фланец что это такое в трубопроводе
Что такое фланец: технические характеристики и применение
Использовать сварные швы на элементах трубопровода не всегда удобно. В некоторых местах требуется установка дополнительных изделий – задвижек, насосов. Тогда на помощь приходит фланец – специальная деталь, предназначенная для соединения труб там, где сварка не подходит. Они классифицируются по размерам, материалам изготовления, типу поверхности и другим критериям.
Фланец – определение понятия
Согласно справочнику терминологии, фланец – это плоская деталь с отверстиями, выступающая соединительной частью труб. В отверстия детали крепятся шпильки, болты и другие крепежи, помогающие зафиксировать ее на трубопроводе. Размеры фланцев соответствуют диаметру определенной трубы, поэтому зачастую производитель заранее оснащает трубу таким элементом.
Разновидность фланцаф
Главное требование к соединению труб – герметичность: этот критерий как раз обеспечивает фланец. Он надежно стягивает детали, наделяет соединение надежностью, прочностью, возможностью использования в широком температурном диапазоне. Если осуществлять своевременное техническое обслуживание, фланцевое соединение прослужит долгие годы. Данный вид детали изготавливается согласно ГОСТ, поэтому к нему предъявляют особые требования.
Конструктивные особенности фланцев
На сегодня фланцевое соединение труб является одним из самых популярных и простых соединений, позволяющих быстро и надежно состыковать детали. Это обусловлено конструктивными особенностями:
Деталь пользуется спросом при сборке трубопровода из-за простоты и скорости работы. Пользователю необходимо вставить фланец на трубу нужного диаметра, после чего прикрутить к такому же приспособлению на другой трубе, если осуществляется состыковка двух деталей. Зачастую производители труб уже оборудуют изделие фланцем на конце, что упрощает работу. Ремонт фланцев требуется тогда, когда на поверхности присутствуют дефекты или нарушена герметизация стыка.
Где применяют фланцы?
Данный тип применяется для сборки трубопровода, монтаж любого фланца происходит только при наличии трубы соответствующего диаметра. Можно выделить несколько областей применения детали:
Данные детали могут быть элементами трубы, вала, фитинга или корпусной детали. Это универсальное изделие, которое при соединении с другой деталью способно обеспечить герметичность. Элемент выдерживает высокую температуру и давление, поэтому данный вид крепления можно использовать в газопроводах и водопроводах. Параметры, по которым подбирают – размеры, форма уплотнительной поверхности, а также способ крепления.
Основные типы фланцев
Первая классификация, по которой можно разделить все виды – конструктивная. Согласно ей, существуют такие основные типы:
Указанные типы фланцев применяются для стыковки трубопроводной арматуры и оборудования. Конкретнее определить область, где применяется деталь, поможет материал ее изготовления.
Из чего производят деталь?
В промышленности используются стальные фланцы, однако сталь, из которой изготавливают деталь, также бывает разной. Маркировка стальных фланцев будет определять, в каких условиях лучше использовать данную деталь:
Данные марки являются самыми используемыми, однако кроме них производители применяют другое сырье. Существуют полипропиленовые модели – они предназначены для стыковки полипропиленовых труб с металлической запорной арматурой. Рабочая температура у такого материала значительно ниже — +80 градусов. К ним в комплекте могут продавать бурт под фланец – специальную деталь для создания фланцевого соединения из полипропилена.
Полипропиленовый фланец
Классы давления фланцев
Детали, изготавливаемые согласно стандартам Asme (Asni) всегда характеризуются рядом параметров. Одним из таких параметров является номинальное давление. При этом диаметр изделия должен соответствовать его давлению согласно установленным образцам. Условный диаметр обозначается комбинацией букв «ДУ» или «DN», после чего стоит цифра, характеризующая сам диаметр. Условное давление измеряется в «РУ» или «PN».
Чертеж фланца с различными обозначениями
Классы давления американской системы соответствуют переводу в МПа:
В переводе с МПа каждый класс будет указывать на давление фланца в кгс/см². От класса давления зависит, где будет использоваться выбранная деталь.
Типы поверхностей
Данный вид соединительного крепежа можно также поделить согласно типу поверхности уплотнения. Они бывают:
Данные виды ГОСТ были приняты недавно, при этом отмечается, что тип поверхности С, L, а также E выпускаются только по требованию заказчика и не являются штампованными.
Высота выступа
Если взглянуть на чертеж стального фланца, то он имеет несколько параметров, в том числе и высоту выступа. Она обозначается буквами H и B, измерить ее можно во всех типах изделий, кроме того, который имеет нахлесточное соединение. Следует запомнить следующее:
В первом случае поставщиками и производителями деталей учитывается поверхность выступа, во втором случае поверхность выступа не входит в указанный параметр. В брошюрах к деталям эти показатели могут указываться в дюймах, где 1,6 мм это 1/16 дюйма, а 6,4 мм – ¼ дюйма.
