Фланец для самых крепких соединений

Наряду с резьбовыми, фланцевые соединения — одни из наиболее распространенных во всех сферах промышленности, начиная от прокладки технологического трубопровода и заканчивая сборкой ракетных двигателей.

Стяжка по двум плоскостям позволяет получить прочное и герметичное сопряжение, где все элементы нагружены равномерно и способны выдержать значительные нагрузки без деформации, смещения или разрушения.

Рассмотрим подробнее, как проектируют и подбирают фланцевые соединения, и от чего зависит их долговечность и надежность.

Особенности фланцевых соединений

Сборка на фланцах — это стыковка двух плоских деталей «лицом» друг к другу и симметричная затяжка на резьбовом крепеже по периметру, на равном удалении от центра узла. Таким соединениям не нужно высокой точности размеров и дополнительных операций (сварки, пайки, прогрева, развальцовки).

Различают два типа фланцев: контактирующие и неконтактирующие. В первом случае детали сопряжены напрямую, а во втором — между фланцами ставят прокладку из более мягкого материала, который за счет собственной деформации надежно герметизирует сборку.

На практике контактирующие фланцы используют очень редко, поскольку силовая стяжка металлических изделий плоскостями друг к другу приводит к схватыванию и адгезии, что изрядно затрудняет последующий демонтаж. Поэтому даже в механизмах, где совершенно не нужна герметичность, закладывают тонкие картонные прокладки.

По форме опорных поверхностей фланцевые соединения бывают:

• кольцевые (круглые);
• полосовые (прямоугольные и квадратные);
• фасонные (плоскость разъема литых корпусов).

Чем сложнее контур поверхности, которой фланец переносит нагрузку на ответную деталь, тем большее количество крепежа понадобится, чтобы обеспечить равномерный прижим по всему периметру.

Классическая схема фланцевого соединения предусматривает две стянутые детали, но в реальных условиях это правило часто нарушают, расширяя сборку до трех или даже четырех компонентов. Яркий пример —промышленные теплообменные аппараты (маслоохладители, пароподогреватели, рекуператоры), где в одном узле стягивают фланец корпуса, доску трубного пучка и фланец крышки. Величина «бутерброда» ограничена лишь высотой всех элементов, поскольку вместе с ней растет длина резьбового крепежа и ухудшается суммарная жесткость конструкции.

Рабочие (фронтальные) торцы фланцев могут иметь различную форму в зависимости от того, какого рода уплотнение заложено между ними. В общей практике предусмотрено несколько вариантов:

• плоскость по плоскости;
• выступ / впадина;
• шип / паз (для сред с высокой проникающей способностью, пожароопасных или ядовитых);
• с конической выборкой по посадочному отверстию (под линзовую прокладку);
• с торцовой канавкой (под прокладку овального сечения, кольцо или шнур).

В качестве уплотнений, которые закладывают между сопряженными фланцами, принято использовать:

• картон;
• паронит;
• резину;
• фторопласт;
• асбест;
• медь;
• латунь;
• нержавейку.

Это может быть как плоская прокладка, повторяющая форму контактирующих фронтальных плоскостей, так и шнур или кольцо, заложенные в торцовую канавку. При силовой стяжке податливый материал деформируется и уплотняет стык, герметизируя соединение и исключая прямой контакт между торцами.

Сборка на фланцах может быть выполнена как исключительно «на глаз» — простой стыковкой и установкой крепежа в сквозные отверстия, так и с предварительным центрированием. Это реализуют двумя путями:

• на одной детали оставляют выступающий буртик, а на ответной — кольцевую выточку. Обе поверхности обрабатывают с точностью по 9..10 квалитету, добиваясь аккуратной посадки с зазором. Бурт входит в выточку, и пара приобретает нужное пространственное положение. Этот вариант подходит для круглых фланцев;
• детали с полосовым или фасонным типом контакта собирают на двух штифтах, расположенных по диагонали относительно центра узла. Их загоняют по посадке с натягом в нижнюю деталь, а верхнюю ставят с минимальным зазором. Использование двух штифтов исключает перекос или смещение элементов.

Фланцы могут быть приварными (такие обычно монтируют на концы труб) или представлять собой непосредственную рабочую часть детали (корпус редуктора).

Различают два типа приварных фланцев:

• плоские — выполненные в виде диска или квадратной пластины. В центре присутствует отверстие для посадки. Изделие надевают на трубу и приваривают двумя тавровыми швами — с тыльной стороны снаружи и с фронтальной изнутри;
• воротниковые — деталь наподобие полого стакана, на котором присутствует круглая или квадратная ступень под размещение крепежных отверстий. Изделие устанавливают встык к торцу трубы и обваривают кольцевым швом.

Особая категория продукции — фланцы на свободных кольцах. Они выглядят как кольцо с внутренней выборкой, которое упирается своим буртом в базовую деталь и при силовой стяжке тянет ее за собой.

В более чем половине всех случаев предпочтение отдают плоским приварным фланцам — они проще в изготовлении и монтаже. Воротниковые используют для нагруженных условий. Изделия на свободных кольцах распространены в конструкциях силовых гидравлических цилиндров — они позволяют реализовать значительное стяжное усилие при сравнительно малом увеличении габарита.

Москва не сразу строилась, а утверждению любого фланцевого соединения предшествует точный расчет: на прочность, выносливость и герметичность (если это необходимо). Для работы с сосудами и аппаратами под давлением следует руководствоваться методикой по ГОСТ Р 52857.4-2007. Для решения нестандартных задач ее можно брать за основу.

• тип фланца (плоский, воротниковый, на свободных кольцах);
• вид поверхности под уплотнение;
• предельно допустимое давление в системе;
• действующие силовые нагрузки — внешние и внутренние;
• воздействие рабочей среды;
• температурный режим.

Отправной точкой проектирования становится проходной диаметр. Именно от этого размера начинают конструктивный отчет всех остальных геометрических составляющих.

Прочностная характеристика соединения будет напрямую зависеть от толщины стяжной части — именно ширина бурта под установку крепежа отличает фланцы, рассчитанные на один проходной диаметр и разные давления в системе.

Одно из ключевых преимуществ фланцевых соединений — условная простота монтажа. Условная — поскольку ее простая по механике реализация таит за собой целый перечень условий, только строгое выполнение которых гарантирует прочность и герметичность сборки.

Устанавливая на концы труб, собирая и стягивая фланцы, следует выдержать:

• строгую перпендикулярность опорных плоскостей к оси трубы;
• качество сварных швов;
• определенное угловое положение отверстий под крепеж;
• установку уплотнений без повреждений мягкого материала острыми кромками или инструментом;
• установку крепежа без перекосов в сквозных отверстиях;
• равномерную и последовательную затяжку.

Если в процессе эксплуатации соединение будет подвергаться воздействию высоких температур и значительных силовых нагрузок, то назначают дополнительную обтяжку гаек при повышении давления в системе.

Необходимое усилие затяжки крепежа — еще один обязательный элемент расчета. Ответственные узлы собирают исключительно с применением динамометрических ключей, тщательно контролируя момент и занося фактические показатели в тетрадь учета.

Сферы применения

Область использования фланцевых соединений поделена неравномерно: на долю контактирующих фланцев (без прокладок) приходится не более 15% от всего объема конструкций, где инженера закладывают этот принцип сопряжения деталей. Яркий пример — сборка шатунов и корпусных коробчатых изделий.

Куда шире представлены неконтактирующие фланцы, разграниченные прокладками из уплотняющих материалов. Их применяют везде, где присутствует хотя бы намек на трубопроводные системы или работу с закрытыми емкостями под давлением, а также там, где следует исключить залипание плоскостей разъема.

• коммунальное хозяйство и инженерные сети;
• трубопроводный транспорт;
• судовые трубопроводы;
• технологический трубопровод в топливно-энергетическом комплексе;
• теплообменное оборудование;
• оборудование в химической, фармацевтической и пищевой промышленности;
• смазочные и охлаждающие трубопроводы промышленного оборудования;
• оборудование для нефте/газодобычи и переработки;
• технологический трубопровод транспорта;
• гидравлические и пневматические сети;
• доменные воздухонагреватели;
• редуктора, компрессора, насосы.

