Що таке фланцеві з'єднання? Типи фланцевих з'єднань. Фланцеві з'єднання в промисловості

У промисловості часто застосовуються фланцеві з`єднання. Вони повинні забезпечувати герметичність і міцність зібраних конструкцій. Роль якісного з`єднання немаловажна, адже нетривке скріплення може призводити до великих втрат і загрожувати небезпекою обслуговуючому персоналу. Основним елементом з`єднання є фланець. Ця деталь являє собою металевий диск і забезпечує міцне і щільне роз`ємне з`єднання. Своє застосування фланець знайшов в галузі трубопровідного транспорту, комунального господарства. Завдяки використанню різних матеріалів для його виготовлення, він стає практично універсальним елементом трубопровідних конструкцій.

Види фланців

Для технологічних трубопроводів розроблено велику кількість конструкцій цієї деталі. Всі фланцеві з`єднання складаються з наступних елементів - фланців, прокладки, кріпильних виробів. Головне завдання, яке покладено на цей вузол - об`єднання частин трубопроводу або ж приєднання до труб додаткового обладнання. Фланці поділяються на види залежно від різних параметрів. По конструкції вони поділяються на:

• цельние;
• вільні.

Відмінність полягає в тому, що цільні фланці разом з корпусом зазнають відповідно однакові навантаження. Виготовляються вони спільно з арматурою в процесі відливання або штампування, також поєднання можна проводити за допомогою зварювання. Що стосується вільних, вони являють собою диск, який кріпиться до привареного фланця або відбортованого краю труби. У обох видів є як недоліки, так і переваги. Вільні фланці зручні в збірці, їх конструкція дозволяє легко поєднувати отвори під шпильки. Недоліком є менша міцність і жорсткість, ніж у цільних фланців.

Поділ фланців за призначенням:

• Для арматури і трубопроводів. Фланцеві з`єднання трубопроводів даного типу використовуються для всіх видів і галузей трубного, транспортного та житлово-комунального господарства.
• Для судин і апаратів, такі сполуки застосовуються для перегонки нафти, обладнання систем теплозабезпечення, а також ємностей під резервацію.

Стандарти

Всі фланці поділяються на кілька видів залежно від ГОСТу і виконання:

1. Литі фланці, виготовляються як єдине ціле з корпусом. Відлитися вони можуть із сталі або чавуну.
2. Сталеві фланці, які мають різьблення на шийці. Цей тип має досить обмежене застосування і в основному використовується для трубопроводів з низьким тиском.
3. Комірні фланці. Являють собою виріб із сталі, яке отримано зварюванням встик. Призначення коміркових фланців полягає в з`єднанні трубопроводів з високим і середнім тиском. Перевага цього типу полягає в простоті монтажу та економічності. У порівнянні з фланцями плоскими приварними, які ми розглянемо наступним пунктом, вони скорочують трудомісткість виготовлення в середньому на 20% і обсяг робіт зі зварювання в два рази.
4. Фланці плоскі приварні. Виробляються вони із сталі і застосовуються такі фланцеві з`єднання для технологічних трубопроводів.
5. Вільні фланці. Цей вид має свої особливості і підрозділяється на три підвиди:

• з бурти, вони застосовуються для трубопроводів з агресивними середовищами, від впливу яких бурт оберігає сам фланец;
• на відбортованої трубе;
• на приварному кільці, вони використовуються для трубопроводів з кольорових металів - міді та її сплавів, алюмінію, а також неіржавіючої сталі;

Параметри вибору з`єднання

1. Форма фланцевого з`єднання. Фланці можуть бути: круглі, овальні або прямокутні.
2. Умовний прохід. Його розмір відповідає внутрішньому перетину фланця, за яким буде протікати середу.
3. Конструктивне виконання. Цей параметр регламентує фланцеві з`єднання, ГОСТ 12815-80 включає 9 різних категорій виконання.
4. Тиск. Сполуки можуть витримувати максимально умовний тиск, воно залежить від виконання і геометричних розмірів фланця. Цей параметр також передбачений основним нормативним документом.
5. Матеріал. Для виготовлення використовується чавун, вуглецева, легована, нержавіюча сталь. Матеріал вибирається відповідно до використовуваної середовищем застосування. Можуть також застосовуватися і дорогі метали.