Геометрия и удельный вес изделий
Важным параметром, определяющим геометрию, является условный проход изделий. Как уже отмечалось, он обозначается буквами «ДУ» и имеет показатели от 10 до 200. Это касается выбора необходимой детали: когда пользователь знает Ду, все остальные габариты приписываются фланцу автоматически. Например, у модели Ду 50 высота отступа будет равна 57-59; Ду 80 этот показатель составляет 89-91, а Ду 100 – 108-110, где первая цифра говорит о внутреннем диаметре трубы или патрубка, а вторая – о внешнем диаметре.
Чертеж плоского фланца
Еще один важный показатель – вес фланцев. Он зависит не только от объемов, размеров и высоты, но и от его геометрии, материала изготовления. Стоит привести пример: фланец по ГОСТ 12820-80 с Ду 100 плоского типа имеет вес 2,85 кг, тогда как фланец такого же диаметра, но воротникового типа по ГОСТ 12821-80 имеет вес 4,4 кг. Из этого следует, что воротниковые фланцы имеют большую массу, чем плоские детали.
Как производится фланцевое соединение?
Когда необходимо соединить две детали трубопровода используется приварка стального фланца к трубе. Такая фиксация называется фланцевым соединением и в будущем дает возможность разобрать трубопровод, чтобы выполнить ремонт. Чтобы понять, как происходит сборка, необходимо подробно рассмотреть процесс:
Фланец можно сделать своими руками – такая деталь отлично подойдет на точило для станка по заточке предметов.
Инструменты для производства соединения
Чтобы самостоятельно осуществить соединение двух деталей трубы, необходимо подготовить инструменты. В основном это оборудование, предназначенное для закручивания болтовых соединений по окружности фланцев:
Кроме этого потребуется специальная смазка, которая наносится на обе поверхности, чтобы избежать трения деталей и обеспечить легкость крутящего момента. Последовательность работы проста: сначала закручивают первый болт, потом переходят к закрутке того, который находится по диагонали на 180 градусов от первого. Далее переходят к болту, расположенному под углом 90 градусов от второго, а от него – к противоположному.
Советы от мастеров
Существует ряд полезных рекомендаций от профессиональных мастеров, которые помогут с первого раза справиться с фланцевым соединением:
Чтобы в будущем снять фланец используются специальные станки, которые помогают расточить его и разжать болты. Извлечь детали вручную затруднительно, поэтому применяются пневматические инструменты.
Соединение труб с помощью фланцев является удобным и надежным видом состыковки двух деталей. Оно помогает в будущем осуществить ремонт трубопровода путем изъятия соединительных элементов, тогда как сварка не позволит осуществить данную процедуру. Подбирается он в точном соответствии с условиями работы, температурой и диаметром трубы.
Сборка и установка фланцевых соединений на стальных трубопроводах
Большинство трубопроводов различного назначения монтируют сваркой, обеспечивающей надежность и долгий срок службы стыков. Но когда по условиям прокладки этот способ неприемлем или в процессе эксплуатации требуется периодическая разборка, используется соединение фланцевое. По надежности и долговечности оно не уступает сварному варианту, а монтируется проще.
Назначение и область применения
Устанавливать фланцевые соединения можно на трубопроводы диаметром больше 32 мм. Таким способом монтируются разветвленные системы на промышленных и химических предприятиях, в газовой и нефтедобывающей отрасли, распределительные сети ЖКХ. Для прокладки внутридомовых трубопроводов соединение этого вида применяют редко.
Фланцевые стыки нужны для того, чтобы:
Из чего состоит фланцевое соединение
Комплект для одного стыка состоит из двух одинаковых фланцев с центральными отверстиями, соответствующих диаметрам труб, прокладки, набора болтов или шпилек с гайками и шайбами. При необходимости защиты трубопровода от блуждающих токов, на болты надевают изоляционные втулки, а прокладку устанавливают из диэлектрического материала. Если давление в трубопроводе не превышает 2,5 МПа, фланцы стягивают болтами. Шпильки равномерней распределяют усилие затяжки и удобней для работы в неудобных местах. Фланцевые соединения на шпильках применяют при давлении до 4 МПа.
Что такое фланец и какие бывают виды
В большинстве случаев фланцы ― это кольцеобразные пластины из стали, но иногда их делают в виде квадрата или прямоугольника. В центральное большое отверстие вставляют торец трубы, а в равномерно распределенные по внешнему периметру ― болты или шпильки. В перечень разновидностей фланцев включены проходные и заглушки. Первые предназначены для стыковки элементов трубопровода, вторыми закрывают тупики или отсекают ремонтируемые либо заменяемые участки.
Чтобы продукция, сделанная в разных странах, была взаимозаменяемой, разработана унифицированная классификация фланцев. В России это ГОСТ, европейские страны пользуются немецким стандартом DIN, а Америка, Япония и Австралия ANSI/ASME. Однако нередко одинаковые фланцы обозначаются разными символами. Поэтому стандарты переводят с помощью специальных таблиц.
