Виды фланцев в трубопроводах

Фланец для самых крепких соединений

Наряду с резьбовыми, фланцевые соединения — одни из наиболее распространенных во всех сферах промышленности, начиная от прокладки технологического трубопровода и заканчивая сборкой ракетных двигателей.

Стяжка по двум плоскостям позволяет получить прочное и герметичное сопряжение, где все элементы нагружены равномерно и способны выдержать значительные нагрузки без деформации, смещения или разрушения.

Рассмотрим подробнее, как проектируют и подбирают фланцевые соединения, и от чего зависит их долговечность и надежность.

Оглавление

• Фланец для самых крепких соединений
• Особенности фланцевых соединений
• Сферы применения
• Требуемый крепеж
• ГОСТы
• Угроза низкого качества

Особенности фланцевых соединений

Сборка на фланцах — это стыковка двух плоских деталей «лицом» друг к другу и симметричная затяжка на резьбовом крепеже по периметру, на равном удалении от центра узла. Таким соединениям не нужно высокой точности размеров и дополнительных операций (сварки, пайки, прогрева, развальцовки).

Различают два типа фланцев: контактирующие и неконтактирующие. В первом случае детали сопряжены напрямую, а во втором — между фланцами ставят прокладку из более мягкого материала, который за счет собственной деформации надежно герметизирует сборку.

На практике контактирующие фланцы используют очень редко, поскольку силовая стяжка металлических изделий плоскостями друг к другу приводит к схватыванию и адгезии, что изрядно затрудняет последующий демонтаж. Поэтому даже в механизмах, где совершенно не нужна герметичность, закладывают тонкие картонные прокладки.

По форме опорных поверхностей фланцевые соединения бывают:

• кольцевые (круглые);
• полосовые (прямоугольные и квадратные);
• фасонные (плоскость разъема литых корпусов).

Чем сложнее контур поверхности, которой фланец переносит нагрузку на ответную деталь, тем большее количество крепежа понадобится, чтобы обеспечить равномерный прижим по всему периметру.

Классическая схема фланцевого соединения предусматривает две стянутые детали, но в реальных условиях это правило часто нарушают, расширяя сборку до трех или даже четырех компонентов. Яркий пример —промышленные теплообменные аппараты (маслоохладители, пароподогреватели, рекуператоры), где в одном узле стягивают фланец корпуса, доску трубного пучка и фланец крышки. Величина «бутерброда» ограничена лишь высотой всех элементов, поскольку вместе с ней растет длина резьбового крепежа и ухудшается суммарная жесткость конструкции.

Рабочие (фронтальные) торцы фланцев могут иметь различную форму в зависимости от того, какого рода уплотнение заложено между ними. В общей практике предусмотрено несколько вариантов:

• плоскость по плоскости;
• выступ / впадина;
• шип / паз (для сред с высокой проникающей способностью, пожароопасных или ядовитых);
• с конической выборкой по посадочному отверстию (под линзовую прокладку);
• с торцовой канавкой (под прокладку овального сечения, кольцо или шнур).

В качестве уплотнений, которые закладывают между сопряженными фланцами, принято использовать:

• картон;
• паронит;
• резину;
• фторопласт;
• асбест;
• медь;
• латунь;
• нержавейку.

Это может быть как плоская прокладка, повторяющая форму контактирующих фронтальных плоскостей, так и шнур или кольцо, заложенные в торцовую канавку. При силовой стяжке податливый материал деформируется и уплотняет стык, герметизируя соединение и исключая прямой контакт между торцами.

Сборка на фланцах может быть выполнена как исключительно «на глаз» — простой стыковкой и установкой крепежа в сквозные отверстия, так и с предварительным центрированием. Это реализуют двумя путями:

• на одной детали оставляют выступающий буртик, а на ответной — кольцевую выточку. Обе поверхности обрабатывают с точностью по 9..10 квалитету, добиваясь аккуратной посадки с зазором. Бурт входит в выточку, и пара приобретает нужное пространственное положение. Этот вариант подходит для круглых фланцев;
• детали с полосовым или фасонным типом контакта собирают на двух штифтах, расположенных по диагонали относительно центра узла. Их загоняют по посадке с натягом в нижнюю деталь, а верхнюю ставят с минимальным зазором. Использование двух штифтов исключает перекос или смещение элементов.