Електроізолюючі з`єднання

Изолирующее фланцеве з`єднання має ряд відмінностей від інших видів і несе на собі завдання перешкоди проходженню електричного струму, а також захисту від електрохімічної корозії. Більшість трубопроводів прокладені під землею, де можлива ймовірність виникнення блукаючих струмів. В цілому вони не несуть небезпеки всьому трубопроводу на вході, але дуже небезпечні на місці виходу. Такий вплив може призводити до руйнування металу, утворення тріщин і витокам транспортується рідини чи газу, изолирующее фланцеве з`єднання забезпечує необхідну безпеку. Складається воно з фланців, спеціальних ізольованих прокладок, втулок і кріпильних виробів. Застосовують таке з`єднання в наступних випадках:

• на кордоні трубопроводу і перехід його від постачальника до потребітелю;
• коли фланцеве з`єднання труб забезпечує поєднання різних матеріалів, з яких вони ізготовлени;
• на трубопроводах, які прокладені в області джерел блукаючих токов;
• на виході ізольованою трубопровідної мережі, яка з`єднується з неізольованим трубопроводом;
• на наземних ділянках газорозподільних станцій.

Інші типи фланцевих з`єднань

• Вимірювальні фланцеві з`єднання. Вони забезпечують стиковку трубопровідних мереж з додатковим обладнанням та вимірювальними пристроями.
• Сполуки, що працюють під великим тиском. Такі вузли піддаються змінним навантаженням від працюючих механізмів. Тому щоб забезпечити щільність і міцність, а також довговічність, слід дотримуватися ряду технологічних нюансів при монтажі. Закручування шпильок проводиться поступово по колу і в певній послідовності. Фланцеві з`єднання можуть стати більш міцними за рахунок використання лінзового виду прокладки. Щоб використовувати цей вид прокладок, попередньо необхідно відшліфувати поверхню і прокладки, і труби безпосередньо. Найкращим варіантом для даного виду служать різьбові фланцеві з`єднання. Також може використовуватися поряд з линзовой прокладкою, плоска металева.
  Максимальна щільність фланцевого з`єднання забезпечується використанням таких матеріалів для плоских прокладок, як мідь або алюміній.

• Фланцевий замок. Це з`єднання по конструкції повністю відповідає фланцевому, відмінність полягає в тому, що замість звичних кріпильних виробів - болтів і шпильок, використовується спеціальна конструкція у вигляді смуги, яка обжимає фланці і затягується болтами. У таких з`єднаннях отвори по діаметру фланців відсутні. Такий вид відмінно зарекомендував себе у вузлах, які вимагають швидкого і періодичного роз`єднання-з`єднання. Використовувати в цьому випадку можна плоскі приварні фланці або приварені встик.

Фланцевий кріплення

Для монтажу фланцевих з`єднань обов`язково необхідний кріплення. Для кріплення трубопроводів застосовують такі кріпильні вироби: болт, гайка, шпилька і шайба. Так як фланцеві з`єднання трубопроводів - це досить відповідальна конструкція, до кріплення пред`являються вимоги у відповідності з наступними параметрами:

1. Середа. Вона може бути агресивною і немає. Грунтуючись на цьому параметрі середовища, вибирається кріплення. Для агресивних середовищ перевага віддається сталі з антикорозійними властивостями. Також можливе застосування спеціальних покриттів, що перешкоджають корозії.
2. Температура. Тут грає роль температура рідини чи газу, який транспортуватиметься з даного трубопроводу, а також температурний режим навколишнього середовища. Кожен матеріал має робочий діапазон температур, відповідно до якого вибирається виріб. Якщо навколишнє середовище не перевищує -30 ordm-С, можливе застосування звичайних марок сталі, для більш низьких температур застосовуються холодостійкі марки.
3. Тиск. Чим вище показник робочого тиску, тим більш високими параметрами повинен володіти використовуваний матеріал, з якого виготовлені шпильки для фланцевих з`єднань.
4. Показники кріпильних виробів: тип різьблення, крок, довжина.
5. Матеріал. Сталь, яку використовують у виробництві кріпильних виробів для фланцевих з`єднань можна класифікувати за чотирма категоріями:

• вуглецева сталь загального призначення, робоча температура не повинна перевищувати показник 200 ordm-С, а максимальний діаметр - 48 мм;
• вуглецева сталь, застосовувана для виробів підвищеної точності, температура роботи не може бути вище значення 300 ordm-С;
• сталь вуглецева з підвищеною якістю, кріпильні вироби з цього матеріалу можуть експлуатуватися при температурі вище 450 ordm-С;
• леговані сталі, які володіють Теплотривкість і антикорозійними властивостями.