Нормативы по исполнению указаны в ГОСТ 12815-80 цифрами от 1 до 9:
При монтаже трубопроводов применяют несколько типов фланцев:
При установке фланцевых соединений на стальных трубопроводах их материал должен быть идентичным или близким по составу металлу труб. Это нужно для предотвращения повреждений при изменениях температуры. Фланцы бывают из серого и ковкого чугуна, легированной, углеродистой и нержавеющей стали. Для трубопроводов из иных материалов выпускаются бронзовые, алюминиевые, латунные разновидности. Безнапорные системы из полиэтиленовых труб часто собирают на полипропиленовых фланцах.
Конструктивные особенности фланцев
Выбирая фланцы для трубопровода необходимо учитывать некоторые особенности:
Прокладки для фланцевых соединений
Герметичность соединения обеспечивается прокладкой, которую вставляют между фланцами. В зависимости от характеристик среды, температуры и давления ее делают из соответствующих материалов:
Подготовка фланцев для установки
Прежде чем начинать сборку фланцевого соединения необходимо проверить их на отсутствие ржавчины и механических повреждений. Поверхности очищают и обезжиривают. С резьбовой части болтов и гаек убрать заусенцы. Сделать предварительную прогонку резьбы, наворачивая гайки на болты с последующей смазкой. Вырезать и примерить прокладку. Она должна стоять по центру не перекрывая крепежные отверстия. Повторное использование старых прокладок нежелательно, но если иного выхода нет, устанавливают несколько штук бывших в употреблении.
Сборка фланцевого соединения
Чтобы стыки на трубопроводе были надежными, все виды фланцевых соединений собирают в строго определенном порядке. Сначала с небольшим усилием затягивают произвольно выбранный болт, затем диаметрально противоположный. Следующая пара должна отстоять от первой на четверть окружности. Остальные болты затягивают в таком же порядке. Если на фланцах только 4 отверстия затяжка выполняется крестообразно.
Чтобы усилие распределялось равномерно, завершающую часть монтажа проводят инструментами, позволяющими его контролировать:
Ручную затяжку доверяют только опытным работникам. В течение первых суток работы из-за вибраций, усадки материала прокладки, изменения температуры прочность соединения снижается до 10%. Поэтому в этот период требуется проведение подтяжки гаек.
Монтаж всех видов фланцевого соединения несложен, однако его проведение разрешается только специально обученным слесарям. При прокладке или ремонте трубопроводов с агрессивными средами или работающих под высоким давлением, ход работы должен контролировать инженер. Сборка безнапорных систем (канализация, полив) может проводиться неквалифицированными работниками.
Зачем и как при монтаже трубопроводов применяют фланцевое соединение
Соединять стальные трубы сваркой практично и недорого. Но если участок трубопровода должен быть разборным, либо в него требуется вставить задвижку или другой элемент, тогда применяют фланцевое соединение. Предназначение фланцев – одновременно обеспечивать герметичность стыка и возможность его разборки без повреждения трубопровода.
Что такое фланец
Фланец для трубопровода – это изделие из металла, предназначенное для стыковки стальных и чугунных труб между собой и с арматурой. В центре детали находится отверстие, в которое вставляется труба соответствующего диаметра.
В теле изделия есть отверстия под крепеж, которым соединители притягивают друг к другу, и стыкуют вставленные в них трубы.
Если фланец изготовлен в форме четырехугольника, то крепежные отверстия сверлят по углам. Чаще эти соединители имеют форму кольца, а отверстия под крепеж равномерно расположены по всей длине окружности изделия.
Фланец обеспечивает надежную работу стыка под давлением и без него.
Материал, из которого он изготовлен, длительное время выдерживает влияние агрессивной среды. Эти свойства позволяют использовать фланцевые соединения трубопроводов во многих областях промышленно-гражданского строительства.
Области применения деталей для соединения
Одним из главных преимуществ является герметичное соединение фланцев. Благодаря этому стыки выдерживают высокое давление и температуру, не пропускают транспортирующийся по трубам наполнитель, даже если в нем содержатся агрессивные компоненты. Поэтому стыковка труб с помощью фланцев широко применяется при строительстве таких объектов:
Кроме того, фланцевые крепежи являются частью корпусов арматуры и приборов, предназначенных для работы на трубопроводах. К числу таких элементов относятся:
Кроме этого, многие виды фланцев являются оптимальным вариантом для подключения трубопроводов к технологическим устройствам. На трубопроводах с диаметром, меньше 32 мм, фланцевые соединения не применяются.
Особенности фланцевого соединения
Фланцевые соединения труб являются альтернативой сварочных и муфтовых стыковок. В зависимости от материала изготовления фланец либо приваривается к сторцованному краю трубы, либо накручивается на него по резьбе. После этого края двух труб с установленными на них соединителями подводятся друг к другу и неподвижно соединяются крепежом: болтами, шпильками, гайками.
