В промышленности часто применяются фланцевые соединения. Они должны обеспечивать герметичность и прочность собираемых конструкций. Роль качественного соединения немаловажна, ведь непрочное скрепление может приводить к большим потерям и грозить опасностью обслуживающему персоналу. Основным элементом соединения является фланец. Эта деталь представляет собой металлический диск и обеспечивает прочное и плотное Свое применение фланец нашел в отрасли трубопроводного транспорта, коммунального хозяйства. Благодаря использованию различных материалов для его изготовления, он становится практически универсальным элементом трубопроводных конструкций.

Виды фланцев

Для разработано большое количество конструкций этой детали. Все фланцевые соединения состоят из следующих элементов - фланцев, прокладки, крепежных изделий. Главная задача, которая возложена на этот узел - объединение частей трубопровода либо же присоединение к трубам дополнительного оборудования. Фланцы подразделяются на виды в зависимости от различных параметров. По конструкции они делятся на:

• цельные;
• свободные.

Отличие заключается в том, что цельные фланцы вместе с корпусом претерпевают соответственно одинаковые нагрузки. Изготавливаются они совместно с арматурой в процессе отливки или штамповки, также совмещение можно производить при помощи сварки. Что касается свободных, они представляют собой диск, который крепится к приваренному фланцу или отбортованному краю трубы. У обоих видов имеются как недостатки, так и достоинства. Свободные фланцы удобны в сборке, их конструкция позволяет легко совмещать отверстия под шпильки. Недостатком является меньшая прочность и жесткость, чем у цельных фланцев.

Разделение фланцев по назначению:

• Для арматуры и трубопроводов. Фланцевые соединения трубопроводов данного типа используются для всех видов и отраслей трубного, транспортного и жилищно-коммунального хозяйства.
• Для сосудов и аппаратов, такие соединения применяются для перегонки нефти, оборудования систем теплообеспечения, а также емкостей под резервацию.

Стандарты

Все фланцы подразделяются на несколько видов в зависимости от ГОСТа и исполнения:

1. Литые фланцы, изготавливаются как единое целое с корпусом. Отливаться они могут из стали или чугуна.
2. Стальные фланцы, которые имеют резьбу на шейке. Этот тип имеет достаточно ограниченное применение и в основном используется для трубопроводов с низким давлением.
3. Воротниковые фланцы. Представляют собой изделие из стали, которое получено сваркой встык. Назначение воротниковых фланцев заключается в соединении трубопроводов с высоким и средним давлением. Преимущество этого типа заключается в простоте монтажа и экономичности. По сравнению с фланцами плоскими приварными, которые мы рассмотрим следующим пунктом, они сокращают трудоемкость изготовления в среднем на 20% и объем работ по сварке в два раза.
4. Фланцы плоские приварные. Производятся они из стали и применяются такие фланцевые соединения для технологических трубопроводов.
5. Свободные фланцы. Этот вид имеет свои особенности и подразделяется на три подвида:

• с буртом, они применяются для трубопроводов с агрессивными средами, от воздействия которых бурт предохраняет сам фланец;
• на отбортованной трубе;
• на приварном кольце, они используются для трубопроводов из цветных металлов - меди и ее сплавов, алюминия, а также нержавеющей стали;

Параметры выбора соединения

1. Форма фланцевого соединения. Фланцы могут быть: круглые, овальные или прямоугольные.
2. Условный проход. Его размер соответствует внутреннему сечению фланца, по которому будет протекать среда.
3. Конструктивное исполнение. Этот параметр регламентирует фланцевые соединения, ГОСТ 12815-80 включает 9 различных категорий исполнения.
4. Давление. Соединения могут выдерживать максимально условное давление, оно зависит от исполнения и геометрических размеров фланца. Этот параметр также предусмотрен основным нормативным документом.
5. Материал. Для изготовления используется чугун, углеродистая, легированная, нержавеющая сталь. Материал выбирается в соответствии с используемой средой применения. Могут также применяться и дорогостоящие металлы.

