4 распространенных типа металлических уплотнительных прокладок

Металлические уплотнительные прокладки применяются там, где мягкие материалы не выдерживают: высокое давление, высокая температура и повторяющиеся тепловые циклы. Четыре основных семейства - спирально-навитые, кольцевые металлические, зубчатые и гофрированные - герметизируют по-разному, и у каждого свои пределы давления, температуры и тип фланца. Здесь объяснён принцип работы каждого семейства, чтобы прокладка соответствовала среде, крепежу и условиям; для лёгких режимов подойдут фланцевые прокладки широкого ассортимента.

Спирально-навитые прокладки

Спирально-навитая прокладка - полуметаллическая композитная конструкция. Предварительно сформированные металлические полосы (нержавеющая сталь 304 или 316, Hastelloy, титан) наматываются попеременно с неметаллическим наполнителем: графитом, ПТФЭ или керамическим волокном. Металлическая обмотка воспринимает нагрузку затяжки и возвращается после сжатия, а наполнитель повторяет поверхность фланца и перекрывает путь утечки. Сочетание выбирают под задачу: графит для тепла и пара, ПТФЭ для агрессивных сред, керамическое волокно там, где температура превышает пределы органических наполнителей.

• Тип A (базовый): без внутреннего и наружного кольца. Общие условия до 5,0 МПа, от -200 C до +600 C, фланцы с выступающей поверхностью (RF), среды - вода, масло, пар.
• Тип B (с внутренним кольцом): кольцо ограничивает сжатие, удерживает нагрузку затяжки и защищает обмотку от эрозии потоком. Подходит для колебаний давления и тепловых циклов.
• Тип C (с наружным кольцом): кольцо центрирует прокладку, препятствует радиальному смещению и защищает обмотку. Применяется до 25 МПа, когда важна соосность фланцев.
• Тип D (с внутренним и наружным кольцами): полная конструкция для ответственных соединений до 42 МПа, тепловых циклов с перепадом свыше 300 C и агрессивных сред.

Кольцевые металлические прокладки

Кольцевая металлическая прокладка - цельное металлическое кольцо с механически обработанным профилем, герметизирующее по линейному или площадному контакту в канавке. Поэтому соединение требует соответствующих трубные фланцы: для колец R - канавки API 6A типа 6B с плоским дном, для колец BX - фланцы API 6BX. Герметизация идёт металлом по металлу, поэтому чистота канавки и резьбы важна не меньше затяжки.

Таблица 1. Профили кольцевых металлических прокладок, геометрия контакта и типичные пределы применения.

Кольца RX реагируют на внутреннее давление: среда поступает за прокладку через наружные канавки, и усилие герметизации растёт вместе с давлением системы. Кольца BX уравновешивают давление полости через внутренние каналы и затягиваются гидравлическими динамометрическими ключами по ступенчатой схеме крест-накрест.

Зубчатые металлические прокладки

Зубчатая металлическая прокладка изготавливается из металлической пластины с концентрическими канавками на обеих сторонах. Мелкие зубья концентрируют нагрузку затяжки в узких контактных полосах; герметизирует мягкое покрытие, а зубья лишь распределяют нагрузку.

• Геометрия зубьев: глубина 0,05-0,1 мм, шаг 0,5-1,0 мм, угол 60-90 градусов, ширина гребня 0,05-0,1 мм.
• Материалы: мягкое железо, низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь; твёрдость HB 90-250.
• Покрытия: лужение, серебрение или графитовое покрытие снижают трение и выравнивают затяжку.
• Толщина 1,5-3,0 мм сохраняет запас упругой деформации на поворот фланца и тепловое перемещение.
• Режимы: рабочее давление 4,0-20 МПа (до 42 МПа), от -200 C до +600 C, среды - пар, нефть и газ, водород, аммиак, органические растворители; фланцы RF, FF и MFM.

Гофрированные металлические прокладки

Гофрированная металлическая прокладка формуется из тонких металлических листов (0,1-0,5 мм), прокатанных или отштампованных в правильную волну. Волна работает как пружина, поэтому прокладка герметизирует при малой затяжке и воспринимает перемещения фланца от давления и температуры.

• Профиль волны: синусоидальный, прямоугольный или трапециевидный; длина волны 2-10 мм, высота 0,3-2,0 мм.
• Многослойная конструкция: 2-4 гофрированных слоя, между которыми при необходимости прокладывается неметаллический материал.
• Сочетания материалов: волна из нержавеющей стали с графитовым наполнителем или из специального сплава с керамическим волокном; кромки обрамляются наружным кольцом или фиксирующими выступами.
• Герметизация при низкой нагрузке: около 30% сжимающего усилия, необходимого для плоской прокладки.
• Температура и размер: от -250 C до +800 C (до +1000 C без наполнителя), диаметры до 3000 мм и более, включая соединения углеродистой и нержавеющей стали.

Три исполнения покрывают большинство задач: цельнометаллическое - для высоких температур и радиации, с наполнителем - для химических линий и низких температур, с наружным кольцом - для крупных теплообменников и колонных фланцев, где важна фиксация при монтаже.

Часто задаваемые вопросы

Когда выбрать кольцевую прокладку вместо спирально-навитой?

Когда в соединении есть механически обработанная канавка и давление высокое. Кольцевые прокладки герметизируют металлом по металлу и держат самые высокие давления; спирально-навитые подходят для стандартных фланцев с выступающей поверхностью и менее требовательны к чистоте поверхности и соосности.

Можно ли повторно использовать зубчатую металлическую прокладку после разборки?

Нет. Зубья и мягкое покрытие получают остаточную деформацию при затяжке, поэтому повторное применение даёт неравномерный контакт и раннюю утечку. При каждой разборке ставьте новую прокладку.

Что ограничивает рабочую температуру гофрированной прокладки?

Покрытие и наполнитель, а не металл: волна из нержавеющей стали или сплава выдерживает значительно более высокие температуры, чем позволяет наполнитель; без слоя наполнителя конструкция достигает примерно +1000 C.

Подойдёт ли кольцевая прокладка к любому фланцу?

Нет. Кольца R требуют канавки по размерам API 6A типа 6B, кольца RX - своей канавки, кольца BX устанавливаются только на фланцы API 6BX. Размеры канавки проверяют по чертежу фланца.