Именно с помощью фланцевых соединений крепится запорная, регулирующая и запорно-регулирующая арматура — дроссельные, перепускные, уравнительные клапаны. Стяжка на фланцах позволяет собирать модульные структуры с возможностью оперативной замены в случае выхода из строя какого-то конкретного элемента.

Интересным примером также становятся фланцевые муфты. Иногда их называют поперечно-свертными. Стандартные устройства выпускают по ГОСТ 20761-96, и они предназначены для передачи крутящего момента от 8 до 40 000 Нм.

Это один из наиболее универсальных видов механических муфт. Конструкция включает две полумуфты, стянутые болтами. Посадочное отверстие каждой имеет шпоночный паз для установки на выходной конец вала. Вращение в осевом направлении передают за счет жесткой установки болтов от М8 до М24, причем в одной полумуфте болт посажен с минимальным зазором, а вторую проходит насквозь и стягивает гайкой.

Такая жесткая схема исключает гибкую компенсацию перемещений, перекосов и вибраций в монтаже и работе, но обеспечивает высокую нагрузочную способность. Фланцевым муфтам нашлось место в конструкциях тяжелых промышленных машин, энергетических турбин и мельниц. Их даже можно использовать в качестве тормозных барабанов и шкивов ременных передач.

Требуемый крепеж

Сопряженные фланцы имеют одинаковое число сквозных отверстий, расположенных по единой траектории относительно центра узла. В конструкции могут быть заложены различные типы крепежа:

• болты — для простых и слабонагруженных сборок, работающих в условиях до +200°С;
• винты — для уникальных случаев, когда габаритные размеры устройства строго ограничены и негде разместить обычные гайки (гидравлика и пневматика);
• шпильки — оптимальный и универсальный вариант, подходящий для всех отраслей и сфер применения;
• откидные болты — для быстроразборных соединений, когда крышку аппарата приходится часто снимать;
• гладкие штифты — для центрирования сложных сборок;
• шестигранные и барашковые гайки;
• пружинные шайбы (гровера).

Шпильки обладают ключевым преимуществом перед болтами и винтами — одноступенчатой формой профиля. При повышенном нагреве растягивающие напряжения нагружают крепеж в меньшей мере, чем изделия с головками.

ГОСТ 20700-75 предусматривает специальный набор крепежа именно для фланцевых соединений, работающих в условиях вплоть до +650°С. Сюда входят шпильки (ГОСТ 9066), шайбы (ГОСТ 9065) и гайки (ГОСТ 9064). Такой комплект резьбовых деталей подходит для сборки различных трубопроводов, арматуры, приборов и аппаратов, котлов, паровых и газовых турбин.

Для фланцевых соединений с линзовыми уплотнениями закладывают шпильки по ГОСТ 10494. Они способны выдержать давления до 100 МПа и нагрев на +510°С. А технологический трубопровод на атомных электростанциях комплектуют шпильками по ГОСТ Р 54786-2011.

При расчете размеров и необходимого количества крепежных элементов учитывают:

• силовую нагрузку (система оценивается параметром внутреннего давления или максимального крутящего момента);
• влияние температуры;
• схему распределения крепежа (прямоугольник, круг, сложная фигура);
• запас прочности (400..450%, не менее 280%);
• предел прочности материала, из которого будет изготовлен крепеж.

Как правило, ассортимента стандартных метизов хватает, чтобы решить любую техническую проблему. Унификация также помогает избежать трудностей в дальнейшем — когда при ремонте резьбовые детали придется полностью менять. Но в отдельных случаях, когда следует обеспечить какие-то особенные свойства или функции, придется заказать нестандартный крепеж.

ГОСТы

Во всех областях промышленности инженера стараются подобрать фланцевое соединение из унифицированного ряда. Это упрощает процедуру проектирования и изготовления конструкций, а в перспективе — ремонт и восстановление.

При подборе фланцев ориентируются на следующие документы:

• ГОСТ 12820 — плоские фланцы, рассчитанные на давления от 0,1 до 2,5 МПа;
• ГОСТ 12821 — воротниковые фланцы, рассчитанные на давления от 0,1 до 20 МПа;
• ГОСТ 12822 — свободные фланцы на приварном кольце, рассчитанные на давления от 0,1 до 2,5 МПа;
• ГОСТ 9399 — фланцы с резьбовым установочным отверстием, выдерживающие давления от 20 до 100 МПа;
• ГОСТ 28759.2 — плоские фланцы, рассчитанные на давления от 0,3 до 1,6 МПа, в диапазоне температур от −70 до +300°С;
• ГОСТ 28759.3 — воротниковые фланцы, рассчитанные на давления от 0,6 до 6,3 МПа, в диапазоне температур от −70 до +540°С;
• ГОСТ 28759.4 — воротниковые фланцы, рассчитанные на давления от 6,3 до 16 МПа, в диапазоне температур от −70 до +540°С.

В общем случае инженеры-проектировщики и конструктора руководствуются нормативными данными ГОСТа 12815, который определяет типы, конструкцию и размеры типовых фланцев. Этот стандарт рассчитан на параметры:

• давления в системе — от 0,1 до 20 МПа;
• условный диаметр прохода трубопровода — от 10 до 3000 мм;
• температуру среды — от −253 до +600°С;
• крепежные элементы (болты и шпильки) — от М10 до М72.

ГОСТ 12815 можно назвать универсальным — он применим практически ко всем областям промышленности. Исключение составляют лишь фланцевые соединения для технологического трубопровода транспорта и спецтехники. А на узлы судовых трубопроводов распространяются ГОСТ 1536 и ГОСТ 4433.

Существует также комплект документации на европейские конструкции:

• DIN EN 1092-1 — для стальных изделий;
• DIN EN 1092-2 — для изделий из серого и ковкого чугуна;
• DIN EN 1092-3 — для изделий из медных сплавов (латунь и бронза);
• DIN EN 1092-4 — для фланцев из алюминия и алюминиевых сплавов.

С трубопроводом и аппаратами, изготовленными за рубежом, можно столкнуться и в Москве, и в самой дальней провинции, поэтому следует пользоваться и европейскими нормативами.

Вопреки широкому ассортименту унифицированных изделий, широко распространены и фланцевые соединения нестандартного типа. В первую очередь это плоскости разъема на корпусах редукторов, а также насосного и компрессорного оборудования. Есть общие рекомендации по проектированию подобных деталей, но на 70% схему стыка, центрирования и стяжки крепежом определяет собственное видение инженера-конструктора.

Угроза низкого качества

Фланцевое соединение способно выдержать значительные нагрузки за счет собственной жесткости и максимальной простоты. Но всё это будет возможным лишь при правильном подборе качественных комплектующих.

Прежде, чем заказать фланцы, следует уделить время пристальному анализу условий работы и расчету всех действующих нагрузок. Опытные проектанты могут пренебречь подробным силовым расчетом каждого узла, используя базу стандартных ГОСТовских изделий и опираясь лишь на два показателя: предельное давление в системе и проходной диаметр трубопровода. Также нужно учесть материал и технологию изготовления — от них напрямую зависит качество изделий.

В простых случаях будет достаточно сталей наподобие Ст3сп, 09Г2С или 10Г2, а для высоких нагрузок и температур придется подобрать стальной продукт из более серьезных марок — 20Х3МВФ, 25Х1МФ, 30ХМА, 38ХА, 45. Трубопроводы, работающие с агрессивными средами, оснащают деталями из нержавейки 12Х18Н9Т, 10Х17Н13М3Т и 06ХН28МДТ. Иногда воротниковые фланцы льют из чугунов марок СЧ20 и КЧ33-8.

Стандартные изделия получают преимущественно штамповкой. Литье используют очень редко — риск получить скрытые дефекты в сравнительно тонкой стенке слишком велик. Для мелкосерийного и единичного производства фланцы можно точить из проката. Иногда, ради экономии заготовок, изделия делают сварными из двух компонентов: втулки (стакана) и опорного кольца.

