Арматура фланцевая что это такое
Что такое арматура фланцевая с ручным приводом
Арматура фланцевая с ручным приводом — это вид трубопроводной арматуры, с помощью которой можно управлять потоком рабочей среды и регулировать его. Она монтируется 
с помощью фланцевого соединения. Это могут быть специальные болты или шпильки определенного диаметра под отверстие. Они обеспечивают надежное и прочное примыкание запорной арматуры к трубопроводу.
Ручное управление подразумевает передачу усилия на рукоятку с целью перекрыть поток. Чтобы сделать это правильно, необходимо следить за показателями приборов или ориентироваться по ситуации. Управлять механизмом необходимо непосредственно на месте установки. Это является небольшим недостатком для труднодоступных мест.
Фланцевое соединение используют в технологических системах, где необходима постоянная чистка и разборка труб. Особенно выгодно такое соединение в аварийных случаях, так как есть возможность оперативно провести ремонт участка системы.
Фланцевое соединение применяется в трубопроводных системах различного назначения. Такую арматуру следует подбирать исходя из следующих параметров:
● материал изготовления. В зависимости от свойств потока внутри трубопровода, это может быть нержавеющая, легированная или углеродистая сталь;
● условный проход;
● форма фланцев;
● давление;
● герметичность.
Фланцы могут выдерживать определенное давление и герметичность конструкции, поэтому перед покупкой необходимо уточнить эти два параметра. Если вы сомневаетесь, то можно ознакомиться с дополнительной информацией в нашем каталоге.
Какая бывает арматура фланцевая
Арматура фланцевая с ручным приводом может играть роль запорной арматуры, то есть полностью перекрывать поток рабочей среды. Также ее устанавливают на трубопроводы в качестве регулирующей арматуры, которая будет контролировать количество пропускаемого потока в систему.
Арматура фланцевая с ручным приводом изготавливается следующего вида:
● задвижки;
● дисковые поворотные затворы;
● обратные клапаны;
● краны шаровые.
Благодаря конструктивному разнообразию и материалу изготовления, арматура фланцевая с ручным приводом работает в агрессивных средах, на промышленных и бытовых трубопроводах, газопроводах и теплотрассах. Область применения достаточно большая и ее можно смонтировать на трубопроводах:
● газовой;
● нефтяной;
● металлургической;
● судовой;
● пароводяной промышленности.
Преимущества фланцевой арматуры
Хотя арматуру фланцевую с ручным приводом не стоит монтировать на труднодоступных трубопроводах, такое соединение обладает рядом преимуществ. К примеру, такую деталь можно легко и быстро разбирать и собирать для чистки и технического обслуживания трубопровода. Также, данный узел можно монтировать на взрывоопасных участках, где сварка запрещена.
К недостаткам можно отнести трудоемкий процесс установки, относительно большая цена детали. Фланцевое соединение плохо переносит перепады давления и температуры, что может ослабить натяжку фланцев.
Арматура фланцевая что это такое
В этой статье подробно описываются переменные, влияющие на надежность фланцевой арматуры, материалы ее изготовления, описываются способы выбора фланцев и принятые методы для использования и установки. Подробно рассмотрена классификация фланцевых соединений.
Арматура фланцевая позволяет осуществить сборку и обслуживание компонентов системы без необходимости резки и сварки труб. Она играет важную роль в системах трубопроводов. Однако структурная целостность и герметичность водопроводных систем имеет самый слабый элемент, который часто представляет собой фланцевое соединение между различными клапанами и фитингами.
Тем не менее, поскольку системы трубопроводов подвержены многим типам нагрузок и состоят из множества материалов, понимание и прогнозирование рейтинга и производительности этих фланцевых соединений затруднено. Это еще больше осложняется тем, что различные уплотнительные механизмы, такие как прокладки, уплотнительные кольца и механические уплотнения могут существенно повлиять на рабочие характеристики соединений.