Фланцы могут быть приварными (такие обычно монтируют на концы труб) или представлять собой непосредственную рабочую часть детали (корпус редуктора).

Различают два типа приварных фланцев:

• плоские — выполненные в виде диска или квадратной пластины. В центре присутствует отверстие для посадки. Изделие надевают на трубу и приваривают двумя тавровыми швами — с тыльной стороны снаружи и с фронтальной изнутри;
• воротниковые — деталь наподобие полого стакана, на котором присутствует круглая или квадратная ступень под размещение крепежных отверстий. Изделие устанавливают встык к торцу трубы и обваривают кольцевым швом.

Особая категория продукции — фланцы на свободных кольцах. Они выглядят как кольцо с внутренней выборкой, которое упирается своим буртом в базовую деталь и при силовой стяжке тянет ее за собой.

В более чем половине всех случаев предпочтение отдают плоским приварным фланцам — они проще в изготовлении и монтаже. Воротниковые используют для нагруженных условий. Изделия на свободных кольцах распространены в конструкциях силовых гидравлических цилиндров — они позволяют реализовать значительное стяжное усилие при сравнительно малом увеличении габарита.

Москва не сразу строилась, а утверждению любого фланцевого соединения предшествует точный расчет: на прочность, выносливость и герметичность (если это необходимо). Для работы с сосудами и аппаратами под давлением следует руководствоваться методикой по ГОСТ Р 52857.4-2007. Для решения нестандартных задач ее можно брать за основу.

• тип фланца (плоский, воротниковый, на свободных кольцах);
• вид поверхности под уплотнение;
• предельно допустимое давление в системе;
• действующие силовые нагрузки — внешние и внутренние;
• воздействие рабочей среды;
• температурный режим.

Отправной точкой проектирования становится проходной диаметр. Именно от этого размера начинают конструктивный отчет всех остальных геометрических составляющих.

Прочностная характеристика соединения будет напрямую зависеть от толщины стяжной части — именно ширина бурта под установку крепежа отличает фланцы, рассчитанные на один проходной диаметр и разные давления в системе.

Одно из ключевых преимуществ фланцевых соединений — условная простота монтажа. Условная — поскольку ее простая по механике реализация таит за собой целый перечень условий, только строгое выполнение которых гарантирует прочность и герметичность сборки.

Устанавливая на концы труб, собирая и стягивая фланцы, следует выдержать:

• строгую перпендикулярность опорных плоскостей к оси трубы;
• качество сварных швов;
• определенное угловое положение отверстий под крепеж;
• установку уплотнений без повреждений мягкого материала острыми кромками или инструментом;
• установку крепежа без перекосов в сквозных отверстиях;
• равномерную и последовательную затяжку.

Если в процессе эксплуатации соединение будет подвергаться воздействию высоких температур и значительных силовых нагрузок, то назначают дополнительную обтяжку гаек при повышении давления в системе.

Необходимое усилие затяжки крепежа — еще один обязательный элемент расчета. Ответственные узлы собирают исключительно с применением динамометрических ключей, тщательно контролируя момент и занося фактические показатели в тетрадь учета.

Сферы применения

Область использования фланцевых соединений поделена неравномерно: на долю контактирующих фланцев (без прокладок) приходится не более 15% от всего объема конструкций, где инженера закладывают этот принцип сопряжения деталей. Яркий пример — сборка шатунов и корпусных коробчатых изделий.

Куда шире представлены неконтактирующие фланцы, разграниченные прокладками из уплотняющих материалов. Их применяют везде, где присутствует хотя бы намек на трубопроводные системы или работу с закрытыми емкостями под давлением, а также там, где следует исключить залипание плоскостей разъема.

• коммунальное хозяйство и инженерные сети;
• трубопроводный транспорт;
• судовые трубопроводы;
• технологический трубопровод в топливно-энергетическом комплексе;
• теплообменное оборудование;
• оборудование в химической, фармацевтической и пищевой промышленности;
• смазочные и охлаждающие трубопроводы промышленного оборудования;
• оборудование для нефте/газодобычи и переработки;
• технологический трубопровод транспорта;
• гидравлические и пневматические сети;
• доменные воздухонагреватели;
• редуктора, компрессора, насосы.