Фланцы низкого качества таят за собой целый ряд опасностей:

• неточность в размерах сделает сложной или вовсе невозможной сборку с уже имеющимся оборудованием;
• невыдержанная плоскостность опорных торцов станет причиной неравномерного распределения напряжений при стяжке. В свою очередь концентрация нагрузок приведет к преждевременному разрушению металла;
• небрежно обработанные уплотнительные поверхности могут повредить гибкие прокладки еще при сборке, что сократит ресурс работы до замены уплотнений;
• материал с недостаточным пределом прочности не выдержит нагрузок и начнет деформироваться, что приведет сначала к заклиниванию (вместо разборки весь узел придется срезать), а затем — к аварийному выходу из строя.

Отдельные нечистоплотные производители могут с целью уменьшения затрат менять материал изготовления, не уведомляя об этом потребителя. Они ориентируются лишь на поверхностную твердость металла как единственную механическую характеристику, которую можно проверить в ходе приемки готовой продукции.

Но твердость и прочность — далеко не тождественные понятия, хотя и взаимосвязанные. Неграмотная замена материала приведет к тому, что фланец будет работать совершенно иначе.

Особенно это касается высоколегированных нержавеек, которые по-разному реагируют на различные окислительные среды при сравнительно схожих показателях прочности. Если фланцевое соединение планируют для химического производства, то переход от 06ХН28МДТ к более дешевой 12Х18Н9Т может стать фатальным, хоть оба сплава демонстрируют высокую стойкость к коррозии.

Приобретайте унифицированные серийные фланцы исключительно у крупных и ответственных производителей, готовых предоставить подробные паспорта и сертификаты к своей продукции. Цена ошибки при работе с давлением — а фланцевое соединение чаще всего ставят именно там — может быть слишком высока.

Мировая практика сборки соединений фланцев воротниковых часть III

Большинство трубопроводов различного назначения монтируют сваркой, обеспечивающей надежность и долгий срок службы стыков. Но когда по условиям прокладки этот способ неприемлем или в процессе эксплуатации требуется периодическая разборка, используется соединение фланцевое. По надежности и долговечности оно не уступает сварному варианту, а монтируется проще.

Назначение и область применения

Устанавливать фланцевые соединения можно на трубопроводы диаметром больше 32 мм. Таким способом монтируются разветвленные системы на промышленных и химических предприятиях, в газовой и нефтедобывающей отрасли, распределительные сети ЖКХ. Для прокладки внутридомовых трубопроводов соединение этого вида применяют редко.

Фланцевые стыки нужны для того, чтобы:

• соединять трубы между собой или с оборудованием из разнородных материалов;
• устанавливать запорную и регулирующую арматуру;
• проводить очистку трубопроводов;
• врезать измерительные приборы;
• отсекать участок трубы для ремонта.

Варианты исполнения фланцев

Помимо классификации по материалу изготовления и способу монтажа, фланцы разделяются в зависимости от конструктивного исполнения. ГОСТ №12820 на стальные фланцы определяет 9 вариантов исполнения соединительных элементов:

• исполнение №1 – конструкция оборудована соединительным выступом (фаской) под углом 45 градусов;
• исполнение №2 – с выступом под углом 900;
• исполнение №3 – с выступом на 450 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 – с внутренней выборкой и выступом на 900;
• исполнение №5 – с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 – нарезана внутренняя фаска под установку линзовой прокладки (вибровставки);
• исполнение №7 – фаска предназначена под установки прокладки овальной формы;
• исполнение №8 и №9 – аналогичны конфигурации №4 и №5 за исключения наличия фаски под линзовую прокладку.

Варианты исполнения фланцев
В отдельную группу относятся компрессионные фланцы, предназначенные для соединения стальных и пластиковых труб. Компрессионные конструкции состоят из двух частей – фланцевой пластины и выходящей из нее цанговой муфты под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные адаптеры, посредством которых выполняется переход из пластиковой трубы на металлическую арматуру.

Вибровставка, она же вставка фланцевая, используется для снижения уровня шума и вибрации, возникающих в процессе эксплуатации трубопровода. Вибровставки выполняются из термически устойчивой резины, имеющей кордовое основание, за счет которого прокладка получает дополнительную жесткость и устойчивость к деформациям.

Вибровставки производятся в диапазоне диаметров 25-800 мм. Они могут устанавливаться на трубопроводы водоснабжения, подачи воздуха, парообразных веществ и других химически нейтральных жидкостей. Вибровставки диаметром 25-200 мм выдерживают давление до 16 МПа, 250-600 мм – до 10 МПа. Рабочая температура резиновой вибровставки до +110 градусов. Такие компенсаторы не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

Фланцевый крепеж, помимо самой соединительной пластины, состоит из 3-ех элементов:

• болта либо шпильки;
• гайки;
• шайбы.

Согласно положениям ГОСТ №12816, использовать болты можно на трубопроводах с давлением рабочей среды до 25 МПа, если давление в системе превышает данную величину, должна применяться монтажная шпилька (стальной стержень с резьбой но обеих концах), которая обеспечивает большую прочность стыка. В трубопроводах высокого давления (от 100 МПа) используется шпилька из 35-ой стали, при давлении до 100 МПа – шпилька из стали 20Х.

Шайбы для фланцевых соединений представляют собой стальную пластину, подкладываемую под гайку либо шапку болта с целью увеличения ее опорной площади. Для крепежа фланцев допускается применять болты, шпильки и шайбы классов прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

Защитный кожух из листовой стали

На фланцы, установленные на трубопроводах перекачивающих агрессивные жидкости, в обязательном порядке монтируется защитный кожух (КЗХ). Кожух представляет собой чехол из гидфровобного текстиля, листовой стали либо полимерных материалов, который предотвращает расплескивание рабочей среды при потере соединением герметичности.

Защитный кожух выпускается в диаметре 15-1200 мм, наиболее распространенные кожухи из фторопласта могут эксплуатироваться при температуре от -200 до +230 градусов.

Из чего состоит фланцевое соединение

Комплект для одного стыка состоит из двух одинаковых фланцев с центральными отверстиями, соответствующих диаметрам труб, прокладки, набора болтов или шпилек с гайками и шайбами. При необходимости защиты трубопровода от блуждающих токов, на болты надевают изоляционные втулки, а прокладку устанавливают из диэлектрического материала. Если давление в трубопроводе не превышает 2,5 МПа, фланцы стягивают болтами. Шпильки равномерней распределяют усилие затяжки и удобней для работы в неудобных местах. Фланцевые соединения на шпильках применяют при давлении до 4 МПа.

Конструкция фланцевого соединения

Составляющие части фланцевого соединения и стандартизация

Установка фланцевого соединения производится с использованием крепежей и сварки. Соединительный комплект имеет несколько составляющих:

• Фланец – металлическая деталь плоского профиля с симметрично размещенными отверстиями для проведения монтажа.
• Крепежные элементы.
• Прокладки – уплотнения соединения.

Фланцевый крепеж состоит из нескольких элементов – шпилек или болтов, шайб (граверов) и гаек. Крепеж изготавливают из различных материалов и применяются для конкретного типа фланца с учетом диаметра отверстия, выраженного в миллиметрах. Резьбовые соединения имеют нормативные параметры шага резьбы. Метрический тип выражен в миллиметрах, дюймовый определяется в дюймах. Требования к крепежу соединения устанавливаются нормативными документами и государственными стандартами.

При установке фланцев используются крепежные элементы:

• Болты — стержень с нарезанной резьбой на одной части детали и многогранной головкой на другой. Нормативным параметром служит длина болта, определяемая в миллиметрах и метрическая резьба.
• Шпилька – деталь стержневой формы с наличием резьбы с обоих концов. Одно резьбовое соединение устанавливается в основную конструкцию, вторая часть крепится гайкой. В ряде случаев монтаж осуществляется установкой гаек на оба конца шпильки.
• Гайки – многогранник с отверстием и резьбовой насечкой внутри. Применяется для стягивания посредством болта фланцев. Используются одновременно с установкой шайб.
• Шайба – плоская круглая деталь с отверстием, устанавливаемая под гайку. Не позволяет гайке портить покрытие фланца или запорной арматуры, обеспечивает стабильное положений крепежа, исключение перекосов в положении и максимальный прижим. Применяются шайбы прижимного, концевого, стопорного типа.
• Гравер – круглая рассеченная шайба квадратного профиля, изготовленная из закаленной стали. Гравер устанавливается между гайкой и плоской шайбой и предназначен для защиты от раскручивания гайки.

