Вы когда-нибудь сталкивались с проблемой точного измерения толщины шайб? Точное определение толщины шайб необходимо для обеспечения целостности и функциональности различных механических узлов. В этой статье дается пошаговое руководство по эффективному измерению толщины шайб, обсуждаются общие проблемы и предлагаются практические советы по достижению надежных измерений. В конце статьи вы получите ценные сведения, которые помогут вам улучшить ваши механические проекты и предотвратить потенциальные проблемы, вызванные неправильным выбором шайб.
Указания по толщине прокладок для неметаллических плоских шайб отсутствуют в стандарте ASME B16.21. Выбор подходящей толщины прокладки для конкретного применения - это постоянная проблема, на которую трудно дать краткий ответ.
Поэтому мы рекомендуем пользователям, если они не уверены в выборе толщины, проконсультироваться с инженерами по применению.
Цель сегодняшней статьи - объяснить, почему этот вопрос является сложным, а также предоставить соответствующие прикладные знания, чтобы подготовить пользователей к возможным сценариям.
Как инженеры по применению прокладок, мы обычно выступаем за использование более тонких прокладок, когда это возможно.
Однако в некоторых ситуациях целесообразно использовать более толстую прокладку.
Поясним: прокладка толщиной 3,2 мм необходима и вполне допустима для некоторых распространенных условий эксплуатации, включая следующие:
Одна из причин использования толстых прокладок для фланцев низкого давления и большого диаметра заключается в том, что эти фланцы не имеют достаточного количества болтов, главным образом потому, что внутреннее давление низкое, поэтому большое количество болтов в конструкции не требуется.
Ограниченные болты означают ограниченное сжатие прокладки; тонкие фланцы подразумевают, что фланец будет деформироваться после затяжки болтов, сжимая зазоры между болтами до минимального уровня или не сжимая их вовсе. Тонкие прокладки не обладают достаточным сжатием, чтобы компенсировать эти неровности фланцев.
Это противоречит нашим обычным представлениям. Если вы посмотрите на рекомендуемое напряжение при установке, мы требуем большего напряжения (нагрузки) при увеличении толщины прокладки.
Однако в местах, где нагрузка очень мала, например, на фланцах из углового железа, толщины фланца часто не хватает для обеспечения плоскостности и герметичности, необходимых для тонких прокладок.
В большинстве случаев эти фланцы имеют низкое внутреннее давление, поэтому для более толстых прокладок нет высокого риска выдувания.
Например, рассмотрим случай с фланцем 66: толщина фланца составляет примерно 6,4 мм, с 20 болтами 5/8. Для такого большого фланца количество и размер болтов недостаточны.
Клиент спрашивал о саморасширяющейся прокладке толщиной 1,6 мм для безнапорного масла, но лучшим выбором была бы прокладка толщиной 3,2 мм по двум причинам:
Однако для фланцев, рассчитанных на более высокое давление, ситуация существенно отличается. Такие фланцы гораздо толще, что обычно позволяет им сохранять плоскостность, достигая плоскостности 0,1 мм при затягивании болтов.
В таких случаях подходит подход "чем тоньше, тем лучше".
Использование тонких прокладок имеет множество преимуществ:
(1) Большая устойчивость к выдуванию за счет меньшей площади, подверженной воздействию внутреннего давления.
(2) Уменьшенная скорость утечки, в том числе благодаря меньшей площади контакта с внутренним давлением.
(3) Лучшее сохранение крутящего момента в крепеже благодаря более низким свойствам релаксации ползучести более тонких прокладок.
(4) Более низкая стоимость за счет меньшего количества используемого материала.
Чем тоньше прокладка, тем лучше "по возможности", но этот принцип наиболее сложно определить; использование тонких прокладок не всегда возможно.
Более толстые прокладки лучше подходят для сильно поврежденных или деформированных фланцев. Способность прокладки заполнять неровные фланцы зависит от степени сжатия при заданной нагрузке. Эта степень сжатия выражается в процентах от первоначальной толщины прокладки.
Более толстые прокладки, с большей исходной толщиной, также имеют большую фактическую величину сжатия. Для прокладки толщиной 1,6 мм степень сжатия 10% означает величину сжатия 0,16 мм, в то время как прокладка толщиной 3,2 мм, сжатая до 10%, имеет величину сжатия 0,32 мм.
Это дополнительное сжатие прокладки означает, что толстые прокладки могут лучше заполнять глубокие царапины или ямы, чем тонкие прокладки.
