Особенности стальных плоских фланцев
Плоскоцилиндрические фланцы – самая простая разновидность фланцевого соединения, включающая диск с проходным отверстием посередине под диаметр трубы и вспомогательные отверстия для болтов по краям.
Особенности
Стальные плоские фланцы не имеют никаких отбортовок по краям, кроме еле заметного перепада между крайней и центральной зонами. Этот элемент используется для соединения валов, сосудов, трубопроводных секций и многого другого. Применяется эта комплектующая для низких и средних диапазонов давления основной среды в сосудах и трубопроводах. Рабочее давление при этом не превышает 25 атмосфер, а рабочая температура – 450 градусов по Цельсию. Фланцы, независимо от их исполнения, не выносят нагревания выше данной температуры. Плоский фланец при монтаже насаживается на трубопровод, внешний диаметр которого соизмерим с внутренним диаметром фланцевой комплектующей. Достоинство плоских фланцев – простота монтажа.
Особенности производства
Они производятся при помощи кольцевых обработок и навариваются к трубе с помощью обычных сварных швов. Сталь, идущая на их выделку, представлена несколькими марками:
09Г2С – морозостойкий сплав, рассчитанный на минус десятки градусов по Цельсию;
13ХФА, 15ХФМ – жаропрочная сталь;
нержавейки 20Х13, 14Х17Н2, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 06ХН28МДТ, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 10Х11Н23Т3МР – для особых условий, созданных в целях применения при агрессивной окружающей среде.
Последний вариант сгодится для 1% неорганических и большинства органических кислот в сильной концентрации, всех солей при комнатной (или чуть выше этого предела) температуре. Оксидная плёнка из хрома, не дающая заржаветь этой стали, появляется практически сразу.
Плоские фланцы производятся согласно нормативам ГОСТ 12820-1980. РУ (расчётное усилие), или давление, нормируется от 1 до 25 атмосфер.
Нержавеющий фланец можно заменить оцинкованным. Благодаря тому что цинк не боится воды, не содержащей примесей, достаточно покрытия в 300 мкм, оно прослужит от 20 лет. Такие фланцы производят из сталей более ординарных, к примеру, ВСт3сп2, ВСт3сп3.
Плоскоцилиндрические фланцы производятся в следующем исполнении:
с соединительной отбортовкой;
с обыкновенной отбортовкой;
с углублением и выступом;
с углублением и выпуклостью под фторопластовую прослойку (на кольце);
Плоские фланцы, сработанные по нормативам стандарта DIN, включают в себя следующие разновидности:
Plate Flanges for welding – сработан по стандарту DIN 2573 Slip-on Plate Flange PN6;
DIN 2576 Slip-on Plate Flange PN10.
Здесь чётко оговорены нормативные значения температурных и барических диапазонов (интервалах значений рабочего и предельно допустимого давления), отклонения от габаритов и маркеры, которыми помечается вся эта продукция. Условное значение давления разграничено по отдельным подклассам, чьи максимальные значения следующие: 150, 300, 400, 600, 900, 1500 и 2500 фунтов на квадратный дюйм.
Чтобы перевести метрическую систему в американскую, килограммы силового воздействия на квадратный сантиметр умножаются на 6, что даст число фунтов на квадратный дюйм.
Размеры и вес
В таблице обозначены размеры и вес плоских приварных фланцев Ду50, Ду100 Ру16, Ду250 Ру25, Ду80, Ду350 Ру6, 50х25, Ду150, Ду32, DN80 и многих других. Обозначение DN указывает на условный диаметр, это, по сути, и есть замена российского «ДУ». Обозначение «РУ» означает буквально «распирающее усилие», что служит отсылкой к предельно допустимому рабочему давлению. Если его превысить, то фланец попросту сорвёт с его места фиксации.
Условный диаметр
Наружный диаметр
Межосевой диаметр
Прижимной диаметр
Диаметр отверстий под крепёж
Внутренний диаметр
Толщина
Масса, кг
Иногда в прайс-листах встречается такое описание технических характеристик, как 500х25 мм. Это и есть толщина и внешний диаметр фланца, что вполне закономерно. Такое обозначение позволяет не вдаваться в малозначимые подробности – таковыми они становятся, когда перед системой поставлена облегчённая цель, например, создание давления не более 0,5 МПа в той же системе отопления или горячего водоснабжения.