Детали комплекта фланцевого соединения имеют унифицированные параметры, соответствующие государственным и международным стандартам. В нашей стране используется стандартизация ГОСТ, в Европе действует DIN, для ряда стран (Япония, США и другие) применима американская система ANSI/ASME.

Четкая классификация фланцев позволяет использовать элементы соединения в различных странах без дополнительной подгонки параметров. Различия в классификации обозначений в стандартах легко устраняются при использовании таблиц перевода.

Наряду со стандартными изделиями возникает потребность во фланцах, имеющих нестандартные размеры диаметра, мест расположения крепежа. Детали, выполненные по специальным заказам, могут иметь выступы, дополнительные отверстия или пазы. Изделия производятся по индивидуальным заказам и чертежам, позволяющим решать узкие технологические задачи.

Что такое фланец и какие бывают виды

В большинстве случаев фланцы ― это кольцеобразные пластины из стали, но иногда их делают в виде квадрата или прямоугольника. В центральное большое отверстие вставляют торец трубы, а в равномерно распределенные по внешнему периметру ― болты или шпильки. В перечень разновидностей фланцев включены проходные и заглушки. Первые предназначены для стыковки элементов трубопровода, вторыми закрывают тупики или отсекают ремонтируемые либо заменяемые участки.

Чтобы продукция, сделанная в разных странах, была взаимозаменяемой, разработана унифицированная классификация фланцев. В России это ГОСТ, европейские страны пользуются немецким стандартом DIN, а Америка, Япония и Австралия ANSI/ASME. Однако нередко одинаковые фланцы обозначаются разными символами. Поэтому стандарты переводят с помощью специальных таблиц.

Нормативы по исполнению указаны в ГОСТ 12815-80 цифрами от 1 до 9:

1. С соединительным выступом в виде фаски под наклоном 45⁰.
2. То же, что 1, но выступ под прямым углом.
3. С пазом на внутренней стороне и выступом под углом 45⁰ снаружи.
4. С шипом.
5. С внутренним кольцевым пазом.
6. С фаской под линзовую прокладку (вибровставка) на внутренней стороне.
7. Выборка для овальной прокладки.
8. С шипом для фторопластовой прокладки.
9. То же что 8, но вместо шипа паз.

Виды фланцев

При монтаже трубопроводов применяют несколько типов фланцев:

1. Воротниковые рассчитаны на давление 0,1 — 20 МПа при температуре -200 — +600⁰ Выступ в центральной части (воротник) приваривают к трубе встык одним швом.
2. Плоские держат давление до 2,5 МПа при температуре -70 — +300⁰ Надеваются на торцы, крепятся двумя сварными швами.
3. Аппаратные для присоединения оборудования или приборов;
4. Резьбовые варианты наворачивают на торцы.
5. Свободновращающиеся состоят из пластины и кольца, которое приваривают к торцу, а фланец свободно крутится на нем. Такое фланцевое соединение устанавливают в труднодоступных местах или там, где необходимо частое проведение профилактических мероприятий на трубопроводе. Рассчитано на давление до 2,5 МПа.
6. Кольцевые варианты для заглушек делают без центрального отверстия.

ГОСТ 12816-80. Общие технические требования к фланцам.

ГОСТ 12816-80. Общие технические требования к фланцам. УДК 621.643.412:006.354 Группа Г18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ФЛАНЦЫ АРМАТУРЫ, СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ И ТРУБОПРОВОДОВ НА Ру от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см 2 )

Общие технические требования

ГОСТ 12816-80*

Взамен ГОСТ 6972-67

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 20 мая 1980 г . № 2238 дата введения установлена

01.01.83

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта от 15.04.92 № 402

Настоящий стандарт распространяется на фланцы трубопроводов соединительных частей, а также на присоединительные фланцы арматуры, машин, приборов, патрубков аппаратов и резервуаров на условное давление Р y от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см 2 ) и температуру среды от 20 до 873 К (от минус 253 до плюс 600 °С) и может быть использован для их сертификации. Фланцы рассчитаны на действие внутреннего давления среды без учетов внешних изгибающих моментов.

Стандарт не распространяется на фланцы трубопроводов транспортных машин, если эти фланцы не предназначены для присоединения арматуры или приборов общего назначения, а также на фланцы, стандартизованные ГОСТ 1536—76 и ГОСТ 4433—76.

Требования пп. 1.1—1.3.1; 1.4; 1.10; 2.1— 2.4; 2.6 настоящего стандарта являются обязательными, остальные требования — рекомендуемыми.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

* Переиздание (декабрь 1996 г .) с Изменениями № 1,2,3, утвержденными в марте 1983 г ., декабре 1987 г ., апреле 1992 г . (ИУС 6-83, 4—88, 7-92).

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Фланцы должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта, ГОСТ 12815—80, ГОСТ 12817-80 — ГОСТ 12822-80, по рабочим чертежам, утвержденным в установленном по рядке.

Фланцы, предназначенные для экспорта, должны соответствовать требованиям, установленным в нормативно-технической документации к экспортной продукции.

1.2. Фланцы арматуры должны изготовляться с уплотнительными поверхностями исполнений 1, 3, 5, 6, 7 и 9 по ГОСТ 12815—80.

По согласованию между потребителем и изготовителем допуска ется изготовление фланцев арматуры с уплотнительными поверх ностями исполнений 2, 4 и 8 по ГОСТ 12815—80.

1.3. Фланцы, болты, шпильки и гайки должны изготовляться из материалов, указанных в таблице. Допускается изготовление фланцев, болтов, шпилек и гаек и: других материалов, у которых механические свойства и пределы применения не ниже, чем у материалов, указанных в таблице.

Тип фланца

Параметры среды

Марка материала

Давление условное Рy, МПа (кгс/см2)

Температура °К (°С)

Фланец

Шпилька или болт

Гайка

Литой из серого чугуна ГОСТ 12817-80

От 01, (1) до 1,6(16)

От 258 (-15) до 573 (300)

Не ниже СЧ15 по ГОСТ 1412-85

Стали 20, 25, 35 по ГОСТ 1050-88

Стали 10, 20, 25 по ГОСТ 1050-88

20Х13 по Г0CТ 5632-72

Литой из ковкого чугуна ГОСТ 12818-80

От 1,6 (16) до 4,0 (40)

От 243 (-30) до 673 (400)

Не ниже КЧ 30-6-Ф по ГОСТ 1215-79

Стали 20, 25, 35 по ГОСТ 1050-88

Стали 10, 20, 25 по ГОСТ 1050—88

Литой стальной ГОСТ 12819-80

От 1,6 (16) до 6,3 (63)

От 233 (-40) до 673 (400)

25Л-11 по ГОСТ 977—88

Сталь 35 по ГОСТ1050-88

Стали 20,25 по ГОСТ 1050-88

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 1,6 (16) до 10,0 (100)

От 233 (-40) до 698 (425)

20Л-III, 25Л-III поГОСТ 977-88

35Х по ГОСТ 4543-71

Сталь 35 по ГОСТ 1050-88

От 1,6 (16) до 20,0 (200)

35Х по ГОСТ 4543-71

Сталь 35 по ГОСТ 1050-88

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 233 (-40) до 723 (450)

ЗОХМА по ГОСТ 4543—71

35Х по ГОСТ 4543-71

20Х13 по ГОСТ 5632-72

Литой стальной ГОСТ 12819—80

От 1,6 (16) до 20,0 (200)

От 233 (—40) до 573 (300)

