Фланцевые соединения
17.04.2018
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.
Рис. 1. Фланцы
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
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.
Их широко применяют на стальных аппаратах и трубопроводах. Плоские приварные фланцы представляют собой плоские кольца, приваренные к краю обечайки по её периметру. Они также могут изготавливаться с защитным кольцом (рис. 4) в целях экономии конструкционного материала. Этот тип фланца применяется при следующих условиях: Ру.=0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды — до 300 °С.
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.
Наиболее распространены фланцы кованые и приварные встык, широко применяемые на стальных сварных аппаратах. Приварные встык фланцы (рис. 5) имеют конические втулки-шейки. Втулка фланца приваривается стыковым швом к обечайке и значительно увеличивает прочность фланца. Если аппарат изготовлен из дорогостоящей легированной стали, то такой фланец в целях экономии конструкционного материала делают с защитным кольцом (рис. 5). Этот тип фланцев применяется при следующих условиях: Ру.= 1,6 – 6,4 МПа, температура рабочей среды — до 300 °С.
Рис. 5. Фланец приварной с шейкой
На чугунных и стальных литых аппаратах делают воротниковые фланцы, отлитые заодно с корпусом аппарата.
Находят применение фланцы, сваренные из двух частей: тарелки и втулки (шейки).
Рис. 6 – Фланец, сваренный из двух частей
На аппаратах и трубопроводах из кислотостойкой стали фланец иногда выполняют из углеродистой стали и защищают его накладками из кислотостойкой стали.
Рис. 7 – Фланец, защищенный накладками из кислотостойкой стали
1 – кислотостойкая сталь; 2 – углеродистая сталь
1.3 Фланцы стальные свободные на приварном кольце могут быть выполнены в нескольких вариантах. Этот тип фланца применяется при: Ру.=0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды — до 300 °С
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
Фланцы на утолщении (бурте) устанавливают на аппаратах из стекла, керамики и пластмасс, не поддающихся пластической деформации (например, фаолита — кислотоупорной термореактивной пластмассы), а также в тех случаях, когда считают нежелательным сварку патрубка из высоколегированной стали с фланцем, изготовленным из углеродистой стали. Фланцы с буртом, укрепленные шейкой, применяют для весьма значительных давлений – до 10 МПа.
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:
Фланцы разъемные из двух частей. Изготавливают такие фланцы из ковкого чугуна. Обе половины стягиваются болтами.
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.
1. — соединительный выступ; 2 — выступ; 3 – впадина; 4 – шип; 5 – паз; 6 – под линзовую подкладку; 7 – под прокладку овального сечения; 8 – с шипом под фторопластовую прокладку; 9 – с пазом под фторопластовую прокладку.
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.
Особенностью фланцев с диаметром условного прохода Ду > 200 мм является то, что из-за различных классов точности изготовления труб и фланцев, расточка внутреннего диаметра фланцев плоского, свободного и его кольца допускается по фактическому наружному диаметру трубы с зазором на сторону не более 2,5 мм , т. е. по всему внутреннему диаметру фланца и кольца не более 5,0 мм. Другими словами, при изготовлении трубы возможно отклонение от идеальной формы круга, таким образом, труба может не соответствовать внутреннему диаметру фланца, что в свою очередь затрудняет соединение трубы и фланца.
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 12Х18Н10Т (соответствует ГОСТ 25054-81) – такая сталь является конструкционной криогенной. Фланцы из стали 12Х18Н10Т разрешается эксплуатировать в агрессивных условиях например, разбавленные растворы азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей, с диапазоном рабочих температур от -196 до +350 градусов Цельсия.
• Сталь марки 10Х17Н13М2Т (соответствует ГОСТ 25054-81) – эта марка коррозионно-стойкая обыкновенная. Разрешена эксплуатация таких изделий в средах имеющих повышенную агрессивность, обладает устойчивостью против электрохимической и химической коррозии, коррозии под напряжением и др., диапазон разрешенных температур от -196 до +600 градусов Цельсия. Имеет длительный срок службы.
• 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.
Болт — крепежная деталь для разъемного соединения частей машин и сооружений в виде стержня с резьбой на одном конце и шести- или четырехгранной головкой на другом.
Рис. 17. Болт
Гайка — деталь резьбового соединения или винтовой передачи, имеющая отверстие с резьбой. Крепежная гайка в резьбовом соединении навинчивается на конец болта или шпильки или же на резьбовой участок вала, оси для закрепления от осевого перемещения сидящих на них деталей — подшипников качения, шкивов и т. п.
