Набивка графитовая НГФ

Набивка графитовая НГФ — безасбестовый сальниковый уплотнитель, сплетённый из нитей терморасширенного графита (ТРГ) с угловой оплёткой из экспандированного фторопласта (ПТФЭ). Применяется для герметизации подвижных и неподвижных соединений в насосах, арматуре, компрессорах и аппаратах различных отраслей промышленности. Сочетание ТРГ-основы и фторопластовой оплётки обеспечивает химическую инертность в широком диапазоне pH (0–14), низкий коэффициент трения и стабильность свойств при длительной эксплуатации. Набивка не содержит асбеста и отвечает современным требованиям экологической безопасности.

Состав и конструкция сальниковой набивки НГФ

Основу набивки составляют нити из терморасширенного графита (ТРГ) — материала с содержанием углерода не менее 98 %. ТРГ получают путём химической обработки и термического расщепления природного кристаллического графита. В результате образуется эластичная фольга, которую затем нарезают на нити и используют для плетения.

Угловая оплётка выполнена из экспандированного фторопласта (ePTFE). Такая конструкция придаёт набивке дополнительную химическую стойкость поверхности и снижает коэффициент трения по металлу до значений 0,05–0,12. Это существенно уменьшает износ штоков и валов уплотняемого оборудования.

Конструктивно набивка представляет собой плетёный жгут квадратного или круглого сечения. Метод плетения — диагональный, сквозной или многослойный — определяется размером сечения и условиями эксплуатации.

Разновидности набивки на основе ТРГ

Обозначение «НГФ» охватывает семейство набивок из терморасширенного графита, различающихся типом армирования и оплётки. Выбор конкретной модификации определяется рабочими условиями — температурой среды, давлением, скоростью скольжения вала и агрессивностью перекачиваемого продукта.

НГФ-ХБ — армирование хлопчатобумажной нитью

Нити ТРГ армированы хлопчатобумажным волокном. Фторопластовая оплётка по углам шнура повышает химическую стойкость поверхности. Данная модификация применяется при умеренных температурах и подходит для уплотнения штоков арматуры, валов центробежных и поршневых насосов в нефтяной, газовой, энергетической и пищевой промышленности. Рабочая температура ограничена термостойкостью хлопчатобумажного компонента.

НГФ-С — армирование стеклонитью

Графитовые нити армированы стекловолокном, что повышает механическую прочность и допускает работу при более высоких температурах по сравнению с НГФ-ХБ. Набивка рассчитана на эксплуатацию в центробежных и поршневых насосах, запорной и регулирующей арматуре. Применяется в нефтехимии, энергетике, металлургии и системах коммунального водоснабжения.

НГФ-М — армирование металлической проволокой

Нити ТРГ усилены проволокой из жаростойкого сплава (инконель). Металлическое армирование обеспечивает устойчивость к экструдированию при высоком давлении и расширяет температурный диапазон. Набивка предназначена для статических уплотнений при повышенных давлениях и температурах — в запорной арматуре трубопроводов высокого давления, неподвижных фланцевых соединениях аппаратов нефтегазовой и химической промышленности.

Эксплуатационные характеристики графитовой набивки

Рабочие параметры набивок НГФ зависят от конкретной модификации и типа армирующего материала. Ниже приведены типовые значения для набивок на основе ТРГ (без учёта кратковременных пиковых нагрузок).

* Указаны значения для набивок из чистого ТРГ (армирование стеклонитью или металлической проволокой). Для модификаций с хлопчатобумажным армированием и фторопластовой оплёткой рабочая температура ограничена термостойкостью полимерного и волоконного компонента и может составлять от −200 до +250–280 °C. Точные значения определяются документацией на конкретную марку изделия.

Свойства терморасширенного графита в составе набивки

Терморасширенный графит определяет ключевые эксплуатационные качества набивки НГФ. Высокая теплопроводность ТРГ (порядка 40–100 Вт/(м·К) вдоль слоёв) обеспечивает эффективный отвод тепла из зоны трения в сальниковой камере. Для сравнения: теплопроводность асбеста составляет лишь 0,1–0,3 Вт/(м·К). Благодаря этому графитовая набивка эффективно рассеивает тепло без применения специальных систем охлаждения, что снижает количество утечек, необходимых для охлаждения узла.

