Кромка фланца что это
Фланец
Фланец (от нем. Flansch ) — плоское или прямоугольное кольцо с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащие для прочного и герметичного соединения труб, СВЧ волноводов и трубопроводной арматуры, присоединения их друг к другу, к машинам, аппаратам и ёмкостям, для соединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение). Фланцы используют попарно (комплектом).
Фланцы различаются по размерам (бывают плоские и воротниковые фланцы), способу крепления и форме уплотнительной поверхности.
Воротниковые фланцы могут иметь следующее исполнение: фланец воротниковый с соединительным выступом, с выступом, с впадиной, с шипом, с пазом. Фланец под линзовую прокладку, под прокладку овального сечения, с шипом под фторопластовую прокладку, с пазом под фторопластовую прокладку.
Фланцы могут быть элементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т. п. Фланцы в виде отдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемых деталей. Форма уплотнительной поверхности фланца в трубопроводах зависит от давления среды, профиля и материала прокладки. Гладкие уплотнительные поверхности с прокладками из картона, резины и паронита применяются при давлениях до 4 МПа (40 бар), поверхности с выступом на одном фланце и впадиной на другом с асбо-металлическими и паронитовыми прокладками — при давлениях до 20 МПа (200 бар), фланец с конической уплотнительной поверхностью — при давлениях выше 6,4 МПа (64 бар).
Фланцы изготавливаются по нормативным документам: плоские фланцы — ГОСТ 12820-81; воротниковые фланцы — ГОСТ 12821-81, также воротниковые фланцы могут изготавливаться по стандартам DIN 2633, с конструкциями и размерами по DIN 2633; свободные фланцы на приварном кольце — ГОСТ 12822-80. [1]
Для разгонки фланцев при замене уплотнений часто используют подручные средства (лом, клин). Однако, относительно недавно, был разработан специальный инструмент для разгонки фланцев — разгонщик фланцев.
В СВЧ фланцах могут быть четвертьволновые канавки.
Основные типы фланцев
Содержание
Фланец представляет собой диск круглой или квадратной формы со сквозным отверстием в центре, который используют повсеместно для соединения трубных участков, патрубков, шаровых кранов, аппаратов, машинных элементов и прочего трубопроводного оборудования.
Особенность фланцевого соединения заключается в возможности его многократного использования. Герметичность стыка в процессе эксплуатации достигается за счет периодической подтяжки крепления, а также своевременной замены прокладки, которая исключает течь продукта транспортировки, снижает трение/износ стальных деталей.
У соединителей выделяют несколько исполнений уплотнительных поверхностей (подробнее об этом можно узнать в нашей статье):
Виды фланцев по ГОСТ 33259-2015
В 2015 году вышел межгосударственный стандарт ГОСТ 33259, который объединил в себе общие технические требования, конструкцию и размеры плоских, воротниковых, свободных фланцев, арматуры, изготавливаемых по ГОСТ 12820, 12821, 12822, 12815 соответственно. Согласно этому нормативу выделяют 6 типов соединителей, работающих в системах с номинальным давлением до 250 кгс/см2.
Фланец тип 01
Фланец тип 02
Свободный плоский соединитель на приварном кольце позволяет без проворота трубы легко производить стыковку арматуры или оборудования. Используют при укладке трубопроводов в труднодоступных местах, на трубных участках, где часто проводят ремонтные работы. Изготавливают методом ковки, штамповки или вырезают из листа.
Особенность элемента заключается в отсутствии контакта с рабочей средой. При монтаже на трубу сначала надевают фланец, затем кольцо. Далее кольцо приваривают к трубопроводу, после чего с ответной деталью образуют фланцевое соединение.
Выпускают диаметром (Ду) 10‒600 мм на Ру до 25 кгс/см2. Металлоизделие нельзя использовать при температурных значениях минус 40 градусов.
Фланцы тип 03 и 04
Детали стальные плоские свободные на отбортовке (тип 3) и на хомуте (тип 4) под приварку. Установку изделия производят аналогичным способом ‒ сначала надевают соединитель, далее отбортовку/хомут.
Тип 03 используют только на давление PN2,5, PN6, PN10, PN16.
Тип 04 применяют только при нагрузках PN10, PN16, PN25.
Оба вида выпускают диаметром от 10 до 600 мм.
В целях экономии производители иногда предлагают своим клиентам изготовление соединителя из алюминия, а отбортовки из нержавеющей или углеродистой стали. Поскольку алюминиевый диск не контактирует с транспортируемым продуктом, на материале можно сэкономить.
