Особенности стальных приварных фланцев

 

Содержание

Особенности стальных приварных фланцев

osobennosti stalnyh privarnyh flancev

Соединение при помощи фланцев применяется преимущественно на магистральных трубопроводах, к примеру, для горячего водоснабжения и отопления, где небезопасно использование сварных швов на трубах «встык» или резьбовых муфт. Муфты значительных диаметров – от 30 см – не выпускаются, да и завинтить в них трубы – проблема.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 1

Общее описание

Фланцевое соединение по сравнению со сварным имеет существенное отличие – сохранение разъёмности и возможности продолжения трубы без необходимости пилить исходный трубопровод на конце или там, где планируется организовать равнозначный отвод либо пересечение. Исполнение фланцевого соединения – сварка фланцев с трубами и последующий монтаж секций с применением резиновых прокладок и болтов (или шпилек) с гайками и пресс-шайбами.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 2

osobennosti stalnyh privarnyh flancev

Стальные приварные фланцы – самое простое решение. Они выполняются как из обычной углеродистой стали 09Г2С, так и из нержавейки марки 12Х18Н10Т (для стойкого нержавеющего эффекта нужно не менее 14% хрома по массе). Марка стали 20 (Ст20) относится к малоуглеродистым, равно как и, к примеру, состав ВСт3Сп3 (на основе низкоуглеродистого сплава Ст3). Конструкция с применением фланца легко сменяема и ремонтируема, основными «симптомами» повреждения соединения считаются рассыхание резиновой прокладки и пропускание, к примеру, горячей воды, что служит сигналом к замене уплотнителя. Нержавеющий фланец устанавливается на магистрали, где частые протечки воды из-за прохудившегося уплотнителя вызвали бы существенное ржавление элемента – и нарушение его геометрии, поэтому такие фланцы часто делают врезными, а не приварными (накидными, с резьбой). По типу исполнения различают свободные, стыковые и другие разновидности фланцевых элементов – и те и другие используются с равным успехом.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 3

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 4

Более дешёвый вариант – оцинкованные или хромированные фланцы: затраты на нержавейку при этом заменяются небольшими затратами на оцинковку с покрытием толщиной до 0,3 мм.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 5

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 6

Помимо круглых фланцев, используются фланцевые соединения в виде шестигранника, квадрата или даже треугольника. Но оптимальными по затратам на сталь являются правильные многоугольники и круг. Тип соединения – встык, внахлестку, с соединительным выступом.

Свободные фланцы выпускают в нескольких вариантах: с соединительным выступом, со впадиной, с шипом и с пазом (в том числе два последних варианта – под резиновую или фторопластовую прокладку). Наиболее удачным вариантом является соединение под разные типы прокладок.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 7

По виду использования различают следующие разновидности комплектующих.

Фланцы для арматуры, соединительных деталей и для подключения труб. Давление – до 200 атмосфер, выпускаются на основании ГОСТ 12815-1980.

Для сосудов и аппаратов – выпускаются согласно ГОСТ 28759.1 (2,3,4) 1990. По первому пункту статьи данного госстандарта эти изделия применяют для стыковки трубопроводов с патрубками, вторые – для соединения устройств с этими же трубопроводами. Они могут быть отлиты из серого, ковкого чугуна, либо из обычных сталей.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 8

Глухие стальные фланцы, устанавливаемые в качестве заглушек, отливаются в основном из стали. Все изделия рассчитаны на температуру эксплуатации -15… 300 градусов. Рабочее давление может достигать 20 атмосфер.

Приварные воротниковые, устанавливаемые встык, нормируются по ГОСТ 12821-1980. Выдерживают работу с давлением до 200 атмосфер, температуру в -253… 600 градусов.

