Сварные соединения – один из самых надежных способов соединения труб. Однако, и он не всегда оказывается подходящим. Например, в случае потребности в разборном соединении или при соединении разнородных труб. В такой ситуации оптимально использовать фланцевые соединения. Именно с этим типом соединений, возможно, собирать наиболее прочные и герметичные конструкции с плотными разъемными соединениями.
Основной элемент соединения – фланец, металлический диск. Существует большое разнообразие доступных материалов, из которых можно изготавливать фланцы, поэтому такие соединения становятся широко распространенными.
Фланцевые соединения применяются в промышленности довольно часто. В основном, фланец применяется в трубопроводном транспорте и коммунальном хозяйстве.
Главная задача фланцевых соединений – объединить несколько частей трубопровода в одно или же присоединить к трубам дополнительное оборудование.
Существует несколько видов фланцев.
Классификация фланцев по типу конструкции:
- Цельные
- Свободные
Цельные фланцы изготавливаются в процессе отливки и штамповки вместе с арматурой. Такой род фланцев претерпевает одинаковые нагрузки с корпусом.
Свободные же фланцы – это диски, крепящиеся к отбортованному краю трубы или к приваренному фланцу. Более удобны для сборки, но менее прочные и менее жесткие, чем цельные.
Классификация фланцев по назначению:
— Фланцы для арматуры и трубопроводов. Используются в изготовлении труб, транспортной отрасли, жилищно – коммунальном хозяйстве.
— Фланцы для сосудов и аппаратов. Используются для перегонки нефти, теплообеспечения, оборудования систем.
Классификация фланцев в зависимости от исполнения:
— Литые фланцы. Такой тип фланцев может изготавливаться только как единое целое с корпусом детали. Могут быть либо стальными, либо чугунными.
— Стальные фланцы с резьбой на шейке. Используются преимущественно для трубопроводов с низким давлением.
— Воротниковые фланцы. Изготавливаются путем сварки встык. Предназначены для соединения трубопроводов с высоким и средним давлением. Сделаны из стали
— Плоские приварные фланцы. Материал: сталь. Применяются для технологических трубопроводов.
— Свободные фланцы.
Существует три подвида свободных фланцев:
1). Фланцы с буртом. Используются для трубопроводов с агрессивными средами. Бурт предохраняет фланцев от воздействия этих сред 2) Фланцы на отбортованное трубе 3) Фланцы на приварном кольце. Применяются для трубопроводов, сделанных из цветных металлов.
Критерии выбора фланцевого соединения:
- Форма фланцев: — Прямоугольные — Круглые — Овальные
- Размер условного прохода Равен внутреннему сечению фланца.
- Конструктивное исполнение. Согласно ГОСТ 12815-80, существует 9 категорий исполнения.
- Давление. Важно, какое давление максимально выдерживает то или иное соединение. Этот параметр зависит от размеров фланца и исполнения
Материал:
- Нержавеющая сталь Ковкий чугун
- Углеродистая сталь Чугун Дорогостоящие металлы
- Легированная сталь Полипропилен (полипропиленовые фланцы стали широко использоваться только в последнее десятилетие).
Электроизолирующее соединение:
- Особый случай фланцевого соединения – изолирующее. Такое соединение нужно, чтобы препятствовать прохождению электрического тока и защищать от электрохимической коррозии. Под землей могут возникнуть блуждающие токи, очень опасные на месте выхода. Это может привести к утечкам, образованию трещин, авариям.
- Выбор материала полностью зависит от среды применения.
Именно такое соединение способно обеспечить необходимый уровень безопасности. В соединение входят непосредственно фланцы, втулки, изолированные прокладки и крепежные изделия.
Случаи применения изолирующего фланцевого соединения:
— на границе трубопровода
-если трубы изготовлены из разных материалов
-на трубопроводах, которые проложены в местах источников блуждающих токов;
— на месте соединения изолированного трубопровода с неизолированным
— на наземных участках газораспределительных станций.
Другие виды фланцевых соединений:
-Измерительные соединения. — Соединения, работающие под большим давлением. — Фланцевый замок. Фланцевый крепеж Монтировать фланцевые соединения можно только при помощи крепежа. Крепление трубопроводов осуществляется с помощью болтов, гаек, шпилек и шайб.
Крепежи трубопроводов имеют ряд требований, обязательных для выполнения:
- Среда. Крепеж всегда выбирается в зависимости от агрессивности среды. Если среда агрессивная, лучше использовать сталь с антикоррозийными свойствами или применять покрытия, которые препятствуют коррозии.
- Температура. Очень важно учитывать температуру жидкости или газа, транспортируемых через данный трубопровод, и температуру окружающей среды.
- Давление. Чем выше давление, тем выше показатель материала, из которого изготовлены шпильки для соединения.
- Показатели крепежных изделий: тип резьбы, шаг, длина.
- Материал. Существует четыре категории стали, используемой для крепежных изделий: — углеродистая сталь общего назначения — углеродистая сталь для изделий повышенной точности — углеродистая сталь с повышенным качеством — легированная сталь
Прокладки
Эта деталь изолированного фланцевого соединения необходима, чтобы обеспечить нужную плотность между фланцами. Существует несколько различных видов прокладок:
- В зависимости от материала
-металлические;
-неметаллические;
-комбинированные.
- В зависимости от упругости
-упругие;
-жесткие.
- В зависимости от конструктивных особенностей прокладок
-Плоские (металлические или комбинированные). Применяются в соединениях с плоскими поверхностями.
— Линзовые прокладки (из углеродистых и легированных сталей), бывают упругими и жесткими
— Овальные (из углеродистой или нержавеющей стали). Способствуют герметичному уплотнению. — Гофрированные прокладки. (из меди, мягкой стали, асбестового картона или бумаги).
— Спиральные. Состоят из спиральной части и двух ограничительных колец. Относятся к упругим прокладкам.
— Зубчатые прокладки (малоуглеродистая или легированная сталь). Используются при температурах не более 480 ºС.
Расчет фланцевых соединений
В зависимости от вида фланца, материалов, из которых он изготовлен, и типа прокладок конструкторы выбирают оптимальные размеры детали. Таблицы размеров представлены в ГОСТах. Нередко необходимо сконструировать индивидуальный фланец. Система расчета включает в себя следующие пункты:
- Расчет деформаций в основании втулок (для маленьких температур и давлений)
- Учет внешнего изгибающего момента, возникающего от нагрузки на болты.
- Вычисление возникающих напряжений
- Выбор шага болтов
Фланцевое соединение должно рассчитываться в зависимости от типа нагрузки: либо нагрузка передается на прокладку от болтов, либо нагрузки распределяются между прокладкой и опорным кольцом равномерно.
В заключение следует сказать, что фланец – одна из широко распространенных соединительных деталей. Она оптимально подходит для создания герметичных разборных соединений.
