пересмотр фланца.

Группу нельзя сменить без пересчёта болтов

Типичная попытка «улучшить» узел: поставить вместо паронита спирально-навитую прокладку или металлическое кольцо, потому что они «надёжнее». По таблице давления обжатия видно, что СНП требует в 3,5 раза больше, а стальное плоское кольцо в 6 с лишним раз больше давления на прокладку, чем паронит. Если болты и фланцы на это не рассчитаны, новая прокладка просто не будет обжата, и соединение потечёт.

Обратная замена тоже меняет расчёт. Мягкая резина на месте паронита уплотнится при десятой части усилия, но её предел [q] 18 МПа, и затяжка под паронит её раздавит. Поэтому смену группы согласуют с тем, кто отвечает за расчёт соединения, а изготовитель прокладки повторяет в КП именно ту группу, материал и толщину, которые записаны в документации.

Данные заказчика и наши допущения в заявке на прокладку

Чтобы определить вид прокладки, нам нужна часть сведений от вас, а часть мы предполагаем по косвенным признакам. Мы разделяем их в КП, чтобы допущение не превратилось в неявный выбор.

Если в заявке есть только «прокладка на фланец Ду 100», мы вернёмся с вопросами о поверхности и среде. Для неметаллических колец этого хватает, чтобы назвать материал. Для комбинированных и металлических мы опираемся на документацию узла и не предлагаем их как замену без подтверждения расчёта.

Что прислать для изготовления прокладки нужного вида

Кольца первой группы, а также армированный графит и фторопласт, наша компания режет по чертежу, эскизу, фото или образцу: это фланцевые прокладки из паронита, резины и графита и прокладки из фторопласта. Чтобы назвать группу без догадок, нужен снимок торца, на котором видно выступ, впадину, паз или канавку, а к нему Ду, Ру, стандарт фланца, среда и температура. Если узел по проекту требует спирально-навитой или металлической прокладки, мы скажем об этом в ответе, а не подберём ей неметаллическую замену.