Однако преимущества использования толстых прокладок могут быть обманчивы. В любом случае, если использовать более толстые прокладки для уплотнения более несовершенных фланцев, это может привести к большим проблемам в будущем.
Более толстые прокладки приводят к большей релаксации при ползучести, что означает, что на протяжении всего срока службы фланцевого соединения пользователям может потребоваться подтягивать болты для поддержания достаточного сжатия прокладки.
Более толстые прокладки также могут привести к увеличению силы выдувания, что усугубляется увеличением площади контакта с внутренним давлением, которое создает большую общую силу, пытающуюся вытолкнуть прокладку из фланца (сила выдувания).
(Единицей измерения внутреннего давления является МПа, и более толстая прокладка кажется "выше" в направлении, обращенном к внутреннему давлению, что означает большую площадь поверхности. Большая сила возникает в результате умножения внутреннего давления МПа на большую площадь).
Наконец, поскольку все материалы прокладок в определенной степени проницаемы, среда может проникать в тело прокладки. Более толстые прокладки создают большие каналы проникновения, что приводит к увеличению скорости утечки.
Обратите внимание, что может произойти и обратное. Если прокладка слишком тонкая, чтобы компенсировать недостатки фланца, среда будет протекать вместо того, чтобы просачиваться через тело прокладки, и скорость утечки может быть выше, чем при использовании толстой прокладки.
Фланцы, требующие более толстых прокладок, могут привести к проблемам, которые производители прокладок не могут контролировать.
Лучшее решение - использовать или проектировать фланцы, способные выдерживать большую нагрузку на сжатие, поддерживать хорошее состояние поверхности фланца и использовать прокладки толщиной 1,6 мм или даже 0,8 мм.
При проектировании с использованием безасбестовых листовых прокладок пользователям следует использовать более высокие значения толщины 3,2 мм "M&Y" в своих проектных расчетах, но устанавливать прокладку толщиной 1,6 мм. Эти рекомендации позволят устранить некоторые из наиболее распространенных причин отказов фланцевых соединений.
В особых случаях требуются шайбы определенной толщины. Существует множество соединений с шайбами, которые требуют определенной толщины шайбы. Для таких соединений важно помнить, что необходимо учитывать окончательную толщину сжатой шайбы. Это может включать следующие сценарии:
Раздельные насосы: Окончательная толщина имеет решающее значение, поскольку она влияет на зазор между обеими сторонами насоса. В таких насосах часто используются безасбестовые компрессионные шайбы толщиной 0,4 мм.
Клиенты иногда требуют листовой металл с небольшим допуском по толщине и минимальным отклонением по толщине. Важно помнить, что шайбы с большим сжатием здесь, как правило, неприменимы, так как конечная толщина отличается.
Системы трубопроводов большой протяженности рассчитаны на определенную толщину шайбы. Например, стандартная спирально-навитая шайба в сжатом состоянии имеет толщину около 3,2 мм. При использовании более тонких шайб в трубопроводах большой протяженности могут возникнуть проблемы с расстоянием между ними, а на одном трубопроводе имеется множество фланцев, что приводит к образованию большого зазора у последнего фланца.
Шайбы, используемые в пазах: При использовании шпунтованных поверхностей или вогнутых плоских фланцев шайба должна заполнить все пространство до контакта металла фланца с другим металлом. Толщина сжатой шайбы должна быть рассчитана и должна превышать зазор, образующийся после контакта с фланцем.
Например, если глубина паза составляет 3,2 мм, высота язычка - 0,6 мм, толщина сжатой шайбы должна превышать 2,6 мм, иначе фланцы будут соприкасаться до того, как шайба будет полностью сжата.
Тип материала шайбы и допустимая нагрузка на сжатие также могут влиять на толщину шайбы, уплотняющей конкретное фланцевое соединение. Согласно стандартному испытанию ASTM F36, шайбы с большим коэффициентом сжатия не требуют такой же толщины, как шайбы с меньшим коэффициентом сжатия, так как более легко сжимаемая шайба не должна быть такой толстой для устранения дефектов фланца.
К нам постоянно обращаются с просьбой уплотнить дефектные фланцы. Обычно этого можно добиться, если тщательно учесть все переменные условия применения при выборе типа и толщины материала шайбы.
Однако иногда дефекты фланца или болта не могут быть полностью компенсированы шайбой. Кроме того, правильная установка системы фланцевого соединения также имеет решающее значение.