Содержание
Геометрия фланцев
Арматура фланцевая представляет собой конструктивные элементы системы трубопроводов, которые выдерживают нагрузки на трубу, связанные с этой системой, поскольку элемент представляет собой жесткий или сдержанный шарнир. Фланцевое соединение не будет скользить или поворачиваться, и оно должно выдерживать внутренние усилия давления без какого-либо внешнего ограничения. Некоторые нажимные и механические соединения устройств, которые часто используются под землей, не сдерживаются. Это важное различие, которое влияет на опоры, якоря и блоки тяги, необходимые для многих систем.
Базовая арматура на большинстве клапанов и фитингов водопроводных труб, состоит из круглого кольца или фланца, приваренного к литому корпусу и трубе, или отлитого от него. Основные размеры фланца состоят из:
Образец болта в клапанах и фитингах обычно опускается по вертикальной осевой линии. Фланцы двух фитингов соединяются вместе и герметизируются упругой прокладкой, которая плотно сжимается болтами, расположенными в круге, концентричном с наружным диаметром трубы. Чтобы получить герметичное уплотнение, болты должны выдерживать гидростатическое торцевое усилие трубы и сжимать прокладку до кратного максимального давления в системе.
Фланцевая арматура клапана с восемью отверстиями для фланцев с резьбой. Из-за формы корпуса некоторой арматуры фланцы клапанов часто содержат резьбовые отверстия вместо сквозных отверстий, что влияет на выбор болтов. Для эксцентрикового штепсельного клапана номинального размера трубы, требуется четыре резьбовых отверстия сверху и четыре резьбовых отверстия на нижней части фланца, поскольку гайки за фланцем будут мешать основной части корпуса клапана.
Типы фланцевой арматуры
Арматура должна быть достаточно прочной, чтобы передавать нагрузки на трубу, силы давления и прокладки с болтов на соединительную трубу, фитинг или клапан. Когда труба находится под напряжением внутри, гидростатические силы стремятся растянуть трубку и вытащить фланцы. Болты должны поддерживать контакт между сопрягаемыми фланцами и прокладками без чрезмерного растяжения.
Для поглощения этих нагрузок арматура имеет несколько типов фланцевых форм. Простейшим является кольцевой фланец, который состоит из плоской пластины с равномерной толщиной.
Фланец ступицы подобен кольцевому, но имеет дополнительный материал на основании корпуса, так что нагрузки распределяются более равномерно по трубе или фитингу. Кольцевая и втулочная арматура может быть прикреплена к трубе сваркой или резьбой.
Стальные фланцы высокого давления часто имеют увеличенную поверхность и наклонную втулку, которая оптимизирует соотношение прочности к весу арматуры. Они прикреплены к трубе с помощью стыковой сварки. Приподнятая часть фланца фокусирует нагрузку болта на меньшую площадь прокладки, что улучшает характеристики прокладки.
Материалы фланцевой арматуры
Оценки давления арматуры основаны на их материале конструкции. Это имеет смысл, потому что сталь может быть в два раза прочнее серого чугуна. Однако, чтобы понять, как прочность материала влияет на качество арматуры, важно понять фундаментальные механические свойства металлов.
Например, механические свойства серого чугуна и ковкого чугуна сильно отличаются, несмотря на то, что они оба являются сплавами железа. Для изготовления литой фланцевой арматуры ломаное железо расплавляется и объединяется с другими элементами, такими как углерод и кремний, для получения уникальных свойств. Когда серое железо затвердевает, его зерновая структура включает графит (углерод) в виде хлопьев. Эти хлопья придают серому железу прочность и твердость, но в то же время делают металл хрупким. Тем не менее, серое железо широко используется в фитингах и многих других продуктах, потому что структура графита поглощает шум и обладает хорошей устойчивостью к износу.