Низкий коэффициент трения графита обеспечивает самосмазывающие свойства набивки. Это позволяет эксплуатировать уплотнение при минимальной подаче затворной жидкости и снижает энергопотребление насосного оборудования. Антифрикционные свойства ТРГ допускают работу в паре с «сухими» подшипниками скольжения.

ТРГ не подвержен старению: он не высыхает, не твердеет и не теряет эластичности при длительном хранении и эксплуатации. В отличие от асбестовых и льняных набивок, которые под воздействием температуры становятся жёсткими и требуют периодической подтяжки или замены, графитовая набивка сохраняет герметизирующую способность на протяжении всего срока службы.

Принцип герметизации и особенности монтажа

При установке в сальниковую камеру и обжатии крышкой плетёные графитовые волокна формируют однородную (гомогенную) массу, закрывающую пути утечек между нитями. Это принципиальное отличие от асбестовых, льняных и синтетических набивок, в которых между волокнами сохраняются микроканалы.

Благодаря высокой пластичности ТРГ при обжатии контроль протечек достигается при существенно меньших усилиях затяжки сальникового узла. Это уменьшает механическое воздействие на шток или вал и продлевает ресурс как набивки, так и уплотняемого оборудования.

Рекомендации по установке графитовой набивки

Перед монтажом необходимо тщательно очистить сальниковую камеру от остатков старого уплотнения. Набивку нарезают на кольца, длина каждого кольца определяется наружным диаметром штока (вала) и глубиной камеры. Стыки соседних колец располагают со смещением на 90° (для 4 колец) или 120° (для 3 колец), чтобы исключить сквозной путь утечки.

При первичной затяжке рекомендуется обжать набивку с усилием, на 20–25 % превышающим расчётное, выдержать под нагрузкой 5–10 минут, затем снизить до рабочего значения. Высокая пластичность ТРГ позволяет обойтись 4–6 кольцами набивки вместо 8–10 колец асбестосодержащей, что сокращает расход материала.

Пластичность материала допускает использование набивки в сальниковых камерах с увеличенными зазорами и ремонтными размерами — графитовые волокна заполняют неровности поверхности, компенсируя износ.

Химическая стойкость и ограничения по рабочим средам

Набивка НГФ работоспособна в широком диапазоне рабочих сред: вода и водные растворы, пар, инертные газы, углеводороды, нефть и нефтепродукты, органические растворители, масла, слабые и умеренные растворы кислот и щелочей. Фторопластовая оплётка дополнительно повышает коррозионную стойкость поверхности и совместимость с пищевыми и фармацевтическими средами.

Ограничения: набивки из ТРГ не рекомендуются для эксплуатации в средах сильных окислителей — концентрированных азотной, серной (олеум), хромовой и хлорной кислот, расплавов солей и окислителей. В таких условиях графит подвергается окислению с потерей массы и герметизирующих свойств.

Преимущества перед асбестовыми сальниковыми набивками

Переход с асбестосодержащих набивок (АП-31, АГИ, АФТ по ГОСТ 5152-84) на графитовые на основе ТРГ обусловлен рядом технических и экологических причин.

Экологическая безопасность: набивки НГФ не содержат асбеста и не представляют опасности для персонала при монтаже и эксплуатации. Асбестовая пыль при нарезке и установке набивок является канцерогеном, что существенно ужесточает требования к охране труда.

Стабильность свойств: набивки из ТРГ при температуре до 650 °C практически не теряют объём и массу, а небольшая потеря массы (менее 6 %) за счёт выгорания полимерного связующего компенсируется упругими деформациями материала. Асбестовые набивки теряют массу и твердеют необратимо даже в вакууме.

Снижение расхода: за счёт высокой герметизирующей способности ТРГ количество колец набивки в сальниковой камере сокращается примерно в 1,5–2 раза по сравнению с асбестосодержащими аналогами.

Увеличение межремонтных интервалов: отсутствие старения и отвердевания позволяет набивке работать без подтяжки и замены значительно дольше, чем асбестовые уплотнения.