Фланец тип 11
Обладает характерным выступом ‒ «воротником», благодаря которому получил свое название «воротниковый фланец», иначе его называют «приварным встык».
За счет выпуклости, минимизирующей нагрузки у основания детали, его устанавливают в трубопроводных коммуникациях с давлением 01‒25 МПа. Условный проход (Ду) трубодетали ‒ от 10 до 4000 мм.
Фланец тип 21
Является частью/корпусом арматуры. Его изготавливают литьем из стали, серого или ковкого чугуна. Сфера применения и размер зависят от материала изготовления:
Можно ли использовать разные типы фланцев
Для соединения труб или любого другого оборудования необходимо к каждому трубному концу приварить по фланцу, установить между ними прокладку, стянуть болты (рекомендуется делать это крест-накрест, чтобы добиться соосности).
Однако фланцевое соединение образуют детали с разными типами исполнений по принципу «мама ‒ папа»: элемент с выступом стыкуют с его зеркалом ‒ диском со впадиной. Поэтому на трубопроводе допускается монтировать несколько видов соединителей, но запрещается использовать трубодетали разных исполнений в паре.
Помимо представленных стандартов существуют американские, европейские нормативы (ASME, DIN), в соответствии с которыми конструкция трубодеталей остается неизменной, но маркировка может отличаться. Для устранения различий используют таблицы перевода.
Фланцевое соединение арматуры
При ФЛАНЦЕВОМ СОЕДИНЕНИИ фланец корпуса арматуры и соответствующий фланец трубопровода (его называют ответным), между которыми установлена прокладка, стягиваются друг с другом при помощи крепежа – болтов или шпилек с гайками. Усилие затяжки должно быть достаточным для того, чтобы обжать прокладку и создать на контактных поверхностях фланцев удельные давления, необходимые для обеспечения герметичности соединения по отношению к внешней среде.
Конструкция фланца представляет собой, как правило, круглую пластину, в центре которой имеется отверстие с диаметром, близким к DN для прохода среды, а на периферии – отверстия для болтов или шпилек.
На кольцевой площадке между центральным отверстием и отверстиями для крепежа оформляется уплотнительная поверхность, конструкция и размеры которой зависят от типа применяемой прокладки, а также от PN и DN арматуры.
Фланцы, стягиваемые четырьмя болтами или шпильками, на давление не выше 4 МПа могут выполняться квадратными с такими же размерами уплотнительных поверхностей (и, кстати, с такой же прочностью), как и для круглых фланцев.
Описанная конструкция (при правильном её монтаже) создает на обеих присоединительных концах корпуса арматуры прочное и надёжное соединение её с трубопроводом. Арматуру, присоединяемую к трубопроводу при помощи фланцев, называют ФЛАНЦЕВОЙ АРМАТУРОЙ.
Здесь следует заметить, что существуют некоторые конструктивные исполнения шаровых кранов, обратных и дисковых затворов, которые устанавливаются между фланцами трубопровода, хотя сами фланцев для присоединения не имеют.
На торцах корпуса такой арматуры оформляются уплотнительные поверхности для установки прокладок. Корпус вместе с прокладками зажимается двумя фланцами трубопровода при помощи длинных шпилек с гайками, которые располагаются вокруг корпуса арматуры. Такую арматуру называют БЕСФЛАНЦЕВОЙ, СТЯЖНОЙ ИЛИ «ВАФЕЛЬНОЙ».
Она дает существенную экономию металла при изготовлении корпусов. Но это возможно лишь при малых габаритных размерах вдоль оси трубопровода и соответствующей конструкции корпуса, близкой по форме к телу вращения.
Фланцы арматуры имеют несколько различных конструктивных исполнений уплотнительных поверхностей. Это связано с различными видами применяемых прокладок и с различными конструкциями соединений фланца арматуры с ответным фланцем. Для обеспечения герметичности фланцевого соединения арматура – трубопровод применяются прокладки плоские и фасонного сечения. Плоская прокладка представляет собой кольцо, как правило, вырезанное из листового уплотнительного материала (паронит, фторопласт, картон и др.).
В некоторых случаях применяются также прокладки асбометаллические, в которых мягкая сердцевина помещена в металлическую оболочку.
К прокладкам фасонного сечения относят прокладки из металла ОВАЛЬНЫЕ (сечение в виде овала) и ЛИНЗОВЫЕ (сечение чечевидной формы). Контакт таких прокладок с уплотнительными поверхностями фланцев осуществляется по очень узкому кольцу, что позволяет создать большие удельные давления для обеспечения надежной герметичности соединения. Поэтому такие прокладки при высоких давлениях заслуживают предпочтение по сравнению с прокладками плоскими.