Электроизолирующее соединение

Изолирующее фланцевое соединение имеет ряд отличий от других видов и несет на себе задачу препятствия прохождению электрического тока, а также защиты от электрохимической коррозии. Большинство трубопроводов проложены под землей, где возможна вероятность возникновения В целом они не несут опасности всему трубопроводу на входе, но очень опасны на месте выхода. Такое воздействие может приводить к разрушению металла, образованию трещин и утечкам транспортируемой жидкости или газа, изолирующее фланцевое соединение обеспечивает необходимую безопасность. Состоит оно из фланцев, специальных изолированных прокладок, втулок и крепежных изделий. Применяют такое соединение в следующих случаях:

• на границе трубопровода и переходе его от поставщика к потребителю;
• когда фланцевое соединение труб обеспечивает совмещение разных материалов, из которых они изготовлены;
• на трубопроводах, которые проложены в области источников блуждающих токов;
• на выходе изолированной трубопроводной сети, которая соединяется с неизолированным трубопроводом;
• на наземных участках газораспределительных станций.

Другие типы фланцевых соединений

• Измерительные фланцевые соединения. Они обеспечивают стыковку трубопроводных сетей с дополнительным оборудованием и измерительными устройствами.
• Соединения, работающие под большим давлением. Такие узлы подвергаются переменным нагрузкам от работающих механизмов. Поэтому чтобы обеспечить плотность и прочность, а также долговечность, следует соблюдать ряд технологических нюансов при монтаже. Закручивание шпилек производится постепенно по кругу и в определенной последовательности. Фланцевые соединения могут стать более прочными за счет использования линзового вида прокладки. Чтобы использовать этот вид прокладок, предварительно необходимо отшлифовать поверхность и прокладки, и трубы непосредственно. Наилучшим вариантом для данного вида служат резьбовые фланцевые соединения. Также может использоваться наряду с линзовой прокладкой, плоская металлическая.
  Максимальная плотность фланцевого соединения обеспечивается использованием таких материалов для плоских прокладок, как медь или алюминий.

• Фланцевый замок. Это соединение по конструкции полностью соответствует фланцевому, отличие заключается в том, что вместо привычных крепежных изделий - болтов и шпилек, используется специальная конструкция в виде полосы, которая обжимает фланцы и затягивается болтами. В таких соединениях отверстия по диаметру фланцев отсутствуют. Такой вид отлично зарекомендовал себя в узлах, которые требуют быстрого и периодического разъединения-соединения. Использовать в этом случае можно плоские приварные фланцы или приваренные встык.

Фланцевый крепеж

Для монтажа фланцевых соединений обязательно необходим крепеж. Для крепления трубопроводов применяют такие крепежные изделия: болт, гайка, шпилька и шайба. Так как фланцевые соединения трубопроводов - это достаточно ответственная конструкция, к крепежу предъявляются требования в соответствии со следующими параметрами:

1. Среда. Она может быть агрессивной и нет. Основываясь на этом параметре среды, выбирается крепеж. Для агрессивных сред предпочтение отдается стали с антикоррозионными свойствами. Также возможно применение специальных покрытий, препятствующих коррозии.
2. Температура. Здесь играет роль температура жидкости или газа, который будет транспортироваться по данному трубопроводу, а также температурный режим окружающей среды. Каждый материал имеет рабочий диапазон температур, в соответствии с которым выбирается изделие. Если окружающая среда не превышает -30 ºС, возможно применение обычных для более низких температур применяются холодостойкие марки.
3. Давление. Чем выше показатель рабочего давления, тем более высокими параметрами должен обладать используемый материал, из которого изготовлены шпильки для фланцевых соединений.
4. Показатели крепежных изделий: тип длина.
5. Материал. Сталь, которую используют в производстве крепежных изделий для фланцевых соединений можно классифицировать по четырем категориям:

• углеродистая сталь общего назначения, рабочая температура не должна превышать показатель 200 ºС, а максимальный диаметр - 48 мм;
• углеродистая сталь, применяемая для изделий повышенной точности, температура работы не может быть выше значения 300 ºС;
• сталь углеродистая с повышенным качеством, крепежные изделия из этого материала могут эксплуатироваться при температуре выше 450 ºС;
• легированные стали, которые обладают теплоустойчивыми и антикоррозионными свойствами.