Область применения набивки НГФ в промышленности

Графитовая набивка НГФ применяется для уплотнения сальниковых камер в следующем оборудовании и отраслях:

Насосное оборудование — центробежные и плунжерные (поршневые) насосы для перекачивания воды, нефтепродуктов, химических растворов. Набивка обеспечивает герметичность при высоких скоростях скольжения вала.

Трубопроводная арматура — запорная, регулирующая и предохранительная арматура трубопроводов. Уплотнение штоков задвижек, вентилей и клапанов.

Компрессорное оборудование — уплотнение штоков и поршней компрессоров различного типа.

Перемешивающие устройства — мешалки, миксеры, реакторы с механическими перемешивающими устройствами в химической и пищевой промышленности.

Энергетика — тепловые и атомные электростанции: уплотнение арматуры паровых и водяных контуров. Радиационная стойкость ТРГ допускает применение в оборудовании АЭС.

Нефтегазовая отрасль — уплотнение насосов и арматуры на объектах добычи, транспортировки и переработки нефти и газа.

Химическая промышленность — аппараты и ёмкости для работы с кислотами, щелочами, растворителями (за исключением сред сильных окислителей).

Коммунальное хозяйство — насосное оборудование систем водоснабжения и теплоснабжения.

Размеры сечения и формы поставки

Набивка графитовая НГФ выпускается в виде жгутов квадратного и круглого сечения. Типовой ряд размеров — от 3×3 до 50×50 мм. Конкретный размер подбирается по сечению сальниковой камеры уплотняемого оборудования.

При сечении до 16 мм типовая масса бухты составляет 2,5 кг. Для сечений от 18 мм и более масса бухты — 5, 10 или 25 кг в зависимости от заказа.

Критерии выбора графитовой набивки для конкретного оборудования

При подборе набивки НГФ для конкретного узла уплотнения необходимо учитывать следующие факторы:

Тип узла уплотнения. Для динамических уплотнений (валы насосов, штоки компрессоров) критичны коэффициент трения, скорость скольжения и упругость набивки. Для статических уплотнений (фланцы, крышки) на первый план выходят давление и стойкость к экструдированию.

Рабочая среда. Для агрессивных сред с широким диапазоном pH предпочтительны модификации с фторопластовой оплёткой (НГФ). Для сред без повышенных требований к химстойкости поверхности достаточно набивок из чистого ТРГ.

Температура. При температуре среды выше +250 °C набивки с фторопластовым компонентом применять нецелесообразно — необходимо использовать модификации НГФ-С (со стеклонитью) или НГФ-М (с металлическим армированием) без полимерной оплётки.

Давление. При давлении свыше 20 МПа следует выбирать набивки с металлическим армированием (НГФ-М), обладающие повышенной стойкостью к экструдированию из сальниковой камеры.

Размер сечения. Подбирается в соответствии с размерами сальниковой камеры уплотняемого оборудования. Набивка должна плотно заполнять камеру без избыточного сжатия.

Хранение и срок годности

Набивки из терморасширенного графита хранят в сухих складских помещениях, защищённых от прямого солнечного света и источников тепла. ТРГ не подвержен старению — он не высыхает, не становится хрупким и не теряет эластичности при длительном хранении. Это выгодно отличает графитовую набивку от асбестовых и фторопластовых аналогов, свойства которых со временем могут деградировать. Гарантийный срок хранения определяется документацией изготовителя, но практически набивки из ТРГ сохраняют рабочие характеристики неограниченно долго при соблюдении условий хранения.

Графитовая набивка НГФ и другие графитовые набивки

Семейство графитовых набивок на основе ТРГ включает множество модификаций, различающихся типом армирования, наличием пропиток и оплёток. НГФ занимает среднюю позицию по универсальности: фторопластовая оплётка обеспечивает химическую совместимость с большинством промышленных сред, а графитовая основа — термостойкость, упругость и низкое трение. Для особо ответственных применений — атомная энергетика, высокотемпературное оборудование — используются набивки из ТРГ высокой очистки с содержанием углерода свыше 99 % и минимальным содержанием серы (менее 500 ppm).

При выборе конкретной марки набивки для ответственного оборудования рекомендуется руководствоваться проектной документацией и согласовывать замену с технической службой эксплуатирующей организации.