Самые простые по конструкции и изготовлению фланцы – с плоской (без специальной выточки) привалочной поверхностью (её часто называют «зеркало»). Плоская прокладка устанавливается между поверхностями фланцев, образуя так называемое незащищенное соединение. Такое фланцевое соединение применяют обычно при давлениях не более 2,5 МПа.
В арматуре, внутренние поверхности которой имеют защитное покрытие – футеровку из резины, фторопласта, полиэтилена (кроме эмали!), футеровка заходит и на уплотнительные поверхности фланцев, выполняя роль прокладок.
Для арматуры холодильных установок (рабочая среда – аммиак, хладоны с PN 2,5 МПа) и другой арматуры при давлениях от 4 МПа и выше предпочтительнее ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЗАЩИЩЕННОГО ТИПА.
Во фланце арматуры вокруг проходного отверстия выполняется выточка, а во фланце трубопровода – соответствующий выступ. Такое соединение называется «ВЫСТУП – ВПАДИНА» (или, как говорят монтажники, «папа-мама»). Прокладка помещается в выточке – впадине и после прижатия выступом оказывается защищенной от выдавливания замком по внешней стороне. В таком соединении могут использоваться прокладки не только из листового материала, но и металлические с мягким наполнителем.
Заметим, что иногда выступ делается на фланце арматуры, а впадина на фланце трубопровода. Это допускается стандартом и на характер соединения не влияет.
Для условий эксплуатации с более ответственными требованиями применяют соединения, где на фланце арматуры имеется кольцевой паз, а на ответном фланце – соответствующий кольцевой выступ (шип). Такое соединение называют «ШИП-ПАЗ». Прокладка укладывается в паз, зажимается шипом и оказывается защищенной замком как по внешней, так и по внутренней сторонам. Такой тип соединения позволяет, использовать также прокладки из фторопласта.
Для высоких давлений (начиная от 6,3 МПа) находят применение фланцевые соединения, в которых устанавливаются металлические ПРОКЛАДКИ ЛИНЗОВЫЕ («линзы») или ПРОКЛАДКИ ОВАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ. При этом под линзовую прокладку на кромке выходного отверстия фланца делается конус, а под прокладку овального сечения – кольцевая канавка соответствующего профиля.
Когда мы говорим о фланцах арматуры, то имеется ввиду, что здесь бывают разные конструктивные решения.
В большинстве случаев фланцы делаются заодно с корпусом при помощи литья или сварки. В то же время применяются фланцы, которые изготавливаются как отдельные самостоятельные детали, и соединяются с корпусом арматуры на резьбе или с помощью проволочного кольца.
Первые – резьбовые фланцы используются в стальной арматуре при высоких давлениях и небольших диаметрах проходов. Во втором случае – съемные фланцы с креплением проволочным кольцом применяются при относительно невысоких давлениях. Решения эти технологически и экономически эффективны в производстве, что и определяет их достаточно широкое применение в конструкциях арматуры.
Для всех этих вариантов фланцев остаются в силе описанные ранее исполнения уплотнительных поверхностей и характеристики прокладочных соединений.
Что касается крепежных деталей для фланцевых соединений, то здесь можно ограничиться замечанием о том, что на давление до 2,5 МПа включительно можно применять болты или шпильки с гайками, а на давления 4 МПа и более для обеспечения прочности соединения – только шпильки с гайками.
В связи с тем, что в соединении арматуры с трубопроводом участвуют фланцы, принадлежащие арматуре и фланцы трубопровода, правомерна постановка вопроса: как обеспечивается стыковка всех элементов конструкции и размеров во фланцевых соединениях? Ответ на этот чрезвычайно важный вопрос можно найти в ГОСТ 12815-80.
Этим стандартом устанавливаются присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей для фланцев арматуры и трубопроводов в зависимости от PN и DN. Размеры установлены для каждого номинального (условного) давления в пределах от 0,1 до 20 МПа (от 1 до 200 кгс/см 2 ) и условных (номинальных) диаметров от 15 до 3 000.
К присоединительным размерам отнесены размер наружного диаметра фланца, диаметр окружности, на которой расположены центры отверстий под крепеж, их количество и диаметр. Стандартизация этих размеров обеспечивает полное их совпадение на фланцах арматуры и трубопровода и возможность их соединения без каких бы то ни было дополнительных операций по подгонке.
Стандартом предусмотрены девять исполнений уплотнительных поверхностей, приведенных в табл. 1.