Именно с помощью фланцевых соединений крепится запорная, регулирующая и запорно-регулирующая арматура — дроссельные, перепускные, уравнительные клапаны. Стяжка на фланцах позволяет собирать модульные структуры с возможностью оперативной замены в случае выхода из строя какого-то конкретного элемента.

Интересным примером также становятся фланцевые муфты. Иногда их называют поперечно-свертными. Стандартные устройства выпускают по ГОСТ 20761-96, и они предназначены для передачи крутящего момента от 8 до 40 000 Нм.

Это один из наиболее универсальных видов механических муфт. Конструкция включает две полумуфты, стянутые болтами. Посадочное отверстие каждой имеет шпоночный паз для установки на выходной конец вала. Вращение в осевом направлении передают за счет жесткой установки болтов от М8 до М24, причем в одной полумуфте болт посажен с минимальным зазором, а вторую проходит насквозь и стягивает гайкой.

Такая жесткая схема исключает гибкую компенсацию перемещений, перекосов и вибраций в монтаже и работе, но обеспечивает высокую нагрузочную способность. Фланцевым муфтам нашлось место в конструкциях тяжелых промышленных машин, энергетических турбин и мельниц. Их даже можно использовать в качестве тормозных барабанов и шкивов ременных передач.

Требуемый крепеж

Сопряженные фланцы имеют одинаковое число сквозных отверстий, расположенных по единой траектории относительно центра узла. В конструкции могут быть заложены различные типы крепежа:

• болты — для простых и слабонагруженных сборок, работающих в условиях до +200°С;
• винты — для уникальных случаев, когда габаритные размеры устройства строго ограничены и негде разместить обычные гайки (гидравлика и пневматика);
• шпильки — оптимальный и универсальный вариант, подходящий для всех отраслей и сфер применения;
• откидные болты — для быстроразборных соединений, когда крышку аппарата приходится часто снимать;
• гладкие штифты — для центрирования сложных сборок;
• шестигранные и барашковые гайки;
• пружинные шайбы (гровера).

Шпильки обладают ключевым преимуществом перед болтами и винтами — одноступенчатой формой профиля. При повышенном нагреве растягивающие напряжения нагружают крепеж в меньшей мере, чем изделия с головками.

ГОСТ 20700-75 предусматривает специальный набор крепежа именно для фланцевых соединений, работающих в условиях вплоть до +650°С. Сюда входят шпильки (ГОСТ 9066), шайбы (ГОСТ 9065) и гайки (ГОСТ 9064). Такой комплект резьбовых деталей подходит для сборки различных трубопроводов, арматуры, приборов и аппаратов, котлов, паровых и газовых турбин.

Для фланцевых соединений с линзовыми уплотнениями закладывают шпильки по ГОСТ 10494. Они способны выдержать давления до 100 МПа и нагрев на +510°С. А технологический трубопровод на атомных электростанциях комплектуют шпильками по ГОСТ Р 54786-2011.

При расчете размеров и необходимого количества крепежных элементов учитывают:

• силовую нагрузку (система оценивается параметром внутреннего давления или максимального крутящего момента);
• влияние температуры;
• схему распределения крепежа (прямоугольник, круг, сложная фигура);
• запас прочности (400..450%, не менее 280%);
• предел прочности материала, из которого будет изготовлен крепеж.

Как правило, ассортимента стандартных метизов хватает, чтобы решить любую техническую проблему. Унификация также помогает избежать трудностей в дальнейшем — когда при ремонте резьбовые детали придется полностью менять. Но в отдельных случаях, когда следует обеспечить какие-то особенные свойства или функции, придется заказать нестандартный крепеж.

ГОСТы

Во всех областях промышленности инженера стараются подобрать фланцевое соединение из унифицированного ряда. Это упрощает процедуру проектирования и изготовления конструкций, а в перспективе — ремонт и восстановление.