16Х18Н12С4ТЮЛ (ЭИ-654ЛК) по ГОСТ 7769-82

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 203 (-70) до 573 (300)

5Х20Н25МЗД2ТЛ (типа ЭИ-943)

14Х14Н14В2М по ГОСТ 5632-72

12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72

От 233 (—40) до 573 (300)

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 213 (—60) до 623 (350)

08 ГДНФЛ по ГОСТ 977-88

14Х17Н2 по ГОСТ 5632-72

От 233 (-40) до 723 (450)

12Х18Н9ТЛ, по ГОСТ 7769-82

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 233 (-40) до 783 (510)

20Х5МЛ по ГОСТ 7769-82

25Х1МФ по ГОСТ 20072-74

ЗОХМА по ГОСТ 4543—71

От 193 (-80) до 873 (600)

12Х18Н9ТЛ по ГОСТ 7769-82

45Х14Н14В2М по ГОСТ 5632-72

12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72

Литой стальной ГОСТ 12819-80

От 1,6 (16) до 20,0 (200)

От 193 (-80) до 873 (600)

12Х18Н12МЗТЛ по ГОСТ 7769-82

10Х17Н13М3Т по ГОСТ 5632-72

10Х17Н13МЗТ по ГОСТ 5632-72

От 20 (-253) до 873 (600)

10Х17Н13М3Т по ГОСТ 5632-72

Стальной плоский приварной ГОСТ 12820—80

От 0,1 (1) до 2,5 (25)

От 243 (-30) до 573 (300)

СтЗсп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88

Стали 20, 25, 35 по ГОСТ 1050-88

Стали 10, 20, 25 по ГОСТ 1050-88

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 203 (-70) до 573 (300)

09Г2С по ГОСТ 19281-89, 10Г2 по ГОСТ 4543-71

14Х17Н2 по ГОСТ 5632-72

От 243 (-30) до 573 (300)

Стали 20,25 по ГОСТ 1050-88

Стали 20, 25, 35 по ГОСТ 1050-88

Стали 10, 20, 25 по ГОСТ 1050-88

От 243 (-30) до 573 (300)

20Х13 по ГОСТ 5632-72

Стальной плоский приварной ГОСТ 12820 80

От 0,1 (1) до 2,5 (25)

От 233 (-40) до 573 (300)

15ХМ по ГОСТ 4543—71

ЗОХМА по ГОСТ 4543-71

35Х по ГОСТ 4543-71

От 233 (-40) до 573 (300)

12Х18Н9Т по ГОСТ 7769-82

20Х13 по ГОСТ 5632-72

Стальной приварной встык ГОСТ 12821-80

От 0,1 (1) до 10,0 (100)

От 243 ( 30) до 573 (300)

СтЗсп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88

Стали 20, 25, 35 поГОСТ1050-88

Стали 10, 20, 25 по ГОСТ 1050-88

От 233 (-40) до 698 (425)

Стали 20,25 по ГОСТ 1050-88

Сталь 35 по ГОСТ 1050-88

Стали 20.25 по ГОСТ 1050-88

20Х13 по ГОСТ 5632-72

35Хпо ГОСТ 4543-71

Сталь 35 по ГОСТ 1050-88

От 0,1 (1) до 20,0 (200)

От 243 (-30) до 723 (450)

ЗОХМА по ГОСТ 4543-71

35Х по ГОСТ 4543-71

Стальной приварной встык ГОСТ 12821-80

От 0,1 (1) до 20,0 (200)

От 233 (-40) до 723 (450)

15ХМ по ГОСТ 4543 71

20Х13 по ГОСТ 5632-72

ЗОХМА по ГОСТ 4543-71

Сталь 35 по ГОСТ 1050-88

От 233 (-40) до 573 (300)

15Х18Н12С4ТЮ (типа ЭИ-654) по ГОСТ 5632-72

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 203 (-70) до 573 (300)

45Х14Н14В2М по ГОСТ 5632-72

12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72

От 203 (-70) до 623 (350)

09Г2С по ГОСТГ2 по ГОСТ 4543-71

14Х17Н2 по ГОСТ 5632-72

От 233 (-40) до 673 (400)

06ХН28МДТ (типа ЭИ-945) по ГОСТ 5632-72

20Х13 по ГОСТ 5632-72

45Х14Н14В2М по ГОСТ 5632-72

12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72

От 203 (-70) до 673 (400)

Стальной приварной встык ГОСТ 12821-80

От 0,1 (1)до 20,0 (200)

От 233 (-40) до 723 (450)

12Х18Н9Т 10Х17Н13МЗТ (типа ЭИ-432) по ГОСТ 5632-72

20Х13 по ГОСТ 5632-72

От 233 (-40) до 783 (510)

15Х5М по ГОСТ 5632-72

25Х1МФ по ГОСТ 20072-74

ЗОХМА по ГОСТ 4543-71

От 193 (-80) до 873 (600)

12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72

45Х14Н14В2М по ГОСТ 5632-72

12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72

От 20 (-253) до 873 (600)

10Х17Н13МЗТ (типа ЭИ-432) по10СГ 5632—72

10Х17Н13МЗТ по ГОСТ 5637-72

10Х17Н13МЗТ по ГОСТ 5637-72

Стальной свободный на приварном .кольце ГОСТ 12822-80

От 0,1 (1) до 2,5 (25)

От 243 (-30) до 573 (300)

СтЗсп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88

Стали 20,25,35 по ГОСТ 1050-88

Стали 10,20,25 по ГОСТ 1050-88

20Х13 по ГОСТ 5632-72

1. Максимальные параметры по температуре установлены по материалу фланцев и крепежных деталей.

2. Гайки из стали 10 допускается применять для Р y не более 1,6 МПа (16 кгс/см 2 ) при температуре до 573 К (300 °С), а шпильки (или болты) из стали 20, 25 — для Р y не более 2,5 МПа (25 кгс/см 2 ).

3. Допускается изготовление фланцев толщиной не более 25мм по ГОСТ 12820—80 и ГОСТ 12822—80 для температуры от 243 до 573 К (от — 30 до 300 °С) из стали марки Ст3пс.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2, 3).

1.3.1. Крепежные детали (болты, шпильки, гайки) для соединения фланцев из аустенитной стали должны изготовляться из стали того же класса, что и фланцы.

Допускается применение фланцев и шпилек (болтов) из сталей том числе и указанных в таблице) различных классов (с различными коэффициентами линейного расширения), но при температуре свыше 373 К (100 °С) их работоспособность должна быть подтверждена расчетом, или данными эксплуатации, или экспериментом.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.3.2. Легированные стали допускается применять только в термически обработанном состоянии.

1.3.3. (Исключен, Изм. № 2).

1.3.4. Показатели коррозии и коррозионной стойкости материалов фланцев и колец определяются по ГОСТ 9.908—85 в зависимости от видов коррозии.

1.4. Фланцы предназначены для применения в соединениях эластичными, металлическими зубчатыми, линзовыми, спиральнонавитыми, асбометаллическими прокладками и прокладками овального сечения.

Чугунные фланцы следует применять только с эластичными прокладками.

Материалы, основные параметры и размеры плоских эластичных прокладок — по ГОСТ 15180—86.

Материалы и размеры металлических зубчатых, линзовых, овального сечения, спиральнонавитых и асбометаллических прокладок — по нормативно-технической документации и (или) по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

1.3.4, 1.4. (Измененная редакция, Изм. № 3).

1.5. (Исключен, Изм. № 3).

1.6. Поле допуска неуказанных размеров обработанных поверхностей — по классу точности «средний», между обработанной и необработанной — по классу «очень грубый» ГОСТ 25670—83.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

1.7. На необработанных поверхностях фланцев и колец допускаются отдельные вмятины, забоины, раковины, шлаковые включения и другие дефекты, не влияющие на прочность и герметичность.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.8. Допускается местная зачистка (подторцовка) поверхности фланцев под гайки (головки болтов) глубиной не более 1 мм .

1.9. Допускается изготовление фланцев с резьбовыми отверстиями под крепежные детали.