Для каждого из приведенных ниже исполнений установлены размеры следующих элементов фланцев, контактирующих с прокладкой:
1 – наружный диаметр «зеркала» и высота соединительного выступа;
2 – наружный диаметр и высота выступа;
3 – наружный диаметр и глубина впадины;
4, 8 – наружный и внутренний диаметры и высота шипа;
5, 9 – наружный и внутренний диаметры и глубина паза;
6 – наружный диаметр и угол (20° 30) конуса под линзовую прокладку;
7 – размеры канавки под прокладку овального сечения.
Стандартизация этих размеров позволяет осуществить качественный монтаж фланцев любого из исполнений с обеспечением надежной герметичности прокладочного соединения.
Исполнения уплотнительных фланцев по ГОСТ 12815-80
Исполнение
Наименование
С соединительным выступом
С выступом
С впадиной
С шипом
С пазом
Под линзовую прокладку
Под прокладку овального сечения
С шипом под фторопластовую прокладку
С пазом под фторопластовую прокладку
Исполнение 1 – наиболее часто встречаемое у фланцевой арматуры. Его наименование – с соединительным выступом – отражает, что плоская поверхность (зеркало), на которую кладётся прокладка, несколько выступает над поверхностью, где расположены отверстия под крепеж. Такая конструкция технологически обеспечивает четкое оформление в заданных размерах уплотнительной поверхности фланца.
Стандартом допускается изготавливать фланцы с уплотнительными канавками на соединительном выступе. Поэтому такие фланцы не являются дефектными, как это иногда понимается при комплектовании арматуры ответными фланцами.
В отдельных случаях фланцы трубопровода крепятся к арматуре на шпильках, ввернутых непосредственно в корпус (этим достигается минимальный габарит вдоль оси трубопровода). При этом присоединительные размеры и уплотнительные поверхности на корпусе выполняются по ГОСТ 12815-80.
Для арматуры, которая устанавливается в системах на кораблях, судах и других плавсредствах (её называют судовой арматурой) фланцы выполняются по ГОСТ 1536-76. Этот стандарт устанавливает присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей фланцев судовой арматуры на давления от 0,25 до 6,3 МПа для диаметров до 500 мм.
Принципиальное конструктивное отличие от фланцев по ГОСТ 12815-80 состоит в том, что на плоских уплотнительных поверхностях фланцев на давление до 2,5 МПа обязательно выполняются две или три концентрические угловые канавки для более надежной герметизации соединения. На давления 4,0 и 6,3 МПа предусмотрено только исполнение типа шип-паз.
При заказе арматуры часто возникает необходимость комплектовать её ответными фланцами. В связи с этим рассмотрим некоторые характеристики ответных фланцев и пределы их применения.
Фланцы приварные встык по ГОСТ 12821-80 практически всегда называют «воротниковыми». В отличие от плоских фланцев они со стороны, обратной уплотнению, имеют вытянутый переход (как бы воротник) от тела фланца к концу, на котором выполнена разделка для сварки встык с трубопроводом. Фланцы изготавливают с уплотнительными поверхностями всех девяти исполнений (исполнение 1 – только для PN до 6 МПа) и присоединительными размерами по ГОСТ 12815-80. Эти фланцы применяются на давления от 0,1 до 20 МПа, но отметим, что на давления 4 МПа и выше применяются фланцы только воротниковые, что связано с более высокой прочностью стыкового сварного шва.
Здесь следует заметить, что исполнение 1 нередко называют плоским (действительно, на нем отсутствуют впадины, выступы и т. п.), в связи с чем возникает путаница между понятиями плоский фланец и фланец с плоской уплотнительной поверхностью. Еще раз подчеркнем, что исполнение 1 применяется как на фланцах плоских, так и на воротниковых.
Кроме отмеченных выше ГОСТов на фланцы имеется ещё ряд стандартов, устанавливающих пределы применения литых фланцев из различных материалов по PN и DN, а также требования к их размерам. К числу таких стандартов относятся:
Особо следует отметить ГОСТ 12816-80, устанавливающий общие технические требования к фланцам арматуры и соединительных частей трубопроводов. Этим стандартом, наряду с требованиями к производству фланцев, регламентируется также применение марок сталей для изготовления фланцев и крепежа в зависимости от размеров и условий эксплуатации подавлениям и температурам.
В связи с тем, что все упомянутые стандарты на фланцы введены с 1983 года, в технической, справочной и каталожной литературе, изданной до этого времени, имеются ссылки на соответствующие ГОСТЫ, действовавшие ранее. Для справки приводится таблица 2, в которой показано, какие из этих ГОСТов соответствовали ГОСТам, действующим в настоящее время.
Государственные стандарты на фланцы
Действующие с 1-го января 1983 г.
Действовавшие до 1-го января 1983 г.
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