Стальные свободные на приваривающемся кольце, нормируются согласно ГОСТ 12822-1980, рассчитаны на давление до 25 атмосфер и температуру -30… 300 градусов.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 9

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 10

Стальные плоские приваривающиеся, учитываются по нормам ГОСТ 28759.2-1990. Рассчитаны на трубы и сосуды с диаметром от 4 дм до 4 м. Рабочее давление – до 16 атмосфер, температура использования составляет -70… 300 градусов, предназначены для работы в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Этот подвид предназначен для нефтехимического производства, включая перегонку нефтепродуктов.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 11

Размеры и вес

Наиболее часто встречающиеся для применения в газовых и бойлерных системах типоразмеры – Ду100, Ду50, Ду80, Ду150 Ру16, Ду65, Ду250, Ду40, а также размеры на 500, 32, 200, 159 мм. Маркировка «ДУ», или условный диаметр, означает их внутреннее сечение (по просвету), при этом внешний диаметр подходящей трубы (например, не приварной, а завинчивающейся) равен ему. Вороткообразные фланцы, в которых размер воротка может быть заметно больше размера трубы, укрепляются при помощи контргаек, не позволяющих фланцевым сборкам проворачиваться на обоих отрезках трубы.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 12

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 13

Вес фланца в зависимости от толщины «блина», из которого он изготовлен, и диаметра подходящей (приварной, резьбовой) трубы, колеблется от 1-3 до нескольких сотен килограммов.

Система учёта номинала изделий такова, что в расчёт берётся не только ДУ (условный диаметр), но и РУ (распирающая условная сила, то есть рабочее давление). Логика проста: чем больше рабочее давление, тем толще труба и, соответственно, надёжнее должен оказаться фланец. Механически, чтобы он выдержал это давление и не разошёлся, «блин», из которого его выточили и высверлили (по краям – не менее трёх отверстий под болты или шпильки на одну такую фланцевую единицу) на токарно-фрезерном конвейере, должен быть как минимум не тоньше, чем толщина стенок трубы. В норме – втрое толще, так как берётся тройной запас прочности стыков. Нетрудно на практике обосновать, к примеру, вес фланца ДУ-80, рассчитанным на давление РУ-1… РН-2,5 (1… 2,5 атмосферы) – равен он 2,43 кг. Для давления до 200 атмосфер вес фланца возрастает нелинейно, но по допустимым нормам: этот же ДУ-80 весит уже 27,55 кг: используется более чем в 20 раз большая массивность и значительная толщина.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 14

Советы по выбору

Для трубопроводов с высоким давлением выбирают воротковый фланец. Он выдерживает значительные перепады давления, до 200 атмосфер, не реагирует и на вакуумное воздействие. Он незаметно переходит в основную трубу, отличается сроком службы до 100 лет, даже когда его согнули и разогнули несколько раз.

Накидной выбирают также для сварных соединений, расположенных снаружи и изнутри фланца. Разница с предыдущим в том, что он уступает ему по продолжительности срока службы – меняют его до 10 раз чаще.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 1

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 15

Раструбный выбирают для труб высокого давления и незначительного диаметра. Шов выполняют так, чтобы угол схождения труб не менялся. Прочность – как у накидных изделий, а срок использования стыка вырастает в несколько раз.

Свободные детали выбирают для ПНД-труб. Внутренний просвет фланца растачивают на заводском станке до размера прокладки из полиэтилена.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 16

Резьбовой фланец применяют в условиях, где сварка запрещена по соображениям безопасности. Под него на трубе нарезается резьба – усиление соединения производится при помощи контргайки снаружи, как в случае со сгонами, пригнанными к батарее.

Глухой – элемент, ставящийся как заглушка. Особенность – продолжение монтажа трубопроводов, протяжённость которых временно ограничена.

Позволяет не пересобирать стык заново, когда появились предпосылки к продолжению для, скажем, теплотрассы в связи со строительством новых объектов поблизости.

osobennosti stalnyh privarnyh flancev 17

Применение

Несмотря на периодическую по протяжённости линии стыковку труб, агрегаты и устройства, работающие на этой же линии, стыкуются с применением этих же фланцев. К примеру, используются фланцевые стыки для маслоохладителей. В данном варианте часто используют два комплекта (две пары) фланцев, включая стыковые и ответные. Ответные фланцы применяются для стыковки аппарата, к примеру, с нефтяной или газопроводной магистралью, когда асам агрегат выполняет очистку и перегонку сырьевого (исходного) топлива.

Преимущество фланцевого соединения – возможность отсоединить и разобрать агрегат в целях планового техобслуживания, включая замену запчастей, отчего стык не переваривался бы заново.

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)

content 46 varianty formy nerzhaveyuschih flantsev

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.

Читайте также  Проектирование нефтепроводов

1

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.