Напротив, когда литой чугун отливают, расплавленный металл обрабатывают магнием, что заставляет графит затвердевать в узлах. Форма дает высокую вязкость железу и более высокую хрупкость. Такие материалы, как ковкий чугун, склонны значительно отклоняться перед их разрушением. Эта тенденция, которая похожа на то, что происходит с резиновой лентой, называется пластичностью. Так как ковкий чугун может изгибаться, как сталь, он также обладает способностью поглощать удары, что помогает сократить разрывы в линиях водоснабжения. Это показывает, как знание материалов и их механических свойств позволяет инженерам создавать безопасные и предсказуемые конструкции арматуры для использования в различных отраслях.
Стандарты и классы фланцевой арматуры
Чтобы позволить компонентам внутри систем быть взаимозаменяемыми, инженеры разработали стандартные размеры для болтов и фланцевой арматуры для различных размеров труб и диапазонов давлений.
Соблюдение этих стандартов является добровольным, но их применение обеспечивает безопасность при указанных давлениях и температурах, а также равномерность, так что фланцевые клапаны и фитинги разных производителей могут быть взаимозаменяемы.
Стандарты обеспечивают размеры для различной фланцевой арматуры. Учитывая эти аспекты, организации по разработке стандартов устанавливают оценки давления для фитингов на основе материалов, из которых они изготовлены, и температуры, при которых они используются. Классы 125, 250, 300 и другие вызывают значительную путаницу в промышленности. Это связано с тем, что классы часто интерпретируются как номинальные давления для фланцевой арматуры.
Вместо этого эти классы являются «обозначениями», которые обычно представляют собой давление и температуру насыщенного пара:
Когда температура повышается, номинальное давление снижается и наоборот. Необходимо использовать расчетные таблицы соответствующих стандартов, чтобы применить фланцевую арматуру к системе трубопроводов.
Во всех случаях, когда максимальная температура увеличивается, уровень давления фланца снижается. Металлы слабее при высоких температурах.
В большинстве случаев параметры давления не соответствуют обозначению класса арматуры при температуре 100 ° F (38 ° C).
Размеры фланцевой арматуры
Даже если каждый размер фланца и класс давления имеют точное значение, размеры арматуры обозначаются размером трубы, который выражается диаметром. Часто предполагается, что диаметр означает размер в миллиметрах трубы, но технически значение представляет собой безразмерное число, относящееся к эталонному номинальному диаметру (DN), используемому в международных стандартах.
Каждый стандарт фланцевой арматуры имеет ограниченный диапазон размеров для определенных условий системы трубопровода.
Арматура класса 125, 150, B, D и E имеет одинаковую форму болта и может соединяться вместе. То же самое относится к классам 250, 300 и класса F.
Арматура класса 125/150 является наиболее распространенной в водопроводной промышленности. В некоторых проектах указаны железные клапаны с фланцами 250/300, специально просверленные для сопряжения с образцом болта класса 125/150. Это делается для того, чтобы клапан мог иметь такой же номинал давления, что и стальной сопрягаемый фланец. Однако делать так нецелесообразно, поскольку он добавляет лишний вес к клапану и непригляден, когда диаметры арматуры не совпадают в трубопроводе. Лучшей практикой является определение фланца клапана класса 125/150 в ковкий чугун, который будет иметь рейтинг давления, аналогичный стальному монтажному фланцу.
Вывод
Фланцевая арматура является важным компонентом систем трубопроводов и поставляется как производителями клапанов, так и труб во многих конфигурациях. Полное знание дизайна и применимых стандартов имеет важное значение для успешной реализации системы трубопроводов.
В водопроводной промышленности фланцы клапанов и трубопроводов предусмотрены во многих альтернативных материалах и противоречивых обозначениях класса давления. Во избежание серьезных проблем конструкции и ненужных затрат требуется тщательное знание показателей фланцевой арматуры и спецификация фланцевых систем, которые отвечают требуемым требованиям к давлению и температуре системы трубопроводов.
Фланцевое соединение стальных труб: их плюсы и область применения
Фланец — это плоская деталь для соединения труб с отверстиями для крепежных элементов (болты, шпильки и др.) круглой или квадратной формы. Такие детали применяют для создания высокопрочного и герметичного стыка узла на продолжительном участке трубопровода.