Обмеженість застосування кріпильних виробів

Вибір кріпильних виробів обумовлений перерахованими вище параметрами, але існують і деякі обмеження:

1. Кріплення, експлуатовані при робочому тиску до 25 кгс / см, не обмежені вибором типу виробу. Що ж стосується тиску, який перевищує цю цифру, використовуватися можуть тільки шпильки для фланцевих з`єднань, застосування болтів заборонено.
2. Марка стали для пари «шпилька-гайка» може вибиратися як однакової, так і різної. Якщо використовується один матеріал, міцність гайки повинна бути нижче міцності шпильки на 20 одиниць.

Існує спеціальний ГОСТ шпильки для фланцевих з`єднань, відповідно до якого вибираються номінальні розміри кріпильного виробу. Вибір розмірів залежить від робочого тиску, якому буде піддана шпилька.

Прокладки

Ця деталь входить в ізольоване фланцеве з`єднання, для того щоб забезпечити необхідну щільність між фланцями. Прокладки поділяють на різні види за певними параметрами. Залежно від матеріалу, з якого вони виготовлені, розрізняють категорії:

• металеві;
• неметалліческіе;
• комбіновані.

Розподіл прокладок по пружності:

• упругіе;
• жорсткі.

Ця властивість зумовлює матеріал, з якого виготовлені прокладки для фланцевих з`єднань. Пружні виходять з комбінованих і неметалевих видів. Жорсткі прокладки в основному являють собою металеві, а також неметалеві, отримані з таких матеріалів, як фібра, тверда гума, пароніт і т. Д.

Конструктивні особливості прокладок

За цією ознакою прокладки для фланцевих з`єднань поділяються на:

• Плоскі (можуть бути як металевими, неметалевими і комбінованими), їх застосовують у з`єднаннях з плоскими поверхнями. Внутрішній діаметр плоских прокладок повинен бути більше діаметра труби на 1-3 мм.
• Лінзові прокладки виготовляють з вуглецевих і легованих сталей, вони можуть бути як жорсткими, так і пружними.
• Овальні забезпечують надійне ущільнення, при цьому навантаження на болти досить помірна. Контакт прокладочного вироби відбувається по зовнішній і внутрішній окружності з фланцем. Матеріалом для цих прокладок служить вуглецева або нержавіюча сталь.
• Гофровані прокладки можуть бути як металевими, так і неметалевими. Їх виготовляють з тонкого листа міді, м`якої сталі, в якості неметалічної матеріалу використовується азбестовий картон або папір. Внутрішній діаметр відповідає діаметру фланця, а зовнішній коригується розташуванням болтів.
• Спіральні відносяться до пружним прокладкам. Така прокладка складається з трьох елементів - спіральної частини і двох обмежувальних кілець.
• Зубчасті прокладки, матеріалом для цих прокладок служить малоуглеродистая або легована сталь. Ізольоване фланцеве з`єднання з даним типом прокладок може експлуатуватися при температурах, що не перевищують 480 ordm-С.

Розрахунок фланцевих з`єднань

Після визначення типу фланця, залежно від його призначення, виду прокладочного вироби, а також матеріалів, з яких виріб буде виготовлятися, конструкторами вибираються необхідні розміри деталі за спеціальними таблицями. Вони представлені у відповідних ГОСТах. Незважаючи на те що фланці є стандартними деталями, дуже часто виникає потреба в конструюванні індивідуального виробу. Система розрахунку включає такі пункти:

1. Розрахунок пластичних деформацій в основі втулок, це стосується сполук, що працюють при невеликих температурах і тиску.
2. Облік зовнішнього згинального моменту, що виникає від навантаження на болти. Цей параметр визначає характеристики міцності фланця.
3. Обчислення виникаючих напруг, особливо це стосується виробів, які отримані зварюванням.
4. Вибір кроку болтів, неправильно визначений цей параметр може викликати прогин кілець фланця між болтами.

Розрахунок фланцевих з`єднань повинен враховувати різновид навантаження. Можливі два варіанти - у першому випадку навантаження від болтів передається на прокладку, у другому - йде рівномірний розподіл навантажень між прокладкою і опорним кільцем.