Ограниченность применения крепежных изделий

Выбор крепежных изделий обусловлен вышеперечисленными параметрами, но существуют и некоторые ограничения:

1. Крепежи, эксплуатируемые при рабочем давлении до 25 кгс/см, не ограничены выбором типа изделия. Что же касается давления, которое превышает эту цифру, использоваться могут только шпильки для фланцевых соединений, применение болтов запрещено.
2. Марка стали для пары «шпилька-гайка» может выбираться как одинаковой, так и различной. Если используется один материал, прочность гайки должна быть ниже прочности шпильки на 20 единиц.

Существует специальный ГОСТ шпильки для фланцевых соединений, в соответствии с которым выбираются номинальные размеры крепежного изделия. Выбор размеров зависит от рабочего давления, которому будет подвержена шпилька.

Прокладки

Эта деталь входит в изолированное фланцевое соединение, для того чтобы обеспечить необходимую плотность между фланцами. Прокладки разделяют на различные виды по определенным параметрам. В зависимости от материала, из которого они изготовлены, различают категории:

• металлические;
• неметаллические;
• комбинированные.

Распределение прокладок по упругости:

• упругие;
• жесткие.

Это свойство предопределяет материал, из которого изготовлены прокладки для фланцевых соединений. Упругие получаются из комбинированных и неметаллических видов. Жесткие прокладки в основном представляют собой металлические, а также неметаллические, полученные из таких материалов, как фибра, твердая резина, паронит и т. д.

Конструктивные особенности прокладок

По этому признаку прокладки для фланцевых соединений делятся на:

• Плоские (могут быть как и комбинированными), их применяют в соединениях с плоскими поверхностями. Внутренний диаметр плоских прокладок должен быть больше диаметра трубы на 1-3 мм.
• Линзовые прокладки изготавливают из углеродистых и легированных сталей, они могут быть как жесткими, так и упругими.
• Овальные обеспечивают надежное уплотнение, при этом нагрузка на болты достаточно умеренная. Контакт прокладочного изделия происходит по наружной и внутренней окружности с фланцем. Материалом для этих прокладок служит углеродистая или нержавеющая сталь.
• Гофрированные прокладки могут быть как металлическими, так и неметаллическими. Их изготавливают из тонкого листа меди, мягкой стали, в качестве неметаллического материала используется асбестовый картон или бумага. Внутренний диаметр соответствует диаметру фланца, а внешний корректируется расположением болтов.
• Спиральные относятся к упругим прокладкам. Такая прокладка состоит из трех элементов - спиральной части и двух ограничительных колец.
• Зубчатые прокладки, материалом для этих прокладок служит малоуглеродистая или легированная сталь. Изолированное фланцевое соединение с данным типом прокладок может эксплуатироваться при температурах, не превышающих 480 ºС.

Расчет фланцевых соединений

После определения типа фланца, в зависимости от его назначения, вида прокладочного изделия, а также материалов, из которых изделие будет изготавливаться, конструкторами выбираются необходимые размеры детали по специальным таблицам. Они представлены в соответствующих ГОСТах. Несмотря на то что фланцы являются стандартными деталями, очень часто возникает потребность в конструировании индивидуального изделия. Система расчета включает следующие пункты:

1. Расчет пластических деформаций в основании втулок, это касается соединений, работающих при небольших температурах и давлениях.
2. Учет внешнего изгибающего момента, возникающего от нагрузки на болты. Этот параметр определяет прочностные характеристики фланца.
3. Вычисление возникающих напряжений, особенно это касается изделий, которые получены сваркой.
4. Выбор шага болтов, неправильно определенный этот параметр может вызвать прогиб колец фланца между болтами.

Расчет фланцевых соединений должен учитывать разновидность нагрузки. Возможны два варианта - в первом случае нагрузка от болтов передается на прокладку, во втором - идет равномерное распределение нагрузок между прокладкой и опорным кольцом.