Фланцевое соединение стальных труб является очень распространенным методом. На нем равномерно расположены отверстия для шпилек и болтов.
В бытовых системах фланцевое соединение используют не очень часто. Такой вид технологии рассчитан на промышленное применение. Если возникает необходимость поставить стальной фланцевый узел, то особое внимание нужно уделить на все отметки по нужным нормативам.
Фланцевые стыки стали самыми популярными видами разъемных стальных соединительных в химической, промышленной области и ЖКХ. Этому способствовали: герметичность, простота конструкции, легкость производства и монтажных работ.
Что такое фланец и принцип его действия
Понятие фланец включает в себе не только деталь сантехнической арматуры, но и метод скрепления труб, который на практике применяют во всех промышленных отраслях. Фланцевые соединения стальных труб отличаются герметичностью и прочностью.
При этом соединение является разборным. А это означает, что после снятия можно проводить все нужные ремонтные работы и повторно применять участок магистрали. Фланцевые соединения для стальных труб подбирают, исходя из предназначения сети, при этом берут в работу различные типы фланцев, которые произведены из разных материалов.
При большом разнообразии стальных вариантов, выделяют такие основные виды конструкций:
Получается, что фланцы – это детали для соединения, которые ставятся в сети большого срока использования, и в магистралях с большим давлением внутри, но более приоритетными называют монолитные соединения посредством сварки.
Передвижение среды по трубопроводу перед началом монтажных работ приостанавливают, а включают только после полного прекращения действий. Особое внимание при этом уделяют давлению, его нагрузку на эту деталь рекомендуют наращивать постепенно.
Области применения деталей для соединения
Говоря о таком элементе, необходимо внести ясность, что он не является деталью для крепления. Главная задача этого приспособления заключается в создании опорной конструкции для крепительных болтов и одновременно в обеспечение герметичности соединения.
Как запорную или стыковочную деталь, их ставят в коммуникационных сетях ЖКХ, в промышленности по добыче нефти. Также они обширно монтируются в топливной и газовой сферах. В этих отраслях очень прочные и долго служащие фланцевые крепления используют при монтаже в сеть приборов измерения.
Разные технологические особенности изготовления и виды материалов для этих элементов, дают возможность эффективно эксплуатировать сети, которые проводят агрессивные вещества под высокими показателями давлением.
При прокладке системы их стальных труб, чаще всего, используют диски из аналогичного материала. Это создает одинаковый уровень нагрузочного давления и служит подстраховкой от повреждений составных деталей после воздействий температурных скачков.
Такие повреждения характерны для швов на материалах, которые характеризуются неодинаковой проводимостью тепла. На стальные трубы ставят чугунные, алюминиевые, латунные и бронзовые фланцы. Но, бесспорным лидером среди вариантов для такой работы являются изделия их углеродистой стали. Причин для этого несколько, это:
Фланцевые соединения можно встретить в любой сфере. Большое разнообразие материалов для производства данных устройств дает возможность эффективно использовать любую магистраль.
Некоторые виды систем предусматривают наличие специального углубления под прокладки. Особенно тщательного контроля требуют фланцевые крепления в сети, транспортирующей газ. Здесь понадобятся фланцы, прошедшие детальную проверку на качество.
Особенности и характеристики
Главной характеристикой фланцевых креплений являются их конструктивные особенности. В России и в странах СНГ наиболее популярные следующие нормы:
Приспособления, которые относятся к этим трем основным группам, предназначены для стыка непосредственно для сети и оборудования. Условия установки любого из представленных механизмов разные.
Плоские приварные детали из стали. Во время монтажных мероприятий, такой элемент «насаживают» на трубу, а после этого его наваривают парой швов сварки вокруг нее.
Приварной встык механизм из стали. Монтаж этой стальной детали, если сравнить с первым вариантом, ставит в необходимость наличие только одного сварного шва — соединения.
При таких действиях скрепляется встык торцевая часть трубы и «воротничок» механизма для соединения. Такое в значительной степени упрощает процесс крепежа детали и уменьшает затраченное на монтаж время.
Свободная стальная конструкция на привариваемом кольце. Она включает в себя главную часть и кольцо, а они в свою очередь должны иметь одинаковый показатель условного объема и давления.
Если провести параллель с ранее указанными вариантами, то в этом механизме удобство установки находится на более высоком уровне, потому, что на трубы наваривается сам диск, а фланец оставляют в свободном расположении.
Благодаря этому, соединение болтовых отверстий на свободно расположенных деталях и на аналогичном механизме на арматуре выполняется без затруднений, даже в месте трудного доступа. Поворачивать трубу при данном соединении также не нужно.
К положительным моментам их использования относится то, что при подборе для трубы из нержавейки, можно поставить кольцо из нержавейки, а фланцевую конструкцию из углеродистой стали.
В мире применяют и другие классификации, например:
Переводятся эти стандарты в специальных таблицах, где есть четкое указание, какой стандарт определяет характеристики того или иного изделия.
Исполнения уплотнительной поверхности фланцев
Фланцы арматуры необходимо производить с уплотнительными поверхностями типа А, В, D, F, J, K, M. Остальные варианты уплотнительных поверхностей фланцев арматуры допускают только по требованию клиентов.
Фланцы изготавливают в соответствии к требованиям, которые обеспечивают выдержку геометрических габаритов и механических характеристик.
Например, плоские фланцы можно производить сварным путем, если при работе выдержанны условия проварки шва, это должно быть выполнено по всей протяженности сечения на устройстве. Уровень качества таких швов рекомендуют проверять ультразвуковым способом.
Как правило, способ изготовления определяет производитель, в том случае, когда заказчик дополнительно не обговорил это при заявке.
Круглые и квадратные виды
По видам конструкции данные характеризуют:
Технологические характеристики стальных фланцевых соединений на трубах имеют прямую связь к технологическим процессам и заготовкам, которые берут для работы.
По этим причинам, для показателей давления, которое не превышает величину в 40 кгс/см2 в соотношении к ГОСТ 12815-80 предусматривают не только механизмы круглой формы, но и виды в форме квадрата.
Давление, которое они в состоянии выдержать
Стальные изделия плоские привариваемые (ГОСТ 12820-80) и детали из стали свободные на привариваемом диске (ГОСТ 12822-80) переносят нагрузку до 25 кгс/см2. А варианты привариваемые встык (ГОСТ 12821-80) переносят влияние даже до 200 кгс/см2.
Величину в таких ситуациях показывают в разнообразных представлениях, это:
Но, выпуская товары этой линейки основной измеряющий параметр это кгс/см2.
Особенности монтажа
Ключевым моментом установки фланцевого крепления стала затяжка его стыков. Для достижения максимальной герметичности стальной конструкции, нужно брать в работу только те изделия, которые отличаются высокой точностью соединения.
Дальнейший ход работы следующий:
Момент подтяжки требует особого внимания, иначе герметичного соединения не создать. Уровень стягивания должен быть одинаково распределен по всему элементу. В период затяжки на болт влияет сила растягивания. И любое чрезмерное усилие способно оборвать резьбу или болт.
Для того, чтобы отрегулировать силу стяжки фланцевого соединения, применяются разнообразные техники:
Иногда используют стягивание фланцевого механизма от руки, но это под силу только только определенной категории людей. После крепления фланца (на протяжении первых суток) элемент может терять силу затяжки приблизительно на десять процентов. Через 48 часов после установки фланцевого механизма рекомендуют выполнить дополнительную протяжку.
Фланцевое соединение стальных труб является очень важным моментом. Подбирают фланцевые изделия в соответствии ко всем перечисленным выше характеристикам. В технической документации можно найти данные о том, какие из изделий лучше поставить в каждом конкретном случае.
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