Допускается фланцы, имеющие одинаковые присоединительные размеры для нескольких условных давлений, изготовлять с толщиной b для максимального давления, а также применять фланцы на большие условные давления, по сравнению с условным давлением изделия.

1.10. Допуск плоскостности уплотнительных поверхностей D 2 фланцев исполнения 1 по ГОСТ 12815—80 не должен превышать 0,4 мм для D 2 до 1000 мм и 0,8 мм для D 2 св. 1000 мм .

(Введен дополнительно, Изм. № 2).

2. МАРКИРОВКА, УПАКОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ

2.1. На наружной цилиндрической поверхности или стороне квадрата, или (и) тыльной стороне фланцев по ГОСТ 12820—80, ГОСТ 2821—80 и ГОСТ 12822—80 должна быть выполнена следующая маркировка:

товарный знак предприятия-изготовителя или его сокращенное наименование (по требованию потребителя);

марка материала фланцев, за исключением фланцев из стали СтЗсп и СтЗпс;

Условный проход в мм и условное давление в кгс/см 2 без указания букв Dy и Py и размерности; буква Ф для фланцев под фторопластовую прокладку.

1. По согласованию с потребителем допускается фланцы не маркировать

2. На фланцах, входящих в комплект арматуры, а также если они являются элементом конструкции изделий, маркировку допускается не производить.

3. Допускается по согласованию с потребителем производить маркировку фланцев на табличке, прикрепленной к связке фланцев.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

2.1.1. Маркировать фланцы следует шрифтом по ГОСТ 26.008-85.

Высоту шрифта определяет разработчик рабочих чертежей в зависимости от размера фланцев.

(Введен дополнительно, Изм. № 3).

2.2. Расположение маркировки на тыльной стороне должно обеспечивать ее четкость после приварки фланца к трубе.

2.3. Фланцы, кроме изготовляемых из коррозионно-стойких сталей и сплавов, должны быть покрыты пушечной смазкой по ГОСТ 19537—83 или другой соответствующей по качеству смазкой. Допускаются другие способы защиты поверхностей фланцев от атмосферной коррозии.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

2.4. При транспортировании фланцы должны быть упакованы в тару по ГОСТ 2991-85 и ГОСТ 10198-91.

Упаковка должна обеспечивать защиту фланцев от повреждение при транспортировании и хранении. При транспортировании в контейнерах должна быть обеспечена сохранность фланцев при перевозках всеми видами транспорта. 2.5. Допускается транспортирование фланцев без упаковки, при условии обеспечения их сохранности.

2.6. Маркировка тары — по ГОСТ 14192—77.

2.7. (Исключен, Изм. № 2).

Приложения 1, 2. (Исключены, Изм. ¹ 2).

Конструктивные особенности фланцев

Выбирая фланцы для трубопровода необходимо учитывать некоторые особенности:

1. Условный проход (ДУ) измеряемый в миллиметрах, показывает несовпадение внутреннего диаметра фланца и трубы. Это важно для плоских и вращающихся деталей. Поэтому в их обозначение добавляются индексы А и Б. Буква А указывает диаметр фланца, а Б ― трубы. Для воротникового типа этот параметр не критичен.
2. Рядность показывает расстояние в миллиметрах между осями отверстий под болты. Одинаковые по ДУ фланцы, сделанные по типоразмеру ряд 1 или ряд 2, будут отличаться между собой диаметром и количеством отверстий. Если у заказчика нет особых пожеланий, выполняется стандартный ряд 2.
3. Условное давление ― это его допустимая величина, при которой соединение работает без протечек и разрушений. Значение параметра зависит от типа фланцевого соединения труб, материала, диаметра, ширины с учетом исполнения состыкованных поверхностей. Необходимо учитывать, что значение давления может быть указано в атм., Па, бар, кгс/см².
4. По параметрам рабочей температуры определяется значение допустимого давления, так как оно уменьшается при нагреве. Эту зависимость нужно учитывать для трубопроводов с горячими средами. Степень влияния температуры на давление определяют по таблицам.

Нормативами предписывается обязательная установка на фланцы трубопровода, по которому перекачивают агрессивную жидкость, защитного кожуха. Он предотвратит расплескивание в случае утечки. Кожухи делают из текстиля, листовой стали, полимерных материалов диаметром от 15 до 120 см. Популярные фторопластовые модели выдерживают температуру -200 — +230⁰C.

Инструменты

Надежность любой системы зависит от надежности самого слабого звена системы. Сварные соединения стальных труб надежные и используются в большинстве случаев. Но возникают ситуации, при которых использование сварного соединения невозможно. Подключения различных фитингов, обеспечения разборного соединения, возможности профилактики и ремонта трубной арматуры а также рабочих узлов агрегатов, соединения разнородных труб: чугун-пластик, чугун-сталь, сталь-пластик, сталь-асбестоцемент, пластик-асбестоцемент и решения еще множества технологических задач. Обеспечить надежность и долговечность эксплуатации таких соединений должно фланцевое соединение. В общем конструкция фланцев предусматривает пару фланцев и уплотнительную прокладку и кольца, соединенные болтами или шпильками.

Содержание

Фланцы – общие характеристики

Для унификации продукции и возможности использования данной продукции в различных странах мира без проведения дополнительной обработки введена четкая классификация фланцевых соединений. Иногда один и тот же фланец в различных классификациях будет иметь различные обозначения.

Основные классификации, использованные в мире:

• ГОСТ – стандарт принятый в СССР, и действующие на постсоветском пространстве;
• DIN – немецкий стандарт действующий в Европе;
• ANSI/ASME – американский стандарт действующий в США, Японии и в Австралии.

Существуют таблицы перевода стандартов, в которых указаны, какому стандарту отвечает тот или иной фланец.

Для изготовления фланцев используют различные материалы:

• чугун;
• ковкий чугун;
• углеродистые стали;
• нержавеющие стали;
• легированные стали;
• полипропилен.

Полипропиленовые фланцы получили свое распространение в последние десятилетие. В основном используются для монтажа безнапорных систем, соединения ПЭ трубы с металлической, присоединения трубной арматуры, на которой установлено фланцевое крепление. Изготовляют такие фланцы, как и металлические, литьем или штамповкой.

Разделяют фланцы и по типам:

• свободные фланцы на приварном кольце(ГОСТ 12822-80);

• фланцы для сосудов и аппаратов(ГОСТ 28759.2-90);

• кольцевая заглушка(ГОСТ 12836-80).

Допускается изготовление квадратных фланцев, которые имеют минимум 4 отверстия под болты или шпильки. Использовать такие фланцы можно на системах с максимальным давлением не более 4,0МПа.

Прокладки для фланцевых соединений

Герметичность соединения обеспечивается прокладкой, которую вставляют между фланцами. В зависимости от характеристик среды, температуры и давления ее делают из соответствующих материалов:

• резины, стойкой к продуктам нефтепереработки:
• паронита общего назначения;
• теплостойкой резины;
• асбестового картона;
• паронита, стойкого к маслу и бензину;
• кислото и щелочеустойчивой резины;
• графита;
• фторопласта;
• металла (алюминия, меди);
• металлографита.

Назначение и особенности фланцевого соединения

Фланец представляет собой плоскую стальную пластину, имеющую форму кольца (реже – квадрата либо прямоугольника). В средней части пластины расположено отверстие под вставку торцевой части трубы, а по ее контуру – несколько равноудаленных отверстий под установку болтов либо шпилек, которые впоследствии фиксируются гайками.

Фланцевые соединения являются быстроразъемной альтернативой сварной и муфтовой стыковки. При монтаже торец трубы приваривается к пропускному отверстию фланца, после чего пластины стягиваются между собой. Герметичность соединения достигается за счет использования уплотнительных прокладок из резины либо фторопласта. Также могут использоваться обтюраторы – стальные заглушки, устанавливаемые между двух фланцев. Обтюраторы позволяют перекрыть конкретный участок трубопровода при необходимости его ремонта.

Также фланцевые соединения используются для соединения трубопроводов с устройствами и технологическими емкостями, чаще всего – теплообменниками. В таком случае на концы труб наваривается фланец, к которому подводится заборный патрубок оборудования.

