Металлические навитые прокладки — наиболее распространённое и надёжное решение для герметизации фланцев промышленных трубопроводов и оборудования. Их уникальная, продуманная конструкция обеспечивает исключительную герметичность при высоких температурах, давлении и циклических нагрузках, что делает их незаменимыми в энергетике, нефтехимической и химической промышленности.
1. Анализ конструкции: гибридный жестко-гибкий композит
Основная структура состоит из чередующихся спиральных слоевметаллическая полосаинеметаллический наполнитель, обычно армированные внутренними/наружными кольцами (рис. 1):
Рисунок 1: Структура металлической намотанной прокладки
https://via.placeholder.com/450×250.png?text=Металл+Ран+Прокладка+Конструкция
(Иллюстрация: V-образная металлическая полоса + спиральная намотка из присадочного материала с внутренними и наружными кольцами)
Ключевые компоненты:
- Уплотнительный сердечник:
- Металлическая полоса в форме буквы V/W(толщина 0,15–0,25 мм): нержавеющая сталь (304/316) или специальные сплавы (Inconel®). Обеспечивает упругое восстановление и механическую прочность.
- Неметаллический наполнитель: Графитовые, ПТФЭ, слюдяные или керамические волокна, встроенные в канавки металлической ленты. Обеспечивает начальную герметизацию и компенсирует микродефекты.
- Процесс намотки: Полосы металла/наполнителя, намотанные под углом ≈30° для формирования концентрических герметизирующих слоев.
- Кольца арматуры:
- Внутреннее кольцо: Цельный металл (углеродистая/нержавеющая сталь). Предотвращает ослабление внутренней прокладки, предотвращает выдавливание и облегчает центрирование.
- Внешнее кольцо: Идентичный материал. Защищает края, ограничивает ослабление наружу и распределяет нагрузку на болты.
2. Конструктивные преимущества: превосходная герметизация
- Упругая компенсация: Многослойные тонкие полосы + мягкий наполнитель компенсируют деформацию фланцев, вибрацию и изменения нагрузки на болты.
- Экстремальная стойкость к T/P: Металлические полосы выдерживают нагрузку от болтов/внутреннее давление; графит/слюда сохраняют стабильность при температуре ≤1000 °C.
- Распределение стресса и антирелаксация: Спиральная намотка рассеивает сжимающее напряжение; геометрия V/W обеспечивает пружиноподобный отскок во время термических циклов.
- Сопротивление выбросу: Внутреннее/внешнее кольца + жесткая конструкция предотвращают выброс под высоким давлением.
- Широкая адаптивность: Индивидуально настраиваемые материалы/конструкции подходят для температур (от -200 °C до +1000 °C+), давлений (от вакуума до 500+ бар) и сред (кислоты, H₂, пар).
3. Сравнение с другими фланцевыми прокладками
Таблица 1: Металлическая прокладка в сравнении с альтернативами
| Свойство | Металлическая рана | Резина/Композит | Прокладка из ПТФЭ | Металлическая оболочка | Зубчатый металл |
|---|---|---|---|---|---|
| Макс. Темп. | от -200°C до 1000°C+ | от -40°С до 150°С | -200°C до 260°C* | -200°C до 800°C+ | от -200°C до 1000°C+ |
| Макс. давление | | 40–80 бар | 60–100 бар | 300+ бар | 500+ бар |
| Тепловое циклирование | Отличный | Плохой (старение) | Плохая (текучесть на холоде) | Умеренный | Плохое (не подлежащее восстановлению) |
| Химическая стойкость | Широкий (зависит от материала) | Ограниченный (резиновый тип) | Отлично (инертный ПТФЭ) | Широкий | Широкий |
| Отделка поверхности фланца | РФ (Ra 3,2–6,3 мкм) | Низкий допуск шероховатости | Гладкая (антиэкструзионная) | Требуется зеркальная отделка | Требуется канавка RTJ |
| Стоимость/Возможность повторного использования | Высокая стоимость;одноразового использования | Низкая стоимость; многоразовое использование | Умеренный; ограниченное повторное использование | Высокий; одноразовый | Высокий; одноразовый |
| *Избегайте сильного теплового удара. |
4. Основные материалы и области применения
Выбор металлической полосы:
- SS 304/304L: Общепромышленное применение (-200°C–550°C; пар, масло, слабые кислоты).
- нержавеющая сталь 316/316L: Превосходная устойчивость к хлоридам (например, морской воде, уксусной кислоте).
- Инконель® 625/X750: Экстремальные условия (+1000°C, H₂, сернистый газ, ядерная энергия).
- Монель® 400: плавиковая кислота, горячие щелочи, морская вода.
- Титан: Авиационно-космическая промышленность, хлор-щелочь.
Наполнительные материалы:
- Гибкий графит:
- Плюсы: -200°C–1600°C (инертная атмосфера); химическая стойкость; самосмазывающийся.
- Минусы: Не подходит для сильных окислителей (HNO₃).
- Использовать: Основной выбор для пара, H₂, аммиака, термического масла (≥90% приложений HT/HP).
- ПТФЭ:
- Плюсы: Универсальная химическая стойкость; низкий коэффициент трения.
- Минусы: Высокая текучесть при низких температурах (>100°C/20 бар); тепловое расширение.
- Использовать: Фармацевтика/пищевые продукты; кислоты/щелочи <200°C.
- Слюда: Высокотемпературная изоляция; стойкость к электрохимической коррозии.
- Керамическое волокно: Экологически чистый; умеренная температура (≤1000°C).
Заключение
Металлические навитые прокладки доминируют в качестве критически важных фланцевых уплотнений, сочетая прочность металла с сжимаемостью наполнителя. Несмотря на более высокую стоимость, невозможность повторного использования и строгие требования к отделке фланцев (предпочтительно с применением высокочастотной обработки), их надежность при циклических перепадах температур и скачках давления не имеет себе равных. Гибкость материалов позволяет разрабатывать индивидуальные решения в соответствии со стандартами ASME B16.20/EN 1514. Выбор требует строгой валидации по температуре, давлению, среде и циклическим нагрузкам.
Время публикации: 05 августа 2025 г.