Применение
Области применения плоских фланцев – системы водоснабжения и отопления, канализации и газовоздушных сред всевозможного назначения. Плоский фланец, не имеющий просвета, применяется как заглушка в случаях, когда необходимо сохранить возможность быстрого дальнейшего монтажа, к примеру, теплотрассы, не разбирая и не переваривая всю линию в этом месте. Широко используются такие детали, к примеру, в бойлерах, установленных на первом этаже подъезда.
Независимо от того, приварной фланец или нарезной (с резьбой), допускается их использование в водосистемах и воздушных установках, работающих со сжатым воздухом. Использование фланцев с резьбой, даже когда они фиксируются контргайкой на основе нанесения на резьбу специальной пасты или ФУМ ленты, для систем, к примеру, накачивающих метан в баки высокого давления для автомобилей, не допускается.
Дело в том, что в таких системах зачастую создаётся избыточное давление в 160 атмосфер, а такие показатели не присущи для газонагнетательных фланцев – здесь потребуется значительно более высокий запас рабочего давления. Если не соблюсти это требование, то возможна техногенная катастрофа, авария на производстве.
Фланцевые соединения
Фланцевые соединения были изобретены в Германии, поэтому и название происходит от немецкого слова Flansch. Фланец представляет собой крепёжный элемент труб с отверстиями для болтов или шпилек.
В некоторых случаях герметичные трубы требуют присоединения дополнительных элементов, например, насосов, задвижек или контрольно-измерительной аппаратуры. В данном случае применение сварки становится невозможным и применяют для крепления изделий применяют фланцы. Также фланцевые соединения используют для стыковки частей трубопровода. Фланцы являются самыми популярными соединительными элементами в промышленности.
Их популярность обусловлена прочностью, долговечностью, возможностью многократного использования (монтажа и демонтажа)
Рисунок 1. Фланцы
Высокая прочность фланцевых соединений позволяет использовать их на трубопроводах высокого давления. При правильной установке и соблюдении ряда других требований, они обеспечивают хорошую герметичность трубопровода. Диаметр фланца должен соответствовать размерам трубы и не выходить за рамки допустимой погрешности. Поэтому многие производители труб сразу оснащают выпускаемую продукцию крепёжными элементами. Своевременное техническое обслуживание соединительных узлов, в том числе подтяжка болтов позволяет сохранить герметичность труб, фланцы прослужат долгое время. Последнее условие важно при оказании на них механических воздействий, вибрации, нахождении в неблагоприятных климатических условиях и зонах с резкими перепадами температур. Чем больше диаметр трубопровода, тем большей нагрузке подвергаются фланцевые соединения. Для сохранения и поддержания герметичности важна уплотнительная способность прокладок, устанавливаемых между фланцами.
Использование фланцевых соединений для труб малого диаметра экономически нецелесообразно, использование резьбовых соединений дешевле, при этом отвечает всем необходимым техническим требованиям. Фланцевые соединения актуальны для трубопроводов большого диаметра. Они способны перераспределять нагрузки в местах соединения, при специальной обработке они становятся устойчивыми к воздействию агрессивной среды, актуально для химической промышленности, выдерживают высокие температуры и давление.
Фланцы могут иметь прямоугольную, квадратную или круглую форму. Последняя является самой распространенной ввиду простоты исполнения и высокой надёжности. Другие же формы сложны в исполнении и не могут гарантировать сохранения герметичности. Используют их в крайнем случае, когда невозможно использовать круглые.
Типы фланцевых конструкций
Фланцы подразделяются на типы в зависимости от способа их соединения с аппаратами и конструкцией.
Рисунок 2. Типы фланцевых соединений
Наиболее распространенными на территории России являются следующие фланцевые государственные стандарты:
Фланец стальной плоский приватной – ГОСТ 12820-80.
Фланец стальной приварной встык – ГОСТ 12821-80.
Фланец стальной свободный на приварном кольце – ГОСТ 12822-80.
Таблица 1. Варианты исполнения фланцевых соединений.
Фланцы плоские приварные
Используются на стальных трубопроводах и для присоединения аппаратов. Представляют собой плоские кольца, которые приварены к краю обечайки по периметру. Могут быть также с защитным кольцом. Используются при температуре до 300 градусов Цельсия и номинальном давлении от 0.1 до 2.5 Мпа.