2

Рисунок 3. Плоский приварной фланец

3

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.

4

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.

5

Рисунок 6. Состоящий из двух частей фланец

В химической промышленности используют кислотостойкие накладки на фланцы. При этом сами они сделаны из углеродистой стали.

6

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.

7

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.

8

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.

9

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.

10

Рисунок 11. Фланец составной из двух частей

Фланцы с разъемным кольцом более громоздкий, но при этом более экономичный. Монтировать его проще.

11

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.

12

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.

13

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.

Читайте также  Тема 2.6. Монтаж запорной арматуры, фасонных частей и захлёстов

15

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.

16

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.

17

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.

18

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.

19

>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.

  1. 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.
  2. 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.

Фланцы стальные. Вес. ГОСТ. Таблица размеров фланцев стальных.

flancy-stalnye-gost-tablica-razmerov-flancev-stalnyx

Фланцы предназначены для соединения систем трубопроводов между собой, а также для присоединения их к разному оборудованию (насосам, задвижкам, клапанам), емкостям и аппаратам. Соединение фланцев друг с другом производится с помощью шпилек, болтов, гаек шайб. Для лучшей герметичности используют уплотнительный материал (прокладки). Они могут быть паронитовые и резиновые. Их устанавливаю на выступающую поверхность фланцев, называемую зеркалом.

Зеркалом называется поверхность сопряжения между фланцами. Она должна быть без видимых нарушений, иначе такое соединение не будет герметичным. Примечание: Необходимо бережно относится к зеркалу фланца.

Фланцы различают по номинальному давлению Р, МПа (от 0,1 МПа и выше). В зависимости от номинального давления фланцев, меняется их размеры и вес. Чем выше давление, тем больше толщина фланца и соответственно вес. Все размеры и вес фланцев по ГОСТ 12820-80 приведены в таблицах ниже.

Фланцы изготавливаются согласно нормативных документов и стандартизируются ГОСТами:

ГОСТ 12820-80 – по этому ГОСТу изготавливаются плоские фланцы;

ГОСТ 12821-80 – воротниковые фланцы приварные встык:

ГОСТ 12822-80 – свободные фланцы на приварном кольце.

При изготовлении используют: черные сорта стали, нержавеющие, чугун, алюминий, бронзу. Нержавеющие и алюминиевые фланцевые соединения используют в более агрессивных системах трубопровода, из-за большего срока службы, благодаря их антикоррозийным свойствам.

Читайте также  Запорно-дренажный вентиль

Одним из основных плюсов фланцевых соединений является быстрая замена отдельных участков трубопроводов.

tablica-razmerov-flancev-ploskix-privarnyx-po-gost-12820-80-0-1-0-25-mpa

Рис.1. Основные обозначения фланцев плоских приварных.

D – наружный диаметр фланца;
D1 – межосевое расстояние крепежных отверстий;
D2 — диаметр прижимной поверхности (зеркала);
dв — внутренний диаметр фланца;
b — толщина фланца;
h — высота зеркала;
dn –диаметр отверстий под шпильки и болты.

Таблицы размеров и веса фланцев по ГОСТ 12820-80 и 12821-80:

Фланцы стальные. Вес. ГОСТ. Таблица размеров фланцев стальных.

Таблица размеров фланцев плоских приварных по ГОСТ 12820-80 (МПа 0,1-0,25)

Dy D D1 D2 dн dв b Вес, кг
10 75 50 35 14 15 8 0,25
15 80 55 40 18 19 0,29
20 90 65 50 20 26 10 0,45
25 100 75 60 32 33 0,55
32 120 90 70 38 39 0,79
40 130 100 80 45 46 0,95
50 140 110 90 57 59 1,04
65 160 130 110 76 78 11 1,39
80 185 150 128 89 91 1,84
100 205 170 148 108 (А) 110 2,14
114 (Б) 116 2,05
125 235 200 178 133 (А) 135 13 2,60
140 (Б) 142 2,47
150 260 225 202 152 (А) 154 3,61
159 (Б) 161 3,43
168 (В) 170 3,20
175 290 255 232 194 196 3,77
200 315 280 258 219 222 15 4,73
225 340 305 282 245 245 17 5,93
250 370 335 312 273 273 18 6,95
300 435 395 365 325 325 9,33
350 485 445 415 377 377 10,45
400 535 495 465 426 426 11,64
450 590 550 520 480 480 20 14,56
500 640 600 570 530 530 16,01
600 755 705 670 630 630 21,35
700 860 810 775 720 720 21 29,15
800 975 920 880 820 820 36,63
900 1075 1020 980 920 920 23 44,20
1000 1175 1120 1080 1020 1020 25 52,58