При подборе фланцев ориентируются на следующие документы:

• ГОСТ 12820 — плоские фланцы, рассчитанные на давления от 0,1 до 2,5 МПа;
• ГОСТ 12821 — воротниковые фланцы, рассчитанные на давления от 0,1 до 20 МПа;
• ГОСТ 12822 — свободные фланцы на приварном кольце, рассчитанные на давления от 0,1 до 2,5 МПа;
• ГОСТ 9399 — фланцы с резьбовым установочным отверстием, выдерживающие давления от 20 до 100 МПа;
• ГОСТ 28759.2 — плоские фланцы, рассчитанные на давления от 0,3 до 1,6 МПа, в диапазоне температур от −70 до +300°С;
• ГОСТ 28759.3 — воротниковые фланцы, рассчитанные на давления от 0,6 до 6,3 МПа, в диапазоне температур от −70 до +540°С;
• ГОСТ 28759.4 — воротниковые фланцы, рассчитанные на давления от 6,3 до 16 МПа, в диапазоне температур от −70 до +540°С.

В общем случае инженеры-проектировщики и конструктора руководствуются нормативными данными ГОСТа 12815, который определяет типы, конструкцию и размеры типовых фланцев. Этот стандарт рассчитан на параметры:

• давления в системе — от 0,1 до 20 МПа;
• условный диаметр прохода трубопровода — от 10 до 3000 мм;
• температуру среды — от −253 до +600°С;
• крепежные элементы (болты и шпильки) — от М10 до М72.

ГОСТ 12815 можно назвать универсальным — он применим практически ко всем областям промышленности. Исключение составляют лишь фланцевые соединения для технологического трубопровода транспорта и спецтехники. А на узлы судовых трубопроводов распространяются ГОСТ 1536 и ГОСТ 4433.

Существует также комплект документации на европейские конструкции:

• DIN EN 1092-1 — для стальных изделий;
• DIN EN 1092-2 — для изделий из серого и ковкого чугуна;
• DIN EN 1092-3 — для изделий из медных сплавов (латунь и бронза);
• DIN EN 1092-4 — для фланцев из алюминия и алюминиевых сплавов.

С трубопроводом и аппаратами, изготовленными за рубежом, можно столкнуться и в Москве, и в самой дальней провинции, поэтому следует пользоваться и европейскими нормативами.

Вопреки широкому ассортименту унифицированных изделий, широко распространены и фланцевые соединения нестандартного типа. В первую очередь это плоскости разъема на корпусах редукторов, а также насосного и компрессорного оборудования. Есть общие рекомендации по проектированию подобных деталей, но на 70% схему стыка, центрирования и стяжки крепежом определяет собственное видение инженера-конструктора.

Угроза низкого качества

Фланцевое соединение способно выдержать значительные нагрузки за счет собственной жесткости и максимальной простоты. Но всё это будет возможным лишь при правильном подборе качественных комплектующих.

Прежде, чем заказать фланцы, следует уделить время пристальному анализу условий работы и расчету всех действующих нагрузок. Опытные проектанты могут пренебречь подробным силовым расчетом каждого узла, используя базу стандартных ГОСТовских изделий и опираясь лишь на два показателя: предельное давление в системе и проходной диаметр трубопровода. Также нужно учесть материал и технологию изготовления — от них напрямую зависит качество изделий.

В простых случаях будет достаточно сталей наподобие Ст3сп, 09Г2С или 10Г2, а для высоких нагрузок и температур придется подобрать стальной продукт из более серьезных марок — 20Х3МВФ, 25Х1МФ, 30ХМА, 38ХА, 45. Трубопроводы, работающие с агрессивными средами, оснащают деталями из нержавейки 12Х18Н9Т, 10Х17Н13М3Т и 06ХН28МДТ. Иногда воротниковые фланцы льют из чугунов марок СЧ20 и КЧ33-8.

Стандартные изделия получают преимущественно штамповкой. Литье используют очень редко — риск получить скрытые дефекты в сравнительно тонкой стенке слишком велик. Для мелкосерийного и единичного производства фланцы можно точить из проката. Иногда, ради экономии заготовок, изделия делают сварными из двух компонентов: втулки (стакана) и опорного кольца.