Рисунок 3. Плоский приварной фланец
Рисунок 4. Плоский приварной фланец с защитным кольцом
Воротниковые фланцы
Прочность воротниковых фланцев выше по сравнению с плоскими приварными. Поэтому они применяются при номинальном давлении до 20 МПа.
Имеют несколько конструктивных разновидностей. На стальных сварных аппаратах применяются самые распространенные виды: фланцы кованые и приварные встык. Приварные имеют втулку в виде усечённого конуса, увеличивающую прочность конструкции. Существует также разновидность с защитным кольцом. Выдерживают они температуру от -70 до +300°С и номинальное давление от 1.6 до 6.4 МПа.
Рисунок 5. Фланец приварной с шейкой
Фланцы обеспечивают возможность демонтажа без вырезания части трубопровода. Конусовидная втулка снижает напряжение у основания, перераспределяя нагрузку на трубу.
Фланец может быть сварен из двух частей: основания и шейки.
Рисунок 6. Состоящий из двух частей фланец
В химической промышленности используют кислотостойкие накладки на фланцы. При этом сами они сделаны из углеродистой стали.
Рисунок 7. Фланец с кислотостойкими накладками.
1 – кислотостойкая сталь; 2 – углеродистая сталь
Стальные свободные фланцы на приварном кольце
Состоит из двух деталей – самого фланца и кольца, которое приваривается к трубе. Такая конструкция удобна для монтажа. При этом для составных частей используется одинаковая сталь. Выпускаются в нескольких вариациях.
Фланцы на отбортовке используются при давлении до 0.6 МПа. Основная область их применения – аппараты из цветных металлов — меди или алюминия. Используются с целью экономии материалов, например титана.
Рисунок 8. Фланец свободный на отбортовке
Фланцы на бурте
Порой возникает необходимость замены устаревшей металлической трубы на более современный вариант из полипропилена. При стыковке с неметаллическими аппаратами, в том числе из стекла и пластика, применяют фланцы с буртом. Они выдерживают давление до 10 МПа. На неметаллической трубе располагается фланец с отверстиями для болтов и шпилек, после этого герметично соединяется с металлической трубой. Самые популярные диаметры изделий от 40 до 160 мм.
Рисунок 9. Фланец на бурте
Фланцы на резьбе
Применяются на узлах и аппаратах в которых нежелательно применение сварки, а также в тех местах, которые требуют лёгкого демонтажа. Выдерживают высокое давление.
Рисунок 10. Фланец на резьбе
Свободные разборные фланцы
Применяются для скрепления частей из хрупких материалов. Имеют несколько вариантов исполнения. Из двух составных частей фланец изготавливается из чугуна, части стягиваются между собой при помощи болтов.
Рисунок 11. Фланец составной из двух частей
Фланцы с разъемным кольцом более громоздкий, но при этом более экономичный. Монтировать его проще.
Рисунок 12. Фланец с разъемным кольцом. 1 – кольцо из двух половин
Фланцы со стяжными скобами
Скобы устанавливают вплотную, применяют для металлических конструкций, покрытых эмалью. Способствует выдержке температурного режима при обжиге эмали. Применяется при невысоком номинальном давлении, максимальные показатели использования 0.5-0.6 МПа.
Рисунок 13. Фланец со стяжными скобами
Варианты исполнения фланцевых поверхностей
Исполнение поверхностей фланцев регулируется государственным стандартом. Всего существует девять разновидностей. При подборе следует учитывать не только условное давление и проходы, необходимо также принимать во внимание уплотнительные исполнения.
Для свободных фланцев различное исполнение допускается только для приварного кольца.
Рисунок 14. Поверхности фланцев
– 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.
При стыковке фланцев с выступом и впадиной, номинальное давление может быть до 1.6 МПа. Фланцы с шип-пазом выдерживают до 6.4 МПа. Они применяются на трубопроводах с агрессивными средами, взрывоопасными и ядовитыми. Фланцы с соединительным выступом применяют при условном давлении до 6.3 МПа.
В зависимости от вариантов исполнения, фланцы стыкуются следующим образом.