Таблица размеров фланцев плоских приварных по ГОСТ 12820-80 (0.6 МПа)

Dy D D1 D2 dн dв b Вес, кг
10 75 50 35 14 15 10 0,31
15 80 55 40 18 19 0,33
20 90 65 50 25 26 12 0,53
25 100 75 60 32 33 0,64
32 120 90 70 38 39 13 1,01
40 130 100 80 45 46 1,21
50 140 110 90 57 59 1,33
65 160 130 110 76 78 1,63
80 185 150 128 89 91 15 2,44
100 205 170 148 108 (А) 110 2,85
114 (Б) 116 2,73
125 235 200 178 133 (А) 135 17 3,88
140 (Б) 142 3,68
150 260 225 202 152 (А) 154 4,63
159 (Б) 161 4,39
168 (В) 170 4,09
175 290 255 232 194 196 19 5,36
200 315 280 258 219 222 5,89
225 340 305 282 245 245 6,60
250 370 335 312 273 273 20 7,67
300 435 395 365 325 325 10,28
350 485 445 415 377 377 22 12,58
400 535 495 465 426 426 24 15,20
450 590 550 520 480 480 17,25
500 640 600 570 530 530 25 19,72
600 755 705 670 630 630 26,24
700 860 810 775 720 720 27 36,68
800 975 920 880 820 820 46,14
900 1075 1020 980 920 920 29 55,10
1000 1175 1120 1080 1020 1020 31 64,36

Таблица размеров фланцев плоских приварных по ГОСТ 12820-80 (1 МПа)

Dy D D1 D2 dн dв b Вес, кг
10 90 60 42 14 15 10 0,46
15 95 65 47 18 19 0,51
20 105 75 58 25 26 12 0,74
25 115 85 68 32 33 0,89
32 135 100 78 38 39 14 1,40
40 145 110 88 45 46 15 1,71
50 160 125 102 57 59 2,06
65 180 145 122 76 78 17 2,80
80 195 160 133 89 91 3,19
100 215 180 158 108 (А) 110 19 3,96
114 (Б) 116 3,81
125 245 210 184 133 (А) 135 21 5,40
140 (Б) 142 5,15
150 280 240 212 152 (А) 154 6,92
159 (Б) 161 6,62
168 (В) 170 6,24
175 310 270 242 194 196 7,32
200 335 295 268 219 222 8,05
225 365 325 295 245 245 9,30
250 390 350 320 273 273 23 10,65
300 440 400 370 325 325 24 12.9
350 500 460 430 377 377 15,85
400 565 515 482 426 426 26 21,56
450 615 565 532 480 480 22,76
500 670 620 585 530 530 28 22,70
600 780 725 685 630 630 31 39,40
700 895 840 800 720 720 34 59,46
800 1010 950 905 820 820 37 79,16
900 1110 1050 1005 920 920 40 94,13
1000 1220 1160 1110 1020 1020 43 118,43

Таблица размеров фланцев плоских приварных по ГОСТ 12820-80 (1.6 МПа)

Dy D D1 D2 dн dв b Вес, кг
10 90 60 42 14 15 12 0,54
15 95 65 47 18 19 0,61
20 105 75 58 25 26 14 0,86
25 115 85 68 32 33 16 1,17
32 135 100 78 38 39 1,58
40 145 110 88 45 46 17 1,96
50 160 125 102 57 59 19 2,58
65 180 145 122 76 78 21 3,42
80 195 160 133 89 91 3,71
100 215 180 158 108 (А) 110 23 4,73
114 (Б) 116 4,55
125 245 210 184 133 (А) 135 25 6,38
140 (Б) 142 6,08
150 280 240 212 152 (А) 154 8,16
159 (Б) 161 7,81
168 (В) 170 7,36
175 310 270 242 194 196 8,64
200 335 295 268 219 222 27 10,10
225 365 325 295 245 245 11,70
250 405 355 320 273 273 28 14,49
300 460 410 370 325 325 17,78
350 520 470 430 377 377 30 22,88
400 580 525 482 426 426 34 31,00
450 640 585 532 480 480 38 39,64
500 710 650 585 530 530 44 57,01
600 840 770 685 630 630 45 80,03
700 910 840 800 720 720 47 84,21
800 1020 950 905 820 820 49 104,41
900 1120 1050 1005 920 920 54 128,60
1000 1255 1170 1110 1020 1020 58 179,37