Фланцевые соединения можно подразделить на два основных типа: с неконтактнругощнмн фланцами (рис. 1, а) не контактирующими фланцами (рис. 1, б). Наиболее распространен первый тип соединения (трубопроводы, сосуды и аппараты и т. п.). Соединения с контактирующими фланцами часто применяют в конструкциях, не требующих полной герметизации стыка (фланцы корпусов машин, редукторов и т. п.) Получнлн распространение фланцевые соединения с контактирующими стыками и с самоуплотняющимися прокладками, обеспечивающие герметичность. Такие соединения имеют меньшие габариты по сравнению с соединениями первого типа, но более сложны при изготовлении и монтаже.

Применяют свободные фланцы (рис. 2), а также фланцы, изготовленные вместе с трубой (корпусом) или присоединенные к трубе с помощью сварки, резьбы, развальцовки заклепок (рис. 3).

Рис. 1. Типы фланцевых соединений

Рис. 2. Накидные (свободные) фланцы

Рис. 3. Способы соединения фланца и трубы

Некоторые виды фланцевых соединений стандартизованы. Прокладки выполняют в виде плоского листа из паронита, картона, резины, фибры, фторопласта, меди и мягкой стали; применяют асбестометаллические прокладки, металлические гофрированные и зубчатые, металлические линзовые прокладки и др.

Во фланцевых соединениях с контактирующими фланцами используют самоуплотняющиеся прокладки в виде резиновых или металлических колец.

УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ

Расчет выполняют при предварительном выборе размеров и для проверки прочности неответственных фланцевых соединении.

Расчет соединений с неконтактирующими фланцами. Расчетное усилие, действующее на болты (рис 4), определяют по формуле

где - средний диаметр прокладки, мм; - рабочее давление среды,

Рис. 4. К расчету фланцевых соединений с неконтактнрующими фланцами

Коэффициент затяжки

Условие прочности фланцевых болтов:

где - число болтов; - внутренний диаметр резьбы болта; - предел текучести материала болта с учетом рабочей температуры.

Число болтов для обеспечения более равномерной затяжки стыка часто выбирают кратным четырем .

Расстояние между осями болтов (шаг болтов) обычно принимают при малых давлениях при больших давлениях Опасным сечением при расчете на прочность фланца обычно является место перехода от фланца к трубе (сечение на рис. 4).

Изгибающий мгмечт в этом сечении (на единицу длины)

где - коэффициент, учитывающий, что часть момента воспринимается поворотной деформацией фланца; - расстояние от центра сечения до оси болта; - средний диаметр трубы в сечении

Если коническая втулка (или труба) очень жесткая по отношению к фланцу и сечение не поворачивается, то Значение можно определить по приближенной формуле (вывод см. с. 85):

где - средняя толщина трубы на коническом участке; - средний радиус трубы; и - соответственно наружный и внутренний диаметры фланца. Значения вычисленные по формуле (4), приведены в табл. 1.

Напряжения изгиба в опасном сечении фланца (сечение

где - предел прочности материала фланца (при высокой температуре под следует понимать предел длительной прочности).

Из формулы (5) следует, что для снижения напряжений во фланцах целесообразно: а) приближать оси болтов к трубе (уменьшать увеличивать толщину трубы в месте перехода к фланцу (размер Однако при большой конусности упрочнение получается чисто местным и максимум напряжений сдвигается к более тонкому сечению трубы.

Расчет соединений с неконтактнрующими свободными фланцами. Суммарное усилие на болты (рис. 5) определяют из равенства (1); условие прочности болтов выражается формулой (2).

При расчете на прочность фланца принимается, что фланец испытывает поворотную деформацию и в нем возникают окружные напряжения.

1. Значение коэффициента (см. скан)

Рис. 5. К расчету фланцевых соединений со свободными фланцами

Условие прочности фланца:

где - диаметр окружности осей болтов; - средний диаметр кольцевой площадки контакта фланца и трубы; - внутренний диаметр фланца толщиной А; - предел текучести материала с учетом температуры фланца.

Расчет соединений с контактирующими фланцами. Расчетное суммарное усилие для фланцевых болтов (рис. 6) определяют из условия

где - коэффициент затяжки, обычно принимают - диаметр уплотнения, мм; - рабочее давление среды, - расстояние от средней окружности трубы до окружности осей болтов; - расстояние от наружной окружности фланца до окружности осей болтов.

Формула (7) учитывает, что в предельном состоянии раскрытие стыка происходит при повороте относительно точки Условие прочности фланцевых болтов

Добавить в закладки

Фланцы: предназначение и классификация

Фланцы чаще всего применяются при необходимости соединения различных трубопроводов. Это соединительные детали в виде дисков (хотя возможны и другие конструкции), изготавливаемые из металла, пластика, чугуна, алюминия. Используются фланцы для полиэтиленовых труб, стальных и прочих трубопроводов с целью подачи технической, питьевой воды, кислот, химических веществ в качестве рабочей среды.

Фланцы изготовленные по ГОСТу значительно надежнее обычных.

Для стягивания используются специальные резьбовые шпильки с шайбами и гайками, болты и прочее. Часто для полиэтиленовых водопроводов применяется метод сварки, что обеспечивает надежность крепления, отсутствие протечек, но такие соединения получаются неразъемными, что в некоторых случаях недопустимо.

Классификация фланцев для трубопроводов

1. Заглушки, представляющие собой плоские конструкции без центрального отверстия, служат для перекрытия потоков рабочей среды.
2. Воротниковые (приварные) применяются при соединении труб встык. Они отличаются наличием специального воротника, то есть стального выступа для приваривания. Такие элементы характеризуются повышенной прочностью, часто именно они используются вместо плоских, когда надо монтировать трубопроводы с рабочей средой выше 450 градусов и с давлением выше 2,5 МПа.
3. Плоские фланцы - это диски, которые по центру имеют отверстие для присоединения трубы либо другого оборудования. По краю идут меньшие отверстия, чтобы фланцы могли прочно крепиться друг к другу при помощи специальных фиксирующих шпилек и болтов.

Фланцы разделяются на несколько видов, среди которых надо выделить:

Когда необходимо перекрыть трубу, используется фланец заглушка.

1. Прессованные, используемые для монтажа отдельных частей трубопровода, при необходимости подсоединения разного оборудования. Фланцы представляют собой круг с отверстием посередине, небольшим выступом и четырьмя небольшими отверстиями по краям для шпилек. Чаще всего изготавливаются из нержавеющей стали методом прессования. Стоимость их невелика, они применяются для соединения самых различных труб, в том числе водопроводных.
2. Алюминиевые (силуминовые) - это один из самых экономных вариантов, такие элементы выполнены в виде круга с отверстием посередине и восемью небольшими отверстиями по краям для креплений. Тип их свободный, отличаются устойчивостью к коррозии, но прочность их невелика. Применяются в том случае, когда нет необходимости монтажа высокопрочных изделий.
3. Заглушки представляют собой глухой диск с восемью отверстиями по краям для крепления. Используются в том случае, когда труба перекрывается, изготавливаются из стали. Заглушки ставятся для магистралей, местных трубопроводов. По размерам, форме повторяют соединительные фланцы.Выдерживают температуру рабочего потока от -70 до +600°C, давление - от 0,6 до 16 МПа.
4. Воротниковые изготавливают из стали, они имеют специальный выступ у центрального отверстия. Применяются они тогда, когда есть необходимость соединения самых разных систем в довольно большом диапазоне температурных значений. Чаще всего ставят их в промышленных трубопроводах, соединение осуществляется приварным методом.
5. Плоские фланцы - это распространенный тип крепежных и соединительных элементов. Они представляет собой плоский диск с центральным и боковыми отверстиями. Метод крепления - приварной, при помощи специальных шпилек.

Конструктивные особенности

Конструкция подобных соединительных элементов позволяет выдерживать не только большое давление, но и прочие неблагоприятные условия эксплуатации. Сама конструкция регламентируется ГОСТом, сегодня могут иметь девять исполнений:

• с соединительным выступом под углом в 45°. Является наиболее часто применяемым для различных условий;
• с соединительным выступом под углом в 90°;
• с выступом в 45°, с впадиной и выборкой изнутри;
• с шипом, имеет выступ в 90°;
• с кольцевидной выборкой, пазом;
• с внутренней фаской под линзовую прокладку;
• для прокладок овального сечения, имеет канавку на торцевой поверхности тоже овальной формы;
• две последние конструкции - комбинированные.

Преимущества фланцев из стали

Фланцы должны обладать способностью выдерживать высокие и низкие температуры, работать в химически активных средах, не поддаваться окислению, иметь высокие показатели пластичности и ударной вязкости.

Сегодня применяются самые различные фланцы, которые могут изготавливаться из алюминия, пластика, чугуна и стали. Последние обладают большими преимуществами, среди которых необходимо выделить такие, как:

• из нержавеющей стали - подходят для монтажа самых различных труб, включая полиэтиленовые;
• стальные фланцы отлично выдерживают температуру от -70 до +450°C;
• нержавейка очень устойчива к рабочим агрессивным средам, применять фланцы можно, начиная от обычных водопроводов с технической и питьевой водой и заканчивая транспортировкой химических веществ, кислот, щелочей в качестве рабочей среды;
• стальные фланцы считаются экологически чистыми, отвечают всем санитарно-бактериологическим требованиям, их можно применять для различных целей.

Из минусов надо отметить только стоимость стальных изделий, которая намного выше алюминиевых и пластиковых. Но это вполне оправдывается, например, там, где фланцы из обычной углеродистой стали потребуют замены уже через год, изделия из нержавеющей стали могут продержаться не одно десятилетие.

Фланцы для ПНД (для полиэтиленовых труб)

Фланец позволит соединить трубы без сварки.

Фланцы ПНД, используемые для соединения полиэтиленовых труб, представляют собой плоский диск, при помощи которого соединяются трубы и задвижки, краны и другая арматура шпильками и болтами. Разделяются на такие разновидности, как:

1. Муфта электросварная, которая используется для соединения полиэтиленовых труб между собой, с фасонными элементами. Такой тип фланца ПНД имеет нагревательную открытую спираль, при работе не требует специальных приспособлений. Такая муфта выдерживает давление до 16 атм. для воды и до 10 атм. для газа.
2. Полиэтиленовые заглушки ПНД для перекрытий концевых отверстий полиэтиленовых трубопроводов. Изготавливаются из полиэтилена низкого давления, привариваются двумя способами при помощи специального сварочного оборудования.
3. Тройники ПНД предназначены для монтажа нескольких ответвлений для систем с питьевой и технической водой. Приваривается к трубе тройник по методу электросварных муфт.
4. Переходы ПНД применяются для редукции полиэтиленовых труб, крепятся только при помощи сварки встык и терморезисторной сварки.
5. Отводы ПНД применяются для полиэтиленовых труб в водо- и газопроводах. Это конструкционный элемент, позволяющий управлять потоками рабочей среды.
6. Втулки ПНД под фланец используются для обеспечения должного упора, применяются с прижимными элементами.

Трубы, для изготовления которых применяется полиэтилен, требуют использования специальных фланцев, позволяющих выполнять качественное, надежное соединение. Для крепежа применяются не шпильки и болты, а методы сварки, что оптимально подходит именно для этого материала.

Фланцы применяются для соединения самых различных изделий, это универсальный крепежный элемент, который может изготавливаться из разных материалов, иметь разную форму и назначение. Особое место занимают фланцы для соединения полиэтиленовых труб, которые крепятся методом сварки, что позволяет делать прочнейшее крепление отдельных элементов между собой. Хотя технология прокладки труб из полиэтилена допускает использование и обычных стальных фланцев, имеющих многочисленные преимущества. Одним словом, это надежный элемент для трубопровода с различной средой.

Если говорить просто, то фланец – это самая обычная, весьма распространенная в трубопроводной сфере соединительная деталь. Выглядит фланец как плоское кольцо с круглыми отверстиями, размещенными на равном расстоянии друг от друга по всей его окружности.

Фланец отличается тем, что он имеет ступенчатое поперечное сечение, обладающее отверстиями для шпилек или болтов. Главная функция этих соединительных элементов - создание герметичных и прочных соединений. Следует помнить о том, что фланец – это не отдельный скрепляющий элемент. Его назначение – быть опорой для головок гаек, болтов или заклепок. Он может быть приварным, приварным встык или свободным на приварном кольце

Технические характеристики

Самыми распространенными сегодня типами подобных соединений можно считать стальные и чугунные фланцы. Хотя применяются и соединительные элементы из нержавейки, алюминия, титанового сплава. Конструктивные различия позволяют говорить о плоских фланцах с соединительным выступом; фланцах

с кольцевыми цилиндрическими выступами или впадинами, фланцах без соединительного выступа.

Среди главных технических параметров таких изделий следует сразу назвать

• диаметральную высоту присоединительной кольцевой части,
• число и диаметр отверстий для болтов и шпилек,
• толщину присоединительной кольцевой части изделия.

Изготовление фланцев проводится из металлических листов и поковок, также используются методы обычного или центробежного литья и ковки.

Важные детали

Следует сказать и том, что фланец – это самый распространенный и удобный способ создания разборного соединения. Он устанавливается в тех местах, где нужно сделать прочный стык, который впоследствии может быть демонтирован. Фланец способен соединять между собой не только торцы труб, но и помогать в присоединение всевозможных резервуаров, оборудования, задвижек и вентилей. Сейчас существуют не только плоские фланцы, есть еще и воротниковые модели. В них один фланец как бы «входит» в другой.

Если нужно провести электрическую изоляцию одного участка трубопровода от другого, то также используют фланцы. Речь идет о выходе газо-, нефте- или продуктопровода из земли и дальнейшем его прохождении по поверхности или над ней. Понятно, что здесь речь идет о катодной защите.

Существующая классификация фланцев опирается на стандарты ГОСТ, ANSI (Американский Институт стандартов) и DIN (Немецкий промышленный стандарт). Подбор размера таких изделий проводится в соответствии с видом и назначением конкретного трубопровода. Существует деление фланцев на опорные, накидные и неподвижные; на болтовые или скобовые; с однородным или разнородным присоединением.

При подборе таких соединительных элементов рекомендуется ориентироваться на материал, из которого они изготовлены, их присоединительный размер, размер и исполнение уплотнительных поверхностей, а также на диаметр и просвет сечения фланца. Для систем водоснабжения и канализации, трубопроводов с крупным и средним сечением подойдут чугунные фланцы. Стальные соединительные элементы выбирают для оснащения систем трубопроводов среднего и малого диаметра.

Фланцевое соединение — наиболее распространенный способ стыковки стальных промышленных трубопроводов между собой. Таким образом могут соединяться трубы систем водоснабжения, магистрального отопления, газоснабжения и нефтегазовые трубопроводы.

В данной статье представлены фланцевые соединения. Мы рассмотрим их разновидности и геометрические размеры, а также изучим требования ГОСТ к конструктивному исполнению соединительных элементов.

Cодержание статьи

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 , 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.

В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы фланцевых соединений:

• для стыковки труб и установки , 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 400 0 .
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 +300 0 . 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 +600 0 .
6. Из стали, оборудованные приварным кольцом — давление от 0.1-3 МПа, рабочая температура от -30 до +300 0 .

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.

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. (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 +540 0 .
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 , которая является главной причиной ускоренного износа подземных систем.

Изолирующее фланцевое соединение состоит из 2-ух стягивающихся шпильками фланцев, между которыми расположена 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.

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)

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 90 0 ;
• исполнение №3 — с выступом на 45 0 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 — с внутренней выборкой и выступом на 90 0 ;
• исполнение №5 — с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 — нарезана внутренняя фаска под установку ;
• 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.

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 под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные , 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 не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

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.

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.