Фланцы низкого качества таят за собой целый ряд опасностей:

• неточность в размерах сделает сложной или вовсе невозможной сборку с уже имеющимся оборудованием;
• невыдержанная плоскостность опорных торцов станет причиной неравномерного распределения напряжений при стяжке. В свою очередь концентрация нагрузок приведет к преждевременному разрушению металла;
• небрежно обработанные уплотнительные поверхности могут повредить гибкие прокладки еще при сборке, что сократит ресурс работы до замены уплотнений;
• материал с недостаточным пределом прочности не выдержит нагрузок и начнет деформироваться, что приведет сначала к заклиниванию (вместо разборки весь узел придется срезать), а затем — к аварийному выходу из строя.

Отдельные нечистоплотные производители могут с целью уменьшения затрат менять материал изготовления, не уведомляя об этом потребителя. Они ориентируются лишь на поверхностную твердость металла как единственную механическую характеристику, которую можно проверить в ходе приемки готовой продукции.

Но твердость и прочность — далеко не тождественные понятия, хотя и взаимосвязанные. Неграмотная замена материала приведет к тому, что фланец будет работать совершенно иначе.

Особенно это касается высоколегированных нержавеек, которые по-разному реагируют на различные окислительные среды при сравнительно схожих показателях прочности. Если фланцевое соединение планируют для химического производства, то переход от 06ХН28МДТ к более дешевой 12Х18Н9Т может стать фатальным, хоть оба сплава демонстрируют высокую стойкость к коррозии.

Приобретайте унифицированные серийные фланцы исключительно у крупных и ответственных производителей, готовых предоставить подробные паспорта и сертификаты к своей продукции. Цена ошибки при работе с давлением — а фланцевое соединение чаще всего ставят именно там — может быть слишком высока.

Виды фланцев в трубопроводах

В трубопроводных системах различного назначения не всегда удобно использовать сварной тип соединения, особенно если необходимо установить задвижку, насос или детали другого типа. Эффективнее использовать для этих целей фланцевые соединения, для которых применяют специальные плоские детали – фланцы, представляющие собой плоские кольца, с просверленными по контуру сквозными отверстиями. С их помощью фланцы фиксируют на трубопроводе различными видами крепежа – болтами, шпильками и т. д. При выборе размера фланца учитывают диаметр труб, которые он соединяет. Изделия предназначены для коммутации труб и арматуры, а также другого оборудования, используемого в составе транспортных коммуникаций. Фланцевые соединения часто применяют при монтаже трубопроводных систем в таких отраслях, как ЖКХ, нефтяная и газовая промышленность и т. д.

Составляющие части фланцевого соединения

Фланцевое соединение состоит из двух фланцев, между которыми устанавливается герметизирующая прокладка из уплотняющего материала. Для соединения применяют гайки, болты, шпильки или другие крепления. При использовании такого типа стыковки для трубопровода обеспечиваются эксплуатационные преимущества:

• простота сборки элементов;
• удобство замены компонентов;
• прочность стыка;
• легкость проведения профилактических, ремонтных работ и модернизации системы.

Изделия производятся из различных материалов, что позволяет использовать такой тип соединения при транспортировке сред с различными характеристиками в разнообразных условиях эксплуатации. Обычно детали комплекта фланцевого соединения унифицированы, поэтому можно использовать оборудование различных производителей без дополнительной подгонки геометрических параметров.

Конструктивные особенности фланцев

Фланцевое соединение считается самым эффективным и распространенным вариантом для коммутации трубопроводов. С его помощью можно быстро и герметично стыковать детали. Это обеспечивается особыми конструктивными особенностями изделий:

• форма чаще всего круглая (но бывают и квадратные детали для особых трубопроводов);
• крепежные отверстия расположены по периметру плоской детали;
• поверхность элемента ровная и плоская;
• по центру расположено основное отверстие, соответствующее диаметру трубопровода.

Простота исполнения и высокая скорость установки – одни из основных преимуществ использования фланцев. При стыковке деталей необходимо правильно выбрать изделие в соответствии с диаметром труб и установить его между концами трубопроводной системы. Для упрощения установки коммуникаций некоторые производители труб сразу оснащают их фланцами, что значительно облегчает последующий монтаж.