Соединительные фланцы

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы фланцевых соединений:

• для стыковки труб и установки запорно-регулирующей арматуры, выдерживающее давление от 0.1 до 20 МПа – регулируется положениями ГОСТ №12815;
• для подключения к трубопроводам сосудов и оборудования – регулируется ГОСТ №28759.

Расчет фланцевых соединений любого типа ведется согласно инструкции “Рекомендации по расчет, проектированию и монтажу фланцев стальных строительных конструкций”, выпущенной ВНИПИ “Промстальконструкция” в 1989 году.

Разновидности фланцев

Каждый из вышеуказанных нормативных документов содержит классификацию фланцев, по которой соединительные элементы разделяются на разные виды. Рассмотрим классификацию изделий для стыковки стальных труб по ГОСТ №12815:

1. Из серого чугуна, литые (ГОСТ №12817-90) – применяются для установки литой трубопроводной арматуры, соединения труб промышленного оборудования и технических емкостей из чугуна. Предназначенные для давления 0.1-16 МПа, рабочая температура от -16 до +300 градусов.
2. Из ковкого чугуна, литые (ГОСТ №12818-80) – используются для стыковки труб, монтажа арматуры и подключения приборов и емкостей из ковкого чугуна. Выдерживают давление 1.6-4 МПа, рабочая температура от -30 до 4000.
3. Из стали, литые (ГОСТ №12819-80) – соединительные элементы трубопроводов и арматуры из любых материалов. Эксплуатируются при давлении 1.6-20 МПа, температурный режим от -250 до +600 градусов.
4. Из стали, приварные плоского типа (ГОСТ №12820-80) – норматив распространяется на фланцы плоского типа, выдерживающие давление 0.1-2.5 МПа и температуру от -70 до +3000. Вставка фланцевая (обтюратор) также производятся по данному стандарту.
5. Из стали, для стыковой сварки (ГОСТ №12821-80) – выдерживают давление 0.1-20 МПа, температурный режим от -250 до +6000.
6. Из стали, оборудованные приварным кольцом – давление от 0.1-3 МПа, рабочая температура от -30 до +3000.

Соединительные элементы сварного типа при монтаже надеваются на торец трубы и фиксируются двумя сварными швами. Конструкции для стыковой сварки закрепляются одним швом, расположенным между срезом трубы и воротником фланца.

Стальной фланец с приварным кольцом

Изделия с приварным кольцом состоят из двух частей – пластины и кольца, имеющих идентичный диаметр. При этом к трубе приваривается только кольцо, тогда как фланец остается свободным и может прокручиваться вокруг своей оси. Такая конструкция используется в труднодоступных местах либо на участках, где необходим регулярных ремонт или обслуживание трубопровода.

Фланцы для стыковки труб с сосудами и оборудованием, соответствующие требованиям ГОСТ №28659, классифицируются на следующие разновидности:

1. Стальные плоские (ГОСТ №28759-2) – применяются для сосудов и оборудования диаметром 400-4000 мм. Предназначены для давление 0.3-1.7 МПа и температуры -70 +300 градусов. Широко используются в нефтегазовой и химической промышленности.
2. Стальные для сварки встык (ГОСТ №28759-3) – диаметр от 40 до 4000 мм, давление 0.7-6.5 МПа, температура от -70 до +5400.
3. Стальные восьмиугольного сечения – диаметр 400-1600 мм, давление 6.4-16 МПа, температура от -70 до +550 градусов.

Также существует такое понятие как изолирующее фланцевое соединение ИФС, для обустройства которого могут применяться любые типы фланцевых конструкций. Изолирующее фланцевое соединение применяется с целью защиты трубопроводов от электрохимической коррозии, которая является главной причиной ускоренного износа подземных систем.

Изолирующее фланцевое соединение в разрезе

Изолирующее фланцевое соединение состоит из 2-ух стягивающихся шпильками фланцев, между которыми расположена прокладка из диэлектрического (не проводящего ток) материала. Чаще всего применяется термостабилизированный графит либо поронит.

Такая конструкция предотвращает распространение тока по трубопроводу, ограничивая его на конкретном участке магистрали. Изолирующее фланцевое соединение способно значительно увеличить срок службы подземных трубопроводов, оно используется в течении 15-20 лет, после чего диэлектрическая прокладка подлежит замене.

Разгонка фланцев

При необходимости замены прокладки используются специальные разгонщики, представляющие собой клиновидные домкраты, посредством которых разводятся соседние фланцы. Существуют механические (ручные) разгонщики и гидравлические разгонщики, которые способны развивать усилие до 15 тонн.

Технология монтажа фланцевого соединения (видео)

Подготовка фланцев для установки

Прежде чем начинать сборку фланцевого соединения необходимо проверить их на отсутствие ржавчины и механических повреждений. Поверхности очищают и обезжиривают. С резьбовой части болтов и гаек убрать заусенцы. Сделать предварительную прогонку резьбы, наворачивая гайки на болты с последующей смазкой. Вырезать и примерить прокладку. Она должна стоять по центру не перекрывая крепежные отверстия. Повторное использование старых прокладок нежелательно, но если иного выхода нет, устанавливают несколько штук бывших в употреблении.

Сборка фланцевого соединения

Чтобы стыки на трубопроводе были надежными, все виды фланцевых соединений собирают в строго определенном порядке. Сначала с небольшим усилием затягивают произвольно выбранный болт, затем диаметрально противоположный. Следующая пара должна отстоять от первой на четверть окружности. Остальные болты затягивают в таком же порядке. Если на фланцах только 4 отверстия затяжка выполняется крестообразно.

Чтобы усилие распределялось равномерно, завершающую часть монтажа проводят инструментами, позволяющими его контролировать:

• гидравлическим натяжным устройством;
• пневматическим гайковертом;
• ручным динамометрическим ключом;
• гидравлическим динамометрическим ключом.

Ручную затяжку доверяют только опытным работникам. В течение первых суток работы из-за вибраций, усадки материала прокладки, изменения температуры прочность соединения снижается до 10%. Поэтому в этот период требуется проведение подтяжки гаек.

Монтаж всех видов фланцевого соединения несложен, однако его проведение разрешается только специально обученным слесарям. При прокладке или ремонте трубопроводов с агрессивными средами или работающих под высоким давлением, ход работы должен контролировать инженер. Сборка безнапорных систем (канализация, полив) может проводиться неквалифицированными работниками.

Коэффициент разгрузки шпилек для фланцевых соединений

Различие коэффициента разгрузки фланцевого крепежа для уплотнительных прокладок различного сечения

Максимальные значения коэффициента Кn разгрузки шпилек при однообходном режиме затяжки (первой группы крепежа) для уплотнительного кольца соответствующего типа приведены в таблице ниже.
Максимальные значения коэффициента разгрузки фланцевого крепежа при однообходном режиме затяжки для стальной уплотнительной прокладки различного сечения

Вид сечения стальной прокладки	Максимальное значение Kn
прокладка двухконусная	1,4
прокладка треугольного сечения	1,45
прокладка восьмиугольного сечения	1,38
прокладка плоская	1,4

Различие коэффициента разгрузки по группам затяжки крепежа

Коэффициент разгрузки шпилек зависит от соотношения осевых податливостей деталей фланцевого соединения (либо затворов сосудов и аппаратов с фланцами). В связи с тем, что податливость микронеровностей зависит от нагрузки, а микронеровности есть как в резьбовых соединениях, так и в узлах уплотнения, то, следовательно, и осевые податливости резьбовых соединений и узлов уплотнения зависят от нагрузки.

Рис. 1. Зависимость коэффициента ψz от числа n групп и порядкового номера z группы для фланцевого соединения со стальной уплотнительной прокладкой в виде двухконусного кольца.

С увеличением нагрузки осевые податливости фланцевых деталей уменьшаются, а следовательно, уменьшается и коэффициент разгрузки шпилек. В связи с этим коэффициенты разгрузки шпилек разных групп соединения различны.