Эта особенность обеспечивает возможность демонтажа и повторной установки узлов трубопроводов. Герметизация стыков обеспечивается прокладками, которые вставляют между соединителями перед стягиванием. Материал прокладки зависит от химического состава наполнителя, но чаще всего их изготавливают из различных видов резины и фторопласта.
Несмотря на надежность герметизации, на соединения трубопроводов, по которым перекачивают агрессивную жидкость, устанавливают защитный кожух.
Его задача – предотвращение разбрызгивания опасного вещества в случае непредвиденного повреждения стыка. Широкий спектр применения обусловил изготовление фланцев различных видов.
Разновидности фланцев
Установленные стандарты предусматривают много разновидностей фланцев. Чаще всего типы фланцевых соединений подразделяют по следующим критериям:
Соединительные детали изготавливают из серого и ковкого чугуна, углеродистой, нержавеющей, легированной стали, полипропилена.
Типы уплотнительной поверхности обозначают латинскими буквами и различают следующие:
Изделия с типом поверхности «шип» и «выступ» не являются широко распространенными. Их изготавливают только по специальным заказам.
По конструктивному исполнению фланцевые диски разделяют на:
Последними глушат концевые отверстия тупиковых труб или отсекают участки трубопровода, подлежащего ремонту. Кроме этого, выпускают четырехугольные соединители с четырьмя отверстиями под крепеж.
Высота выступа определяет давление, при котором гарантируется работа фланцевого соединения без повреждений. Для работы при давлении, находящемся в диапазоне от 1,03 до 2,07 МПа, достаточно высоты выступа 1,6 мм. Если максимальное давление составляет 2,76 – 20,68 МПа, то высота выступа должна быть 6,4 мм.
Крепятся фланцы одинаково, независимо от разновидностей соединителей.
Технология монтажа фланцевого соединения
Перед монтажом межфланцевых соединений выполняются подготовительные работы. Соединители очищают от ржавчины, прогоняют резьбу на крепеже. Аккуратно вырезают прокладку и правильно выбивают в ней отверстия под трубу и болты. Прокладка не должна закрывать трубу и отверстия под крепеж. Выполнять герметизацию стыка использованными ранее прокладками нельзя.
После сведения стыкуемых элементов в нижнее отверстие и в два по горизонтальному диаметру вставляются три крепежа. Затем между ними опускается прокладка и размещается строго по центру к трубе.
После этого от руки затягивают один из крепежей. Следующим затягивают противоположный по диаметру. Затем устанавливают пару болтов, отступив четверть окружности от первой пары. Таким способом вставляются и поджимаются все крепежи.
Как правило, порядок крепления указан в чертеже, прилагаемом к изделию.
Окончательная затяжка гаек должна выполняться равномерно. Для этого лучше использовать гайковерты или ручные ключи без дополнительных удлинителей. За первые 24 часа работы усадка прокладки, рабочие вибрации приведут к ослаблению обтяжки. Поэтому необходимо проконтролировать стык и завернуть крепежные гайки, придав креплению прочность.
Монтаж фланцевых соединений не является сложным в исполнении, но из-за повышенной опасности конструкций к нему допускаются только специально подготовленные работники. Опасность связана с агрессивной средой наполнителя или его высоким давлением. По этой причине контроль за монтажом стыков возлагается на инженера.
Фланцевые соединения
Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка, также как и непосредственно само фланцевое соединение. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками).
Фланцы являются одним из самых распространенных разъемных соединений, которые используются в промышленности. Они служат для соединения отдельных частей аппаратов. Также они используются для присоединения к аппарату трубопроводов, трубопроводной арматуры, датчиков контрольно-измерительных приборов, для соединения между собой отдельных участков трубопроводов и т д.
Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа.
Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений. Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.
Способность фланцевого соединения противостоять давлению, температурам, а в случае применения особых материалов, агрессивным средам, с возможностью перераспределения нагрузок в местах соединений (паропроводы, предприятия химической промышленности и пр.) делает данный вид соединения просто незаменимым при больших диаметрах трубопроводов. При малых диаметрах трубопроводов фланцевые соединения не оправданы, так как муфтовые (резьбовые) соединения отвечают всем требованиями при своей экономичности.
Как правило, фланцевые соединения имеют круглую форму, так как она наиболее надежна и проста в исполнении. Однако, при необходимости, фланцевые соединения могут быть изготовлены с квадратной или прямоугольной формой патрубка.
Прямоугольные и квадратные фланцевые соединения достаточно сложны в обработке и не всегда обеспечивают необходимую герметичность, поэтому применять их следует только в случае крайней необходимости.
1. Типы фланцевых конструкций
По конструкции и способу соединения c корпусом аппарата различают следующие основные типы фланцев:
Рис. 2 Типы фланцевых соединений
На территории Российской Федерации наибольшее распространение получили три следующих фланцевых стандарта:
По ГОСТ 12820-80 — фланец стальной плоский приварной.
По ГОСТ 12821-80 — фланец стальной приварной встык.
По ГОСТ 12822-80 — фланец стальной свободный на приварном кольце.
Таблица 1. Варианты исполнения фланцевых соединений.
1.1 Плоские приварные фланцы (рис. 3) являются самыми простыми по своей конструкции.
Рис. 3. Плоский приварной фланец
Рис. 4. Плоский приварной фланец с защитным кольцом
1.2 Фланцы воротниковые имеют несколько конструктивных разновидностей.
Фланцы приварные воротниковые обладают более высокой жесткостью и прочностью. Они применяются при давлениях до 20 МПа.
Рис. 5. Фланец приварной с шейкой
На чугунных и стальных литых аппаратах делают воротниковые фланцы, отлитые заодно с корпусом аппарата.
Рис. 6 – Фланец, сваренный из двух частей
Рис. 7 – Фланец, защищенный накладками из кислотостойкой стали
1 – кислотостойкая сталь; 2 – углеродистая сталь
Стальные свободные фланцы на отбортовке применяют на аппаратах из мягких цветных металлов (алюминия, меди и др.), а также из некоторых пластмасс, поддающихся отбортовке. Их также используют при необходимости максимально сэкономить конструкционный материал, например титан или высоколегированную сталь. Фланцы на отбортовке применяют для условного давления до 0,6 МПа.
Рис. 8 – Фланец свободный на отбортовке
Рис. 9 – Фланец на утолщении (бурте)
1.4 Фланцы на резьбе применяют на трубопроводах высокого давления, где сварка нежелательна, а также там, где есть необходимость снимать фланец для разборки узла.
Рис. 10 – Фланец на резьбе
1.5 Свободные разборные фланцы применяют для соединений трубопроводов и аппаратов из стекла, керамики и других хрупких материалов.
Они выполняются в двух вариантах:
Рис. 11 – Фланец разъемный из двух частей
• Фланцы с разъемным кольцом. Этот вид фланцев дешевле и удобнее в монтаже/демонтаже, чем разъемные, но менее компактный.
Рис. 12 – Фланец с разъемным кольцом
1 – кольцо из двух половин
1.6 Фланцы со стяжными скобами применяют для эмалированных аппаратов, чтобы уменьшить массу и улучшить температурный режим при обжиге эмали. Такое соединение выдерживает давление до 0,5 – 0,6 МПа. Скобы устанавливают с очень малым шагом (почти вплотную).
Рис. 12 – Фланец со стяжной скобой
2. Варианты исполнения фланцевой поверхности
В соответствии с требованиями ГОСТ имеется девять исполнений поверхности фланца (рис. 14), При подборе ответных фланцев трубопроводной арматуры, кроме условных прохода и давления, необходимо указывать исполнение уплотнительной поверхности. Следует отметить, что для свободных фланцев различные исполнения возможны только у приварного кольца.
Рис. 13. Варианты исполнений поверхности фланца.
Фланцы с выступом, впадиной применяются при давлении до 1,6 МПа. Фланцы с шип-пазом применяют при обработке ядовитых, коррозионных и взрывоопасных сред при давлении до 6,4 МПа. Фланцы в исполнении 1 используются при условном давлении не выше 6,3 МПа.
Существует следующая схема стыковки фланцев по исполнениям:
Рис. 15. Схема стыковки фланцев по исполнениям уплотнительной поверхности
3. Прокладки фланцевых соединений
Надежность и качество фланцевого соединения во многом зависит от выбора уплотнительной прокладки. Для фланцевых соединений применяются как мягкие неметаллические, полуметаллические, так и полностью металлические прокладки.
Прокладка – это отдельный сжимаемый элемент соединения, который, находясь в сжатом состоянии между фланцевыми деталями трубопроводов, под действием давления от затянутых крепежных изделий, заполняет собой промежуток между соединяемыми деталями.
Подвижное или неподвижное уплотнение фланцевых разъемов обеспечивают различными материалами: резиной, паронитом, легкоплавким уплотнителем и др. Фланцы плоские герметизируют, применяя мягкие металлические или гофрированные прокладки с мягкой набивкой.
Для исполнений фланцев 1, 2, 3, 4, 5 допустимо использование широкого перечня прокладок: металлических (в т. ч. зубчатых), металлографитовых на основе терморасширяющегося графита (ТРГ), спирально-навитых (СНП), эластичных (они особенно востребованы для чугунных фланцев). Если речь идет о вредных веществах 1, 2 или 3 классов опасности или пожаро-взрывоопасных веществах, для фланцев с исполнением уплотнительной поверхности 1 следует использовать волновые прокладки ТРГ с упругим вторичным уплотнением, а прокладки СНП снаряжать двумя ограничительными кольцами.
Более подробную информацию об уплотнительных материалах Вы сможете почерпнуть из статьи «Уплотнения в трубопроводной арматуре».
Фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений 6 и 7 применяют с линзовыми прокладками, а также прокладками овального и восьмиугольного сечения. А фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений 8 и 9 ─ с прокладками на основе фторопласта-4.
Размеры прокладки должны обеспечивать собираемость фланцевого соединения с учетом размеров исполнений уплотнительных поверхностей фланцев, а конструкция ─ центрирование прокладки при сборке, предотвращая возможность выдавливания. Лучшую фиксацию прокладки могут обеспечить отдельные элементы конструкции фланца. Например, паз под прокладку и шип в ответном фланце образуют своего рода замок, защищающий прокладку и тем самым повышающий надежность соединения.
4. Условный проход. Особенности его обозначения
Очень важно отметить, что условный проход не является внешним диаметром трубы, а обозначает проход (сечение), по которому протекает среда через фланцевое соединение. Одной из особенностей фланцев стальных плоских приварных и стальных свободных на приварном кольце на диаметры условного прохода Ду 100,125 и 150 мм является то, что возможны три их конструкции под различные наружные диаметры трубы.
Поэтому при заказе этих фланцев на Ду 100,125 или 150 мм необходимо указывать букву, соответствующую требуемому диаметру трубы. Если в заявке (спецификации) на данные типоразмеры фланцев буква не указана, то фланцы изготавливаются под следующие диаметры трубы: 100А, 125А, 150Б (табл. 2).
Таб. 2. Соответствие условного прохода Ду 100,125 и 150 наружному диаметру трубы.
5. Давление
Еще одной важной конструктивной особенностью всех изделий, составляющих фланцевое соединение, является условное давление, которое может выдержать соединение. Показатели по давлению зависят от геометрических размеров фланца и исполнения уплотнительной поверхности. Фланец стальной плоский приварной (ГОСТ 12820-80, рис.1) и фланец стальной свободный на приварном кольце (ГОСТ 12822-80) выдерживают давление до 25 кгс/см2, а вот фланец стальной приварной встык (ГОСТ 12821-80) может выдерживать давление до 200 кгс/см2.
При этом особенностью данного показателя является то, что он может выражаться в различных единицах измерения: кгс/см2, Па, МПа, атм., бар. Единицей измерения при производстве и обозначении фланцев является кгс/см2.
Основными марками стали для производства фланцев считаются следующие:
• Сталь 20 или сокращенно Ст.20 (регламентируется ГОСТом 8479-70) — сталь конструкционная углеродистая качественная. Фланцев из такой стали ст. 20 распространены чаще всего и их применяют при монтаже различной трубопроводной арматуры в магистралях (вода, пар, и т.д.) с температурой внешнего воздействия не ниже — 40 градусов и внутренней температурой не выше +475 градусов Цельсия.
• Не менее распространенной при изготовлении фланцев является так же марка стали 09г2с, сокращенно ст. 09Г2С (соответствующая ГОСТу 19281-89) – такая сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Отличием ее от стали 20, является то, что фланцы 09г2с могут эксплуатироваться с температурами внешнего воздействия до — 70 градусов. И соответственно (нефть, природный газ и т.д.), тем не менее, температура рабочей среды не должна превышать + 475 градусов Цельсия.
• Сталь марки 15Х5М (ГОСТ 20072-74) обладает свойствами жаропрочности, является низколегированной. Такая сталь используется для изготовления фланцев способных обладать высокой сопротивляемостью окислению при температуре 600-650 градусов. Обладает жаростокостью.
Конечно, кроме перечисленных марок сталей в производстве стальных фланцев могут применяться и другие марки сталей, например: 13ХФА, 10Г2ФБЮ, 08Х18Н10Т, 17Г1С, 10Г2С, 30ХМА, 40Х и другие.
7. Фланцевый крепеж
Крепеж — это детали, которые служат для неподвижного соединения частей машин и конструкций. К ним обычно относят детали соединений: болты, винты, шпильки, гайки, шурупы, глухари, шплинты, шайбы, заклепки, штифты и многое другое.
Крепежные изделия принято делить на две основные группы:
1. Общепромышленный крепеж, применяемый практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства, не обладающий узкими специализированными характеристиками.
2. Крепеж специального назначения характеризуется узкоспециализированной областью применения (например, автомобильный, железнодорожный, и др.).
Рис. 16 Фланецы, скрепленные крепежом
Для таких изделий свойственна четкая направленность на применение в конкретной области или даже продукции (механизмы, изделия и т. п.), обусловленная специальными характеристиками.
Фланцевый крепеж предназначен для соединения деталей трубопроводов. К деталям фланцевого крепежа относятся: болт, шпилька, гайка, шайба.