Рис. 18 Гайка
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.
Рис. 19 Шайба
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.
Рис. 20 Шпилька
8. Основные параметры фланцевого крепежа
8.1 Рабочее давление
Это давление, с которым транспортируется по системе жидкость (газ, пар и т. д.). Следовательно, чем выше рабочее давление в системе, тем с более высокими прочностными характеристиками необходимо выбирать крепеж. В свою очередь, необходимые прочностные характеристики крепежа обеспечиваются правильным выбором материала, режимами термической обработки и т. д. Таким образом, в диапазоне температур от -40 до + 400 °С, и при давлении до 100 кгс/см2 рекомендуется применять крепеж, изготовленный из стали 35, в то время как увеличение давления до 200 кгс/см2 требует применение крепежа из стали 20X13.
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.
Например, при одном и том же номинальном давлении при температуре не ниже -30 °С рекомендуется применять шпильки из стали 35, в то время как при предполагаемой температуре эксплуатации до -70 °С следует применять крепеж, изготовленный из хладостойких марок стали, например, 09Г2С или 10Г2.
8.3 Рабочая среда
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.
8.4 Диаметр резьбы
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.
Пример: болт М12×1,25 — болт с метрической резьбой, номинальным диаметром 12 мм и мелким шагом резьбы 1,25 мм .
8.6 Размер «под ключ» равен диаметру вписанной окружности.
Как правило, для каждого номинального диаметра резьбы предусмотрена одна величина «под ключ».
Пример: для гайки с номинальным диаметром резьбы 16 мм предусмотрен размер «под ключ» S, равный 24 мм .
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.
Пример: для болта М12х120 — длина стержня болта равна 120 мм, при этом общая габаритная длина больше на высоту головки болта на 7,5 мм , т. е. общая габаритная длина равна 127,5 мм.
8.8. Длина шпильки
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.
8.10 Покрытие
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:
рабочее давление
рабочая температура
рабочая среда (газ, вода, пар, нефть и т. д.)
внешняя среда
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.
12. ГОСТ 12822-80. . Фланцы стальные свободные на приварном кольце на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2).
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
ООО «Крионика»
Кравец Ольга Юрьевна
predklapan.ru
Фланцы исп.4 и исп.5 с присоединительной поверхностью шип-паз по ГОСТ, DIN c PN до 200 и ANSI до 2500, Чертежи и размеры
Присоединительные размеры фланцев «шип-паз» по DIN/EN, ANSI/ASME и ГОСТ.
|
dpva.ru
Поверхность фланцев
Трубы ASTM » Справочник » Поверхность фланцевРасположение уплотнительного кольца или прокладки зависит от формы и исполнения поверхности фланца.
С выступом (RF)
Фланец с выступающей поверхностью является одним из самых распространенных типов фланцев. Из названия ясно, что характерной особенностью данного типа является выступающая центральная часть поверхности фланца.
Параметры и размеры определяются по стандарту ASME B16.5 при помощи класса давления и диаметра.
Основным назначение
м фланца (RF) является фокусировка большого давления на меньшую площадь прокладки, которое увеличивает предельное давление соединения.
Плоская поверхность (FF)
У фланца с плоской поверхностью вся поверхность фланца имеет одну высоту и находится в одной плоскости с болтовым соединением. Фланцы с плоской поверхностью используются в сочетании с литым фланцем или фитингом, но никогда не соединяются с фланцем с выступом.
Фланец с пазом под кольцевое уплотнение (RTJ — Ring Type Joint)
В поверхности фланцев RTJ прорезаны один или несколько рядов кольцевых пазов для наиболее герметичного взаимодействия между фланцами или фланцем и фитингом.
В соединениях данного типа используются в основном металлические уплотнительные кольца. Сочетание данного вида фланца и металлического уплотнения понижает уровень дополнительных нагрузок на прокладку и увеличивает уровень герметизации в соединении.
Фланцы типа RTJ используются в условиях высокого давления (класс давления 600 и выше) и высоких температур (от 427° C).
Фланец с поверхностью Шип-паз (T & G — Tongue-and-Groove)
Фланцы типа Шип-Паз сделаны следующим образом:
В поверхности одного из фланца находится выступающая часть (шип), а в парном фланце выточен паз.
Наиболее часто используются в крышках насосов и крышках вентилей.
Фланец с поверхностью выемка-впадина (M & F — Male-and-Female)
Ключевой особенностью данного соединения является точное совпадение выемки и впадины. На одном фланце выточена выемка (папа), которая вставляется в впадину на парном фланце (мама). При этом глубина выемки либо равна, либо меньше, чем выступающая часть, это необходимо для того, чтобы не возник контакт между металлом фланцев при сжатии прокладки. Глубина выемки, как правило, не более чем на 1/16” больше чем высота выступа.
Важно: основные поверхности фланцев типа RTJ, T&G, M&F — никогда не соединяются.
Преимущества и недостатки T & G и M & F фланцев
Преимущества:
Повышенные герметизирующие свойства, более точно место положение и точная фокусировка сжатия уплотнительного материала, использование более подходящих специализированных уплотнений и материалов.
Недостатки:
Наличие в продаже и стоимость. Стандартная поверхность фланца более распространена и используется для клапанов, фланцев и уплотнительных материалов, в то время как, фланцы со специальными поверхностями подчиняются ряду жестких правил при монтаже трубопровода.
atmsteel.ru
ГОСТ 22512-77 «Фланцы с шипом или пазом стальные на Ру до 6,4 МПа (64 кгс/см2) и Dy до 300 мм. Присоединительные размеры»
ГОСУДАРТСВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ФЛАНЦЫ С ШИПОМ ИЛИ ПАЗОМ
СТАЛЬНЫЕ НА РУ до 6,4 МПа
(64 кгс/см2) и Dy до 300 мм
ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ
ГОСТ 22512-77
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва
ГОСУДАРТСВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
|
ФЛАНЦЫ С ШИПОМ ИЛИ ПАЗОМ СТАЛЬНЫЕ НА РУ до 6,4 МПа (64 кгс/см2) и Dy до 300 мм Присоединительные размеры Steel flanges with tongue and groove |
ГОСТ |
Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 5 мая 1977 г. № 1155 срок действия установлен
с 01.01.1979 г.
до 01.01.1984 г.
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
1. Настоящий стандарт распространяется на стальные фланцы с шипом или пазом под фторопластовые прокладки на Ру до 6,4 МПа ( 64 кгс/см2) и Dy до 300 мм для арматуры специальной техники при температуре от 193 до 413 К (от минус 80 °С до плюс 140 °С). Стандарт не распространяется на присоединительные разные размеры внешних присоединительных устройств агрегатов.
2. Присоединительные размеры стальных фланцев с шипом или пазом в зависимости от давления должны соответствовать указанным на чертеже и в табл. 1-6.
Примечание. Чертеж не определяет конструкцию фланца.
Таблица 1
Ру до » 0,6
МПа (6 кгс/см2)
мм
|
Условный проход Dy |
D |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
h |
h1 |
files.stroyinf.ru
ru:статьи:фланец [ЮниТех]
Определение
Фланец — плоская деталь квадратной или круглой формы с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащая для прочного и герметичного соединения труб, трубопроводной арматуры, присоединения их друг к другу, к машинам, аппаратам и ёмкостям, для соединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение).1)
Назначение
- Фланец обеспечивает герметичность и прочность соединения.2)
Фланец является одним из основных элементов трубопроводной арматуры, относящимся к сборочным соединениям. С помощью фланцев монтируются трубопроводы и различные аппараты емкостного типа.
Фланцы могут использоваться в качестве отдельной крепёжной детали, а так же как один из элементов фланцевых соединений. Такой способ соединения обеспечивает простой доступ для очистки, осмотра или модификации. От качества фланцевого соединения зависят герметичность и прочность всей системы.
Конструкция
Фланцы и фланцевые соединения подразделяются по способу крепления с соединяемыми элементами.3) Фланцы обычно имеют резьбовое или сварное соединение. 4) В настоящее время наибольшее распространение получили приварные фланцы. 5) Фланцевое соединение состоит из двух фланцев, уплотнительной прокладки и стягивающих болтов или шпилек с гайками. 6)
От формы и исполнения поверхности фланца будет зависеть, где будет расположено уплотнительное кольцо или прокладка. 7) Наиболее распространены следующие типы поверхности:
ВЫСТУП
Поверхность с выступом, наиболее применимый тип фланца, который легко определить. Данный тип называется так, потому что поверхность прокладки выступает над поверхностью болтового соединения.
ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
У фланца с плоской поверхностью (вся поверхность) прокладка находится в той же плоскости, что и болтовое соединение. Чаще всего, фланцы с плоской поверхностью используют там, где ответный фланец или фитинг — литой.
ФЛАНЕЦ С ПАЗОМ ПОД КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ
У таких фланцев прорезаны пазы в поверхности, в которые вставлены стальные уплотнительные кольца. Фланцы герметизируются за счет того, что при затяжке болтов прокладка между фланцами вдавливается в пазы, деформируется, создавая тесный контакт — металл-к-металлу. Металлические уплотнительные кольца подходят для использования при высоких температурах и давлениях. Они сделаны с учетом правильного выбора материала и профиля и всегда применяются в соответствующих фланцах, обеспечивая хорошее и надежное уплотнение.
ФЛАНЦЫ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ВЫСТУП-ВПАДИНА
Фланцы этого типа должны совпадать. У одной поверхности фланца есть область, которая выходит за обычные пределы поверхности фланца (папа). Другой фланец, или ответный фланец имеет соответствующее углубление (мама), сделанном в его поверхности.
ФЛАНЕЦ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ШИП-ПАЗ
Фланцы этого типа тоже должны совпадать. У одного фланца есть кольцо с выступом (шип) сделанном на поверхности этого фланца, в то время, как на поверхности ответного проточен паз. Такие поверхности обычно встречаются на крышках насосов и крышках вентилей.
ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ПАЗ
Принцип действия
Фланцы используют попарно (комплектом). 8) Герметизация трубопровода с использованием фланцев достигается вследствие пластической или упругой деформации прокладки под воздействием усилия затяжки, которое и передается болтами или шпильками через фланцы. 9) Существует два способа закрепления фланца сваркой. Один осуществляют простым швом. Второй способ выполняют усиленным швом. 10)
Применение
Фланец применяется при монтаже трубопроводов и оборудования практически во всех отраслях. Разнообразие материалов, из которых изготавливаются фланцы сегодня, позволяет использовать эту продукцию в качестве соединительных деталей трубопровода практически при любых условиях внешней среды (температуре, влажности и т.д.) и в соответствии со средой, проходящей по трубопроводу (в том числе и агрессивной). В зависимости от назначения и области применения фланцы делятся на несколько типов:
Фланцы стальные приварные встык ГОСТ 12821-80
Предназначены в основном для прокладки, эксплуатации, ремонта, конструирования больших и маленьких трубопроводов.
Фланцы стальные плоские приварные ГОСТ 12820-80
Предназначены в основном для прокладки, эксплуатации, ремонта, конструирования больших и маленьких трубопроводов.
Фланцы сосудов и аппаратов стальные приварные встык ГОСТ 28759.3-90
Фланцевое соединение пластинчатого теплообменника
Фланцы такого типа предназначены для применения при монтаже, ремонте, конструировании, и эксплуатации колон перегонки нефти, теплообменного оборудования, резервуарных емкостей.
Фланцы сосудов и аппаратов стальные плоские приварные ГОСТ 28759.2-90
Фланцевое соединение кожухотрубного теплообменника
Фланцы такого типа предназначены для применения при монтаже, ремонте, конструировании, и эксплуатации колон перегонки нефти, теплообменного оборудования, резервуарных емкостей.11)
Техническое обслуживание
Систематически проверять крепление фланцев. Все болты крепления должны быть затянуты. Убедиться в отсутствии повреждений сварочных швов и надёжности всех креплений. 12)
Дополнительная информация
Применение фланцев, виды фланцев
Производство фланцев
ru/статьи/фланец.txt · Последние изменения: 16.12.2015 17:01 (внешнее изменение)
wiki.unitechbase.com
Фланцевое соединение
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения трубопроводов, аппаратов и машин при высоком давлении рабочей среды. Фланцевое соединение состоит из фланца с шипом в виде кольцевого выступа на внутренней поверхности и фланца с пазом в виде кольцевой проточки, размер которой соответствует размеру шипа, уплотнительной прокладки и крепежных элементов. Фланец с пазом дополнительно снабжен на внешней стороне цилиндрическим выступом, в котором расположены в осевом направлении равномерно по окружности отверстия с резьбой, в которых размещены болты. Болты контактируют с дополнительно установленным в пазе стальным кольцом. Изобретение повышает надежность соединения. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения трубопроводов, аппаратов и машин при высоком давлении рабочей среды.
Известно фланцевое соединение, состоящие из двух фланцев, уплотнительной прокладки и крепежных элементов, которые описаны в специальной литературе (А.С.Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. — Калуга. — 2006. — Том 1. — Глава 19).
В качестве прототипа предложенного решения целесообразно рассмотреть фланцевое соединение с шипом и пазом, предназначенное для соединения трубопроводов, аппаратов и машин. Это фланцевое соединение состоит из двух фланцев, на внутренней поверхности одного из них — фланца с шипом, имеется шип, представляющий собой кольцевой выступ, а на внутренней поверхности другого — фланца с пазом, выполнен паз, представляющий собой кольцевую проточку, размеры которой соответствуют размерам шипа. В паз вставляется уплотнительная прокладка, выполненная в виде кольца. При монтаже фланцевого соединения в паз входит шип фланца с шипом и оба фланца стягиваются с помощью крепежных элементов, представляющих собой болты с шайбами и гайками. Усилие стяжки фланцев определяет жесткость фланцевого соединения и степень сжатия уплотнительной прокладки. Степень сжатия уплотнительной прокладки определяет герметичность фланцевого соединения и должна быть связана с давлением рабочей среды в соединяемых элементах (А.С.Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. — Калуга. — 2006. — Том 1. — Глава 19).
Недостатком такого фланцевого соединения является то, что невозможно обеспечить контроль над степенью сжатия уплотнительной прокладки.
Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции фланцевого соединения, в которой можно регулировать степень сжатия уплотнительной прокладки, не изменяя жесткости фланцевого соединения, то есть независимо от усилий затяжки крепежных элементов.
Поставленная задача решается за счет того, что фланцевое соединение, состоящее из фланца с шипом в виде кольцевого выступа на внутренней поверхности и фланца с пазом в виде кольцевой проточки, размер которой соответствует размеру шипа, уплотнительной прокладки и крепежных элементов, фланец с пазом дополнительно снабжен на внешней стороне цилиндрическим выступом, в котором расположены в осевом направлении равномерно по окружности отверстия с резьбой, в которых размещены болты. Болты контактируют с дополнительно установленным в пазе стальным кольцом.
Использованы ГОСТ 28759.2-90 и ГОСТ 28759.3-90.
На чертеже представлен поперечный разрез четверти фланцевого соединения.
Фланец 1 с пазом 5 снабжен на внешней стороне цилиндрическим выступом 2. Сопрягаемый с ним фланец 3 с шипом снабжен кольцевым выступом 4 на внутренней поверхности. Внутри паза 5 размещены стальное кольцо 7, плотно входящее в паз, и уплотнительная прокладка 6. Снаружи на стальное кольцо 7 воздействуют болты 8, размещенные равномерно по окружности в цилиндрическом выступе 2, которые при их закручивании давят на стальное кольцо 7 и перемещают его в осевом направлении. Стальное кольцо 7 сдавливает уплотнительную прокладку 6 в замкнутом объеме, материал уплотнительной прокладки становится практически несжимаемым, и степень сжатия уплотнительной прокладки может быть проконтролирована.
Работает фланцевое соединение следующим образом.
Затягивание всех болтов 8 осуществляется после полной затяжки крепежных элементов (на чертеже показаны штриховыми линиями) и получения заданной жесткости фланцевого соединения. Необходимое число болтов 8 определяют в зависимости от заданной степени сжатия уплотнительной прокладки 6, которая зависит от давления рабочей среды и выбранного коэффициента запаса.
К числу преимуществ предложенного технического решения следует отнести следующие.
— Габариты фланцев, число и размеры крепежных элементов не изменяются по сравнению с размерами, приведенными в ГОСТ 28759.2-90 и в ГОСТ 28759.3-90.
— Использование болтов, перемещающих стальное кольцо, позволяет получить заданную степень сжатия уплотнительной прокладки независимо от степени затяжки фланцев крепежными элементами.
— Увеличивается жесткость фланцевого соединения, так как степень сжатия уплотнительной прокладки не влияет на степень затяжки фланцев крепежными элементами.