Для первой группы шпилек, которую нагружают максимальной нагрузкой, коэффициент разгрузки минимален; для последней группы шпилек коэффициент разгрузки максимален.

Коэффициент разгрузки для группы шпилек соответствующего порядкового номера

где ψz — коэффициент, зависящий от типа уплотнительного кольца, числа групп шпилек в фланцевом соединении и порядкового номера группы (рис.6.35,6.36).

Рис. 1. Зависимость коэффициента ψz от числа n групп и порядкового номера z группы для фланцевого соединения со стальной уплотнительной прокладкой треугольного сечения.

Для затворов с уплотнительным кольцом восьмиугольного сечения и с плоской металлической прокладкой принимают

ψz = 1, так как разность усилий нагружения групп шпилек невелика и, следовательно, коэффициент разгрузки практически постоянен и равен максимальном узначению Кn. Коэффициент разгрузки шпилек для первого обхода при пообходно-уравнительном режиме затяжки определяют, как и для однообходного режима затяжки. При последующих обходах коэффициент разгрузки для каждой группы шпилек принимают равным коэффициенту разгрузки для последней группы шпилек первого обхода. Если нагружающее устройство (гидродомкрат)снабжено механизмом для завинчивания гаек с контролем крутящего момента, то при растянутой шпильке этот момент определяют по эмпирической формуле

MKpz = 7,7•106 Fшdp, (16)

где MKpz — крутящий момент, H·м; Fш — площадь сечения шпильки, м2; dp — диаметр резьбы крепежного изделия, м.

Уральский метизный завод

Затяжка фланцев – практика, болт в соединении

• Post category: Фланцевое соединение

Затяжка фланцев. Что читатели узнают в этой статье:

• Болты и шпильки ведут себя как пружины при приложении нагрузки.
• Прокладки ведут себя как пружины при приложении нагрузки.
• Представлено использование диаграмм сил для объяснения и анализа поведения болтов и прокладок.
• Проблемы с затяжкой болтов.
• Влияние отделки поверхности резьбы на трение.
• Надлежащая практика болтов, последовательность и методы.

Болт не совсем болт

Болт в соединении – это не болт – это пружина! Затяжка фланцев – это вы натягиваете или ослабляете пружину. На рисунках № 1 показано, как можно рассматривать пружину для восприятия болта, стягивающего фланцы.

Прокладка это не прокладка

Когда прокладка зажата между фланцами, она ведет себя как уплотнение и как пружина. Рисунок № 2 показывает, что прокладка ведет себя как пружинящий материал, оказывающий свою собственную реактивную силу. В этой статье это будет упоминаться как «прокладка-пружина».

Что требуется

• Вал болт-пружины должен быть растянут до 75% – 80% от выхода материала и превышать максимальную нагрузку болта.
• Использовать болты с достаточной прочностью на растяжение, чтобы воспринимать процесс и усилия затяжки фланцев.
• Натяжение болта должно учитывать циклические нагрузки, ударные нагрузки, сдвиговые нагрузки и вибрации.
• При подтягивании болтов старайтесь прикладывать крутящий момент равномерно и непрерывно.
• Чистые плоские поверхности фланцев.
• Затяжка фланцев. Используйте шайбы под головку болта и гайку.
• Прокладка должна быть подходящей для удержания содержимого трубы и иметь незначительное проскальзывание прокладки.
• Отрежьте аккуратную прокладку с жестким допуском, чтобы полностью закрыть прижимную поверхность фланца.

Что можно сделать

Спросите производителя болта о максимальном крутящем моменте болта и количестве витков от плотного прилегания для достижения этого или используйте шайбы, указывающие нагрузку.

В качестве последнего средства используйте натяжной гаечный ключ высокого качества в соответствии со спецификацией крутящего момента производителя болта. Проверьте метки штамповки головки болта на соответствие стандартам изготовителя головки болта, чтобы убедиться, что болты и гайки соответствуют требованиям нагрузки для обслуживания.

Поменяйте болт на более высокий предел прочности на разрыв и подтяните его сильнее. Убедитесь, что все болты имеют одинаковую мощность и диаметр. Слегка смажьте резьбу болта и следуйте рекомендуемой последовательности затяжки болтов.

Проверьте, чтобы оба фланца были чистыми и плоскими. Положите стальной прямой край на каждую сторону и убедитесь, что они плоские. Поверхности фланцев машины не являются плоскими и имеют достаточную толщину, чтобы соответствовать требованиям кодов давления.

Шайба служит для равномерного распределения нагрузки и устранения эффекта высоких пятен под головкой или гайкой, вызывающих неравномерную опору.

Выберите самую тонкую прокладку из-за высоких требований к посадке.

Используйте новые прокладки, поскольку старые прокладки потеряли свою «пружину». Прокладка должна полностью покрывать нажимные поверхности, чтобы нагрузка на фланец равномерно сдавливала прокладку.

Затягивание болта и гайки

Затяжка фланцев «на ощупь» – самый неточный метод.

Поскольку у всех разные «чувства», вероятность ошибки составляет 35%. Использование динамометрического ключа имеет ошибку 25%. Количество поворотов от аккуратной ошибки 15%. Нагрузочные шайбы имеют погрешность 10%. Изменение измерения длины болта имеет погрешность 5%. Измерение напряжения болта является наиболее точным методом с погрешностью 1%.

Рисунок № 3 дает представление о том, как измерить крутящий момент. Крутящий момент – это мера кручения, создаваемого силой, приложенной на перпендикулярном расстоянии от точки кручения. Эскиз показывает человека весом 80 кг, стоящего на горизонтальном гаечном ключе длиной один метр.

Этот человек применяет крутящий момент около 800 Ньютон-метров (Нм) (80 кг х 10 м / с2 = 800 Нм). Но это на уровне моря в условиях полной гравитации, в космосе, где человек не будет иметь веса, он не сможет применить крутящий момент этим методом. Если бы длина ключа составляла 500 мм (половина предыдущей длины), крутящий момент составлял бы 400 Нм, а если бы он был длиной 300 мм, то крутящий момент составлял бы около 250 Нм.

Поверхность резьбы болта

Поверхностная обработка резьбы болта и гайки также влияет на величину крутящего момента, необходимого для предварительной нагрузки (растяжения) болта.

Сухая оцинкованная резьба болта создает большее трение между болтом и гайкой, чем та, которая хорошо обработана и смазана. При одинаковом прилагаемом крутящем моменте затягивание сухой оцинкованной резьбы дало бы меньшее растяжение болта, чем натяжение обработанной и смазанной резьбы. Имеются таблицы, в которых указаны факторы, с помощью которых можно увеличить или уменьшить рекомендованный производителем момент затяжки болтов.

Они варьируются от 2,1 для сухой оцинкованной резьбы до 0,7 для хорошо обработанной и смазанной резьбы.

Последовательность болтов

Рисунок на рисунке № 4 глухих фланцев с фланцевыми болтовыми отверстиями показывает последовательность действий при выполнении фланцев.

Слегка смажьте резьбу болтов после удаления заусенцев. Вставьте болты в отверстия фланца и начните с затягивания всех болтов от руки. Затем в указанном порядке подтяните болты до половины крутящего момента, снова в указанном порядке, подтяните болты до окончательного крутящего момента, наконец, верните все болты в указанном порядке и снова затяните их снова. до окончательного момента, чтобы подтвердить все правильно.

Этот метод позволит сэндвич на месте и равномерно загрузить «прокладка-пружина».

Материал подготовлен ООО “Уральский метизный завод” Производство крепежа по ГОСТ и по размерам заказчика. Из стали и цветных металлов.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Поскольку авторы, издатели и посредники не знают контекста, в котором должна использоваться информация, представленная в статьях, они не несут ответственности за последствия использования информации.

Источник https://rskrep.ru/articles/blog/flanets-dlya-samykh-krepkikh-soedineniy/

Источник https://spark-welding.ru/montazh-i-remont/zatyazhka-flancevyh-soedinenij.html

Источник https://umz-ekb.ru/flancevoe-soedinenie/praktika-zatyazhki-flancev/