Шайба — деталь, подкладываемая под гайку или головку винта. Шайбы общего назначения применяют для увеличения площади опоры, если опорная поверхность из мягкого материала или неровная, а также, если отверстие под винт продолговатое или увеличенного диаметра. Косую и сферические шайбы используют для устранения перекоса гайки или головки винта при затяжке. Быстросъемную шайбу применяют в приспособлениях для экономии времени на снятие обработанной детали и установку новой. Уплотнительную шайбу из мягкого материала ставят под головку резьбовой пробки для обеспечения герметичности соединения. Пружинная шайба уменьшает опасность самоотвинчивания винтов или гаек благодаря силам упругости сжатой шайбы. Стопорная (запирающая) шайба путем отгибания ее частей устраняет возможность поворота гайки или винта относительно опорной детали или вала. Концевые шайбы препятствуют осевому перемещению вдоль вала неподвижно закрепленных или вращающихся на валу деталей.
Шпилька — крепежная деталь, представляющая собой металлический стержень с резьбой на обоих концах. Конец шпильки ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а другая деталь прижимается к первой при навинчивании гайки на другой конец шпильки. Возможно также соединение деталей шпилькой, на концы которой навинчивают гайки. Существует большое количество нормативных документов, в которых сформулированы технические требования к крепежу. Например, требования к крепежу, используемому во фланцевых соединениях, изложены в ГОСТ 20700-75. Эти требования обусловлены условиями эксплуатации: рабочим давлением, характеристиками среды и т. д. Конструкция и размеры крепежных изделий регламентируются в ГОСТ 9064-75,9065-75, 9066-75.
8. Основные параметры фланцевого крепежа
8.1 Рабочее давление
8.2 Рабочая температура
Одним из важнейших параметров является рабочая температура. Исходя из того, какую температуру имеет среда, которая будет транспортироваться по трубопроводу, а также с учетом внешней среды, зависит и марка стали, из которой будет изготовлен крепеж. Каждая марка стали имеет определенный диапазон рабочих температур, при которых крепежное изделие может обеспечить прочность и надежность соединения.
Существуют определенные характеристики рабочей среды: температура, химические свойства (состав — агрессивный, неагрессивный).
В соответствии с перечисленными выше показателями должен подбираться фланцевый крепеж. Для агрессивных сред подбирается крепеж, который может выдержать негативное разрушительное влияние этой среды. К таким маркам стали относятся 20X13,14X17Н2, 12Х18Н9Т и другие.
Все резьбовые крепежные детали имеют внутренний (гайки) и наружный (шпильки и болты) диаметр резьбы. В зависимости от назначения и нормативного документа, по которому изготавливается продукция, резьба может быть метрической и дюймовой. Метрический шаг резьбы измеряется в миллиметрах, а дюймовый — в дюймах.
Пример: М12 — метрическая резьба с номинальным диаметром 12 мм 3 / 4 » — дюймовая резьба с номинальным диаметром 3 / 4 дюйма.
8.5 Шаг резьбы — расстояние между двумя соседними вершинами резьбы.
В зависимости от назначения крепежного изделия большинство нормативных документов предусматривает возможность изготовления крепежа с различным шагом резьбы (крупный или мелкий шаг резьбы). Как правило, крупный шаг резьбы является основным и при заказе изделия не указывается.
В отдельных случаях может быть выполнен шаг резьбы отличный от рекомендованного нормативными документами.
8.6 Размер «под ключ» равен диаметру вписанной окружности.
Как правило, для каждого номинального диаметра резьбы предусмотрена одна величина «под ключ».
8.7 Длина болта — длина, которая указывается в обозначении изделия при заказе, в большинстве случаев не является габаритной характеристикой. Преимущественно длина болта, указываемая в обозначении изделия, равна длине стержня болта, т. е. высота головки болта в расчет не берется.
Для большинства шпилек длина, указываемая при заказе, обозначает общую габаритную длину шпильки. Однако некоторые нормативные документы предусматривают в обозначении шпилек не всю длину шпильки.
Пример: ГОСТ 22032-76, распространяющийся на шпильки с ввинчиваемым концом длиной dv предусматривает обозначение длины шпильки, не включающей длину ввинчиваемого конца.
8.9 Длина резьбового конца — длина части болта или шпильки, предназначенная для навинчивания гайки.
В случае необходимости защиты крепежного изделия от негативного воздействия окружающей среды возможно нанесение на его поверхность различных защитных покрытий (цинк, хром, никель и др.).
Подбор фланцевого крепежа
Фланцевый крепеж подбирается в соответствии со следующими документами: ГОСТ 20700-75; ГОСТ 12816-80; ГОСТ 9064-75; ГОСТ 9066-75; ПБ 10-115-96; ПБ-03-75-94; ОСТ 26-2043-91; ОСТ 26-2037-96; ОСТ 26-2038-96; ОСТ 26-2039-96; ОСТ 26-2040-96; ОСТ 26-2041-96 и другими нормативными документами, регулирующими применение крепежа в зависимости от его назначения.