Фланцевое соединение, состоящее из фланца с шипом в виде кольцевого выступа на внутренней поверхности и фланца с пазом в виде кольцевой проточки на внутренней поверхности, размер которой соответствует размеру шипа, уплотнительной прокладки и крепежных элементов, отличающееся тем, что фланец с пазом дополнительно снабжен на внешней поверхности цилиндрическим выступом с выполненными в нем отверстиями с резьбой, в которых размещены болты, расположенные в радиальном направлении равномерно по окружности паза и контактирующие с дополнительно установленным в пазе стальным кольцом.
findpatent.ru
Соединение преимущественно фланцевого типа шип-паз
(II) 560093
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.12.73 (21) 1974772/08 (51) М. Кл Г 16L 27/06 с присоединением заявки М
I (23) Приоритет
Государственный комитет
Саввтв Министров СССР по делам изооретений и отнрытий
Опубликовано 30.05.77. Бюллетень «0 20
Дата опубликования Описания 30.06.77 (53) УДК 621.643(088.8) (72) Авторы изобретения
О. Г. Крыжановский и В, А. Соловьев (71) Заявитель (54) СОЕДИНЕНИЕ
Изобретение относится к деталям машин, в 1астности к неподвижным контактным тОрцовым уплотнениям, и может быть использовано в трубопроводной арматуре, например, во фланцсвых сосдинсниях.
11звсстно прокладочнос соединение типа
«шип — паз» с неметаллической прокладкой из эластичного материала, например фторопласта.
Такое соединение позволяет обеспечить герметичность при меньшем усилии затяга, чем В соединении с 1 Онтакгом «металл ПО мс.— таллу». 1-1сдостатком такого соединения является нарушение герметичности при длительной эксплуатации, особенно при повышенной температуре и при изменении температуры среды.
Герметичность нарушается также при уменьшении температуры соединения из-за значительно большего коэффициента объемного расширения у материала прокладки, чем у материала (металла) других деталей соединения, что приводит к снижению напряжения в прокладке. Кроме того, прокладки из полимерных материалов и фторопласта-4 в частности, часто работают в зоне пластических деформаций и не ооладают необходимыми упругими свойствами, что дополнительно ухудшает герметичность соединения при Bblтяжке шпилек.
Целью пзобрстения я вляется обеспечение герметичности соединения. Поставленная цель достигается посредством того, что канавка ь поперечном сечении поднутрена у основания, а ответный выступ имеет сужения вблизи торца и со стороны фланцы.
На фиг. 1 показано предложеннос соедннсние; на фиг. 2 †сечен прокладки до установки в соединсние.
10 Соединение преимущественно фланцевого типа «шнп — паз» состоит из фланца 1 с вы(IlIlII1031) 2, 1сромкп I QTop010 ol p) г lcIIbl, а на боковых поверхностях выполнены конические BblTQ 11111 3; фланца 4 с канавкой
15 5, ь которой находится прокладка 6, имею1цая кольцевые пояски 7. На боковых поверхностях канавки 5 имеются выточки (поднттрения) 8, между боковыми поверхностямн канавки 5 и выступа 2 имеются зазоры 9. Ши20 рина (толщина) поясков 7 больше зазоров 9.
Затяжка фланцсв производится при помощи шпилек 10.
При затяжке фланцевогo соединения прокладка 6 деформируется, затекая в выточки
25 8 канавки 5 и закрепляясь во фланце 4, кольцевые пояски 7 продавливаются через зазоры 9, удлиняясь при этом и попадая в выточки 3.
Ра бочая среда прогревает прокладочное
Зд cocZ!!!ICII!Ie, и части поясков 7, находящиеся
560093
Формула изобретения
Составитель Л. Зубок
Текред H. / ук
Редактор В. Левитов
1 орректор Л. Котова
Заказ 1460/16 Изд. ¹ 476 Тираж 1151 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва,, К-35, Раугнская паб., д. 4/5
Тинографн.i, вр. Сапунова, 2 в выточках 3, становятся шире и восстанавливают свою фо;:му, заполняя объем выточки 3.
При смещении фланца 1 относитель;и ф a «ua 4 п3-3а релаксации mnHaei
При установившемся температурном режиже такое фланцевое соединение обеспечивает герметичность по плоскостям торцов прокладки 6, как в обычном прокладочном соединении.
Соединение преимущественно фланцевого типа «шип — паз» с эластичной уплотняющей прокладкой, отличающееся тем, что, с целью повышения герметичности соединения, в нем канавка в поперечном соединении поднутрена у основания, а ответный выступ имеет сужения вблизи торца и со стороны флан10 ца.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Горяинова А. В. Фторолласты,в машино15 строении. М., «Машиностроение», 1971, стр. 219.
findpatent.ru