15. Схема стыковки фланцев
Прокладки фланцевых соединений
Сохранение герметичности соединения частей трубопровода и его надёжность зависит от выбранного прокладочного материала между фланцами. Прокладки могут быть трёх видов: неметаллические, полуметаллические и металлические.
Между фланцевыми соединениями, как бы крепко они не были притянуты друг к другу, существуют пустоты. Прокладки под действием давления заполняют собой все свободное пространство между деталями, не оставляя зазоров. Тем самым достигается герметичное соединение.
Уплотнения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Могут использоваться различные материалы: резина, гофра с мягким наполнителем, Герметизация фланцевых соединений может достигаться при использовании металлических прокладок.
Для фланцев с выступами и впадинами, шипами и пазами существует самый широкий выбор прокладок. Они могут быть металлическими, эластичными, из графита, металлографита. Широкое применение находят спирально-навитые прокладки.
Для трубопроводов с ядовитыми и взрывоопасными веществами при исполнении фланцевого соединения с выступами рекомендуется использовать волновые прокладки с ограничительными кольцами, выполненные из эластичного материала с упругим уплотнением. Фланцы, Представленные на рисунке 14 под номерами 6 и 7 используются совместно с линзовыми прокладками. Они могут иметь как овальное, так и восьмиугольное сечение. Фланцы, представленные на рисунке под номерами 8 и 9, предполагают использование фторопластовых прокладок.
При сборке стоит обращать внимание на центрирование прокладки. Необходимо исключить возможность её выдавливания. Размеры прокладки должны соответствовать фланцевым исполнениям. Например, паз и шип у фланцев образуют прочное соединение, прокладка плотно установлена между ними, что обеспечивает прочность стыковки.
Условный проход, его обозначения
Условный проход обозначается Ду, величиной измерения являются миллиметры (мм). Все чаще можно встретить обозначение DN, Ду считается устаревшим, но все также применим.
Основной проход является наиболее значимым параметром, от которого зависит геометрия фланца. При определении основного прохода остальные величины назначаются автоматически. Данный параметр не является тем же самым, что и внешний диаметр трубы. Он означает внутренний диаметр соединения, через который проходит ток среды. Проектируются они таким образом, чтобы обеспечить необходимую пропускную способность трубопровода. При этом пропускающая способность при переходе от одного соединения к последующему должна возрастать на 60-100%.
Величины условных проходов регулируются ГОСТом 28338-89.
Наружные диаметры трубы могут отличаться, при том условный проход будет иметь одинаковое значение. При заказе фланцевого соединения необходимо использовать буквенное обозначение соответствующего диаметра трубы. Если в спецификации не указано буквенное обозначение трубы, то учитываются следующие значения.
Таблица 2. Соответствие условного прохода Ду 100,125 и 150 наружному диаметру трубы.
Трубы, имеющие наружный диаметр 159 мм при толщине стенки 5 мм имеют фактически внутренний диаметр 149 мм. Если толщина стенки составляет 8 мм, то внутренний диаметр лишь 143 мм. При этом в обоих вариантах за условный проход принимают величину 150 мм.
При использовании фланцев с диаметром условного прохода свыше 200 мм, допускается их расточка по внешнему диаметру трубы. Также допускается отклонение от правильной формы круга. Но в таком случае затрудняется стыковка элементов.
Давление
Важным параметром при установке фланцевых соединений является условное давление, которое может выдержать узел. На предельные показатели влияют материалы, из которых изготовлены фланцы, геометрические параметры, а также исполнение поверхности соединительного элемента. Данный параметр при проектировании обозначается Ру. Является важным параметром ответственности при проектировании и безопасности трубопровода.
Рабочее давление выражается в нескольких значениях, чаще всего это повышенная масса фланца и точность соединения (меньшие допуски на сопряжения), обязательное использование уплотнительных прокладок.
Показатель давления измеряется в кгс/см2. Также может обозначаться следующими единицами измерения МПа, Па, бар, атм.
В зависимости от типа фланцев, соединения могут выдерживать давление от 25 до 200 кгс/см2.
Материал, из которого изготовлены соединения имеют большое влияние на показатели выдерживаемого давления. Самым распространенным материалом для изготовления фланцев является сталь.
Сталь 20 используется для соединения частей трубопроводов пара и воды. Согласно ГОСТу, обозначается ст.20. Используется при температуре внешней среды от -40 до температуры внутреннего воздействия +475
Сталь марки 09Г2С распространена не меньше, поскольку низколегированная сталь рекомендована к использованию для сварных конструкций. Ее преимущество основано на возможности эксплуатации при температуре внешней среды до -70 градусов Цельсия. Позволяет функционировать трубопроводам нефти и газа в суровых климатических условиях. Верхний предел внутренней рабочей температуры +475 градусов Цельсия.
Криогенными свойствами обладает сталь марки 12Х18Н10Т. Фланцы из нее используют при воздействии на узлы агрегатов агрессивных сред: кислот (уксусной, фосфорной, азотной), щелочей, солей. Рабочие температуры должны соответствовать диапазону от -196 до +350 градусов Цельсия.
Устойчива к коррозии сталь марки 10Х17Н13М2Т. Используются она для фиксации частей труб, проводящих агрессивные среды. Устойчива к воздействию химических веществ, коррозии под напряжением. Диапазон температур, при которых возможно применение от -196 до +600°С. Благодаря устойчивости к разрушению имеет длительный срок службы.
Низколегированная сталь марки 15Х5М обладает повышенной жаропрочностью. Фланцы из нее не окисляются, выдерживают температуру до +650 градусов Цельсия.
Этот список марок сталей, применяемых для изготовления фланцев не является исчерпывающим. Кроме того, для их производства используется сталь марок 13ХФА, 10Г2ФБЮ, 08Х18Н10Т, 17Г1С, 10Г2С, 30ХМА, 40Х и другие.
Крепеж для фланцев
Термин «крепеж» используется для обозначения приспособлений, позволяющих укрепить конструкцию, сделать её более сложной. Качество и крепость конструкции зависит во многом от качества крепежных элементов. Вес конструкции, ее размеры, показатели желаемой прочности обуславливают выбор материалов, из которых изготовлены крепежи. К крепежным элементам относят шайбы, болты, шпильки, винты, шурупы, болты, заклёпки и многое другое. Они могут быть изготовлены из стали, алюминия или нержавеющей стали.
Весь крепеж принято делить на две большие группы: общепромышленный и специального назначения.
Общепромышленный не обладает специальными характеристиками и применяется как в быту, так и во всех сферах производства и строительства.
Крепеж специального назначения применяется в узких отраслях: авиастроении, железнодорожных магистралях, автомобилестроении и так далее.
Рисунок 16. Фланец с крепежом
Для него свойственно наличие специальных характеристик, обусловленных четкой направленностью на конкретную область применения и узким функционалом.
Шпилька, гайка, болт и шайба используются для фланцевых соединений.
Болт – элемент крепежа, представляющий собой металлический стержень с нанесенной на него наружной резьбой. С обратной стороны имеет шестигранную (реже восьмигранную) головку под гаечный ключ. Чаще всего соединение образуется при помощи гайки.
Рисунок 17. Болт
Гайка – элемент крепежа, образующий соединение с болтом или шпилькой. Внутри отверстия имеет резьбу. Гайки бывают круглыми и многогранными. Также по индивидуальному заказу изготавливают нестандартные гайки, имеющих специфическую резьбу или дополнительные насечки. Для ее фиксации на резьбе болта используют гаечный ключ. Также гайки могут крепиться на ось, для исключения осевого перемещения деталей, сидящих на оси.
Рисунок 18. Гайка
Шайба – деталь, которую помещают либо под гайку, либо под головку винта. Задача элемента увеличить площадь опоры в тех случаях, когда материал, в который вкручен болт подвержен деформации, либо недостаточно жёсткий. Также применяют шайбы при несоответствии диаметра отверстия размеру болта либо в случаях, когда отверстие имеет неправильную форму.
Помимо стандартных типовых шайб существуют также специального назначения. Они применяются в узкоспециализированных отраслях, например, машиностроении. Функции шайб могут быть не только крепёжными. Расстояние между объектами, расположенными на одном валу измеряется при помощи дистанционной шайбы.
Чтобы избежать перекоса головки винта при затягивании его используют косую или сферическую шайбу. Для сокращения временных затрат на снятие детали и установки на ее место новой применяют быстросъемную шайбу. Для достижения герметичности соединения под головку винта помещают мягкую уплотнительную шайбу. Уменьшает риск самоотвинчивания болтов пружинная шайба за счёт силы упругости. Стопорная шайба исключает поворот болта или гайки относительно вала, благодаря своей конструкции. Она имеет отгибающиеся части. Функция концевых шайб – препятствие перемещению закреплённых на валу элементов вдоль него.
Рисунок 19. Шайба
Шпилька – это общее название крепежных элементов, отличительными особенностями которых являются отсутствие оголовка и наличие резьбы. По своей сути это металлический прут. Резьба может быть нанесена как на всю длину, так и на отдельных частях. Функцией шпильки является скрепление деталей конструкции. Ее можно как вкручивать в имеющееся на детали отверстие с резьбой, так и стягивать составные части аппарата при помощи накручивания гаек на шпильку. Сферы применения шпилек не ограничиваются строительством. Также они применяются в машиностроении, для установки станков. Шпильки применяют при монтаже воздуховодов и трубопроводов. Используются в этих конструкциях фланцевые соединения. Требования к крепежу, используемому во фланцевых соединениях регулируются ГОСТом 20700-75.
>Рисунок 20. Шпилька
Основные параметры фланцевого крепежа
Рабочее давление – это то давление, с которым протекает жидкость или газ по трубопроводу. Также под этим термином подразумевается наибольший показатель избыточного давления, при котором возможна длительная работа трубопровода, арматуры и соединительных узлов при рабочей температуре среды. Чем выше рабочее давление, тем прочнее крепеж должен использоваться при постройке трубопровода. Прочность крепежа определяют характеристики материала, из которого он сделан, правильная термическая обработка. Необходимо сопоставлять параметры рабочей среды и технические характеристики материала. Так сталь 35 рассчитана на применение при рабочем давлении до 100 кгс/см² и температуре от -40 до +400 градусов Цельсия. Соответственно при увеличении рабочего давления до 200 кгс/см² следует выбирать другую марку стали для изготовления крепежных элементов, например, 20Х13.
Рабочая температура. Является одним из важнейших параметров при выборе крепежных материалов. Рабочей называется температура, которую имеют вещества, транспортируемые по трубопроводу. При выборе марки стали учитывается также температура внешней среды. Каждый материал имеет собственный диапазон рабочих температур при которых гарантируется надёжность крепления при его долгосрочной эксплуатации.
Если два трубопровода имеют одинаковое номинальное давление, но один из них планируется эксплуатировать при температуре окружающей среды до -30 градусов Цельсия, то для фланцевых соединений используется шпилька из стали 35. Если трубопровод используется в суровых климатических условиях при температуре окружающей среды до -70 градусов Цельсия, необходимо использовать для соединений крепежи, выполненные из хладоустойчивой, стали 09Г2С или 10Г2.
Рабочая среда. В соответствии с температурными и физико-химическими показателями рабочей среды должен быть выбран фланцевый крепеж. Материал, из которого он сделан должен соответствовать требованиям в зависимости от свойств рабочей среды, например, антикоррозийность, устойчивость к воздействию высоких температур, агрессивной среды. Для агрессивных сред выбирают крепеж, сделанный из стали марок 20X13, 14X17Н2, 12Х18Н9Т.
Диаметр резьбы. Крепёжные элементы могут иметь как внутреннюю резьбу, например, гайки, так и наружную, к таким относят болты, шпильки и прочие. Резьба имеет шаг, который может изменяться в метрической или дюймовой системе. Зависит от нормативных документов, на которые ссылается конкретный проект. Первый шаг резьбы измеряется в миллиметрах, для второго единицей измерения являются дюймы. Дюймы указываются в целых и дробных числах, шаг составляет ¼ дюйма.
Шаг резьбы.Так называется расстояние между ближайшими вершинами ниток резьбы, лежащими параллельно одной оси. Существуют две основные группы крепежа: с крупным и с мелким шагом. Выбор зависит от конкретной спецификации, если в ней не указано много, то основным считается крупный шаг резьбы.
Например, болт М6х20 означает крепеж с мелким шагом резьбы 20 мм, номинальным диаметром 6 мм.
Размер «под ключ». В технической литературе обозначается символом S, фактически размер «под ключ» представляет собой расстояние между двумя параллельными гранями шестиугольного либо восьмиугольного болта. Каждому стандартному диаметру резьбы соответствует размер рабочего профиля крепежа. Зная его можно определить подходящий ключ.
Длина болта. При обозначении числового выражения длины болта в расчет берется только длина самого стержня, без учёта головки. Например, для болта М6×50 длина его составляет 50 мм. При этом общая габаритная длина болта будет больше на высоту головки, которая составляет 4 мм, то есть 54 мм.
Длина шпильки. Как правило, длина шпильки, указываемая в спецификации, означает общую габаритную длину, если иное не предусмотрено другими документами. Например, ГОСТ 22032-76 регламентирующий применение шпилек с ввинчивающимся концом предполагает указание длины шпильки без учёта ввинчивающегося конца.
Длина резьбового конца. Та часть шпильки или болта с резьбой, на который предполагается навинчивания гайки.
Покрытие. В случае применения крепежа на магистралях и узлах, на которые предполагается действие агрессивных сред, болты и шпильки покрывают защитным слоем из цинка, никеля или хрома.
Подбор фланцевого крепежа
Документы, регламентирующие подбор фланцевого крепежа:
- ОСТ 26-2041-96;
- ОСТ 26-2039-96;
- ОСТ 26-2040-96;
- ОСТ 26-2038-96;
- ОСТ 26-2037-96;
- ОСТ 26-2043-91;
- ГОСТ 20700-75;
- ГОСТ 12816-80;
- ГОСТ 9064-75;
- ПБ 10-115-96;
- ПБ-03-75-94 и другие.
Нормативные документы регулируют выбор крепежа в зависимости от условий его использования и назначения.
Для выбора крепежа необходимо учитывать параметры конкретного фланцевого соединения. Необходимо учитывать рабочее давление, рабочую среду, рабочую температуру и внешнюю среду при выборе крепежа. Также на выбор крепежа влияет марка стали из которой изготовлен фланец.
Существует несколько самых распространенных марок стали из которых изготавливаются фланцы. Соответственно каждой марке даются рекомендации по их комплектации крепежными элементами.
- При рабочем давлении не превышающим 25 кгс/см2 допускается использование в качестве крепежа для фланцевых соединений как болтов, так и шпилек. При рабочем давлении свыше данного показателя, применение болтов запрещено. Это регламентировано ГОСТ 12816-80.
- Для изготовления крепежных элементов допускается большой выбор материалов. Какой бы ни использовался, существует для всех общее правило. При использовании одинакового материала в крепёжной паре болт (шпилька) – гайка, жесткость гайки должна быть на 20 единиц меньше чем у болта. Если причиной повреждения болта станет избыточное давление в системе, гайка останется целой, поврежден будет болт. Это упростит поиск повреждения. При использовании шпилек с накатанной на них резьбой, допускается использование материала для гайки той же жёсткости.
Расчеты фланцевых соединений и крепежа
Определение размеров фланца
Первым шагом является определение конструктивных особенностей фланца далее осуществляется выбор прокладки. После этого начинается процесс прорисовки эскиза и определение размеров.
Для штуцеров фланцы являются стандартными, их выбор регламентирован ГОСТами.
Под аппаратами подразумеваются ёмкости в которых проходят технологические процессы. Они имеют обечайки в форме цилиндра, дно и крышку. Для них возможно использование как стандартных фланцев с размерами, регламентированными нормативными документами, так и фланцев с нестандартными размерами.
Расчет фланцевого соединения на прочность
При выполнении расчетов стоит учитывать определенные характеристики фланцевых соединений. Они должны быть прочными, герметичными и жёсткими. Фланцевые соединения штуцеров можно не рассчитывать на прочность по причине их стандартизированности. Для каждого вида прописан стандартный наружный диаметр патрубка, его толщина и высота штуцера. Расчеты для фланцевых соединений как стандартных, так и нестандартных являются обязательными.
Фланцевые соединения
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.
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
По конструкции и способу соединения c корпусом аппарата различают следующие основные типы фланцев:
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.
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.
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.
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.
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.
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:
рабочая среда (газ, вода, пар, нефть и т. д.)
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.
Источник https://stroy-podskazka.ru/flanec/stalnye-ploskie/
Источник https://chelaz.ru/pokupatelyam/informatsionnyy-razdel/flantsevye_soedineniya.php
Источник https://predklapan.ru/blog/flantsevye-soedineniya