Чтобы правильно подобрать крепеж необходимо помнить о том, что им будет комплектоваться конкретное фланцевое соединение, следовательно, необходимо учитывать такие параметры:
рабочая среда (газ, вода, пар, нефть и т. д.)
Помимо вышеперечисленных параметров на выбор крепежа влияет и марка стали, из которой изготовлен фланец. Рассматриваются наиболее часто применяемые марки стали фланцев и даются рекомендации по вариантам комплектации их фланцевым крепежом:
1. Существуют определенные ограничения по выбору типа крепежа для фланцевого соединения. При давлении до 25 кгс/см2. Можно установить как болт, так и шпильку. При давлении же свыше 25 кгс/см2, согласно ГОСТ 12816-80, применение болтов не допускается.
2. Для фланцевых соединений существует большое количество рекомендуемых марок материала для комплектации. При изготовлении крепежной пары гайка-шпилька из одной и той же марки стали, твердость гайки должна быть на 20 единиц меньше, чем у шпильки. Это обусловлено тем, что при возникновении избыточного давления в системе вероятно повреждение шпильки, при этом гайка не будет повреждена. В этом случае сложнее будет выявить неполадку. Если шпилька выполнена методом накатки резьбы, то ГОСТ 20700-75 допускает изготовление пары из материала с одинаковой твердостью.
9. Расчеты фланцевых соединений и крепежа
9.1 Определение размеров фланца
После того как выбрана конструкция фланцевого соединения и подобран материал прокладки, чертится его эскиз и определяются размеры.
Фланцы штуцеров выбираются стандартными по ГОСТ 1255-67, ГОСТ 12828-67, ГОСТ 12834-67.
Фланцевые штуцера представляют собой патрубки, выполненные из труб с приваренными к ним фланцами.
Фланцы аппаратов берут со стандартными размерами по ГОСТ 28759.1-90…ГОСТ28759.8-90 или с нестандартными размеры.
Аппаратом в данном случае является емкость, состоящая из цилиндрической обечайки, днища и крышки, предназначен для нагревания, охлаждения определенных продуктов и др. процессов.
Расчеты можно посмотреть перейдя по ссылке.
9.2 Расчет фланцевого соединения на прочность и герметичность
Делая расчёт фланцевого соединения, приходится решать несколько задач: соединение должно быть прочным, жёстким и герметичным. Фланцевые соединения штуцеров могут на прочность не рассчитываться. Фланцевые соединения штуцеров стандартизованы, для каждого вида штуцера оговорен наружный диаметр патрубка условный диаметр штуцера, толщина патрубка и общая высота штуцера Фланцевые соединения аппаратов стандартные и нестандартные обязательно должны рассчитываться на прочность по ГОСТ Р 52857.4–2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Расчёт на прочность и герметичность фланцевых соединений».
Расчеты можно посмотреть перейдя по ссылке.
9.3 Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладок
9.4 Расчет фланцев на статическую прочность
9.5 Проверка углов поворота фланцев
Приложения к расчетам.
Список литературы
1. ГОСТ 1050-88. Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.
2. ГОСТ 7769-82. Чугун легированный для отливок со специальными свойствами.
3. ГОСТ 9064-75. Гайки для фланцевых соединений с температурой среды от 0° до 650° С.
4. ГОСТ 9066-75. Шпильки для фланцевых соединений с температурой среды от 0° до 650° С.
5. ГОСТ 12820-80. Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2).
6. ГОСТ 12821-80. Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2)
7. ГОСТ 22032-76 – ГОСТ 22043-76. Шпильки. Конструкция и размеры.
8. ГОСТ 28759.1-90 – ГОСТ 28759.8-90. Фланцы сосудов и аппаратов и прокладки к ним.
9. ГОСТ 28759.8-90. Прокладки металлические восьмиугольного сечения.
10. ГОСТ 535-88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества.
11. ГОСТ 4543-71. Прокат из легированной конструкционной стали.
13. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности.
14. ГОСТ 20700-75. Болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых и анкерных соединений, пробки и хомуты с температурой среды от 0° до 650° С.
15. ГОСТ 9065-75*. Шайбы для фланцевых соединений с температурой среды от 0° до 650° С.
16. ОСТ 26-2037-96. Болты с шестигранной головкой для фланцевых соединений.
17. ОСТ 26-2039-96. Шпильки с ввинчиваемым концом для фланцевых соединений (нормальной точности).
18. ОСТ 26-2038-96. Гайки шестигранные для фланцевых соединений.
19. ОСТ 26-2040-96. Шпильки для фланцевых соединений.
20. ОСТ 26-2041-96. Гайки для фланцевых соединений.
21. ГОСТ Р 52857.1 – 2007. Сосуды и аппарату. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.
22. ГОСТ Р 52857.4 – 2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений.
23. ГОСТ 5632—72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
Автор статьи специалист по работе с корпаративными клиентами