Области применения фланцев

Фланцы используются для герметичности труб при стыковке, а также обеспечивают надежность при установке различной арматуры и оборудования на трубе. С помощью фланцев можно безопасно подвести коммуникации к резервуарам и системам, работающим под давлением. Основные сферы применения:

• трубопроводные системы для сетей горячего и холодного водоснабжения;
• газопроводы;
• теплотрассы;
• системы и коммуникации промышленного назначения.

Изделия могут монтироваться на трубы и детали корпуса, валы и другие компоненты. Фланцевое соединение характеризуется устойчивостью к повышенному температурному режиму и перепадам давления, поэтому его можно использовать в системах с экстремальными условиями эксплуатации.

Материал изготовления фланцев

Фланцы производятся в соответствии со стандартами, которые предписывают, из каких материалов могут изготавливаться детали для трубопроводов. Эти данные касаются не только дисковой части, но и прокладки. Чаще всего материал изделий подбирают с учетом типа используемых в системе труб и таких параметров, как:

• температура транспортируемой и окружающей среды;
• устойчивость к развитию коррозии;
• давление в системе;
• химический состав внутренней среды;
• пластичность материала.

Для производства арматуры часто используют углеродистые, нержавеющие и низколегированные стали, а также ковкий и серый чугун. Иногда фланцы производят из титана, бронзы, алюминия, латуни или полипропилена. Последний чаще всего используется при монтаже полипропиленовых труб.

Распространенные марки стали, из которых производят фланцы:

• 20 – используется при производстве деталей для коммуникаций широкого назначения. Материал прост в обработке и отличается невысокой ценой;
• 09Г2С – сталь, которая отличается хорошей свариваемостью и механической прочностью. Изделия из нее характеризуются устойчивостью к коррозии;
• 12Х18Н10Т – эта марка стали содержит увеличенное количество никеля и хрома, что обеспечивает ей устойчивость к температурным колебаниям. Из нее изготавливают стальные фланцы, используемые на опасных и ответственных производствах;
• 15Х5М – сталь, обладающая высокой жаропрочностью с низким содержанием легирующих примесей. Материал устойчив к процессам окисления и рассчитан на продолжительную эксплуатацию.

При производстве фланцев особые требования предъявляются и к герметизирующим компонентам – прокладкам. Они могут быть неметаллическими – из резины, паронита, фторопласта, асбестового картона. Металлические выполняют из меди и стали, комбинированные – из двух и более типов материала.

Стандартные типы фланцев

В зависимости от вида фланцевого соединения трубопровода могут использоваться стандартные и нестандартные фланцы. Они отличаются по исполнению и форме конструкции и подбираются с учетом различных технических характеристик трубопроводной системы.

Воротниковый фланец

Конструкция такого фланца предполагает наличие выступа, имеющего форму усеченного конуса (воротника). При монтаже для обеспечения высокой герметичности фланцевого соединения детали стыкуют и приваривают.

Основная сфера применения изделий такого типа – коммуникации, работающие под высоким давлением и в условиях перепадов температур. За счет втулки конической формы в конструкции происходит сглаживание напряжения механического характера между приварной трубой и используемым для соединения фланцем. Номинальное сечение такой детали для фланцевого соединения может составлять до 400 см.

Фланец приварной (удлиненный воротник)

У таких фланцев конструкция предусматривает вытянутую горловину, которая выполняет функцию расточки. Их чаще всего используют для присоединения трубопроводов к сосудам или другим емкостям. Втулка у таких моделей может быть двух конфигураций – тяжелая и равная.

Фланец плоский приварной

Приваривается к трубам по окружности соединения с помощью двухшовной технологии. Один шов делается на внутренней поверхности фланца, а второй – на внешней. Чаще всего внешний диаметр такой детали больше наружного размера трубопровода, что обеспечивает скольжение коммуникаций внутри фланца для надежного соединения при угловом шве.

Для плоских приварных фланцев характерна определенная форма – в виде металлического кольца, по окружности которого просверлены отверстия. При одинаковых условиях применения такие изделия характеризуются меньшими параметрами прочности соединения, чем варианты с приваренной горловиной. В последнем случае коническая втулка равномерно распределяет напряжение в системе. Кроме того, плоские приварные фланцы можно соединять только с трубами, а использовать их для других компонентов (фитингов) не получится.

Резьбовой фланец

У резьбовых фланцев для соединения