Таблица размеров фланцев плоских приварных по ГОСТ 12820-80 (2.5 МПа)

Dy D D1 D2 dн dв b Вес, кг
10 90 60 42 14 15 12 0,54
15 95 65 47 18 19 0,61
20 105 75 58 25 26 14 0,86
25 115 85 68 32 33 16 1,17
32 135 100 78 38 39 1,58
40 145 110 88 45 46 17 1,96
50 160 125 102 57 59 19 2,58
65 180 145 122 76 78 21 3,42
80 195 160 133 89 91 3,71
100 215 180 158 108 (А) 110 23 4,73
114 (Б) 116 4,55
125 245 210 184 133 (А) 135 25 6,38
140 (Б) 142 6,08
150 280 240 212 152 (А) 154 8,16
159 (Б) 161 7,81
168 (В) 170 7,36
175 310 270 242 194 196 8,64
200 335 295 268 219 222 27 10,10
225 365 325 295 245 245 11,70
250 405 355 320 273 273 28 14,49
300 460 410 370 325 325 17,78
350 520 470 430 377 377 30 22,88
400 580 525 482 426 426 34 31,00
450 640 585 532 480 480 38 39,64
500 710 650 585 530 530 44 57,01
600 840 770 685 630 630 45 80,03
700 910 840 800 720 720 47 84,21
800 1020 950 905 820 820 49 104,41
900 1120 1050 1005 920 920 54 128,60
1000 1255 1170 1110 1020 1020 58 179,37

Таблица размеров воротниковых фланцев приварных встык по ГОСТ 12821-80 (4 МПа)

Dy D D1 D2
10 90 60 42
15 95 65 47
20 105 75 58
25 115 85 68
32 135 100 78
40 145 110 88
50 160 125 102
65 180 145 122
80 195 160 133
100 230 190 158
125 270 220 184
150 300 250 212
175 350 295 242
200 375 320 285
225 415 355 315
250 445 385 345
300 510 450 410
350 570 510 465
400 655 585 535
450 680 610 560
500 755 670 615
600 890 795 735
700 995 900 810
800 1135 1030 960
900 1250 1140 1070
1000 1360 1250 1180

Таблица размеров воротниковых фланцев приварных встык по ГОСТ 12821-80 (6,3 МПа)

Dy D D1 D2
10 100 70 42
15 105 75 47
20 125 90 58
25 135 100 68
32 150 110 78
40 165 125 88
50 175 135 102
65 200 160 122
80 210 170 133
100 250 200 158
125 295 240 184
150 340 280 212
175 370 310 212
200 405 345 285
225 430 370 315
250 470 400 345
300 530 460 410
350 595 525 465
400 670 585 535
500 800 705 615
600 925 820 735
700 1045 935 840
800 1165 1050 960
900 1285 1170 1070
1000 1415 1290 1180

Таблица размеров воротниковых фланцев приварных встык по ГОСТ 12821-80 (10 МПа)

Dy D D1 D2
10 100 70 42
15 105 75 47
20 125 90 58
25 135 100 68
32 150 110 78
40 165 125 88
50 195 145 102
65 220 170 122
80 230 180 133
100 265 210 158
125 310 250 184
150 350 290 212
175 380 320 242
200 430 360 285
225 470 400 315
250 500 430 345
300 585 500 410
350 655 560 465
400 715 620 535

Таблица размеров воротниковых фланцев приварных встык по ГОСТ 12821-80 (16 МПа)

Источник https://stroy-podskazka.ru/flanec/stalnye-privarnye/

Источник https://chelaz.ru/pokupatelyam/informatsionnyy-razdel/flantsevye_soedineniya.php

Источник https://mechanicinfo.ru/flancy-stalnye-ves-gost-tablica-razmerov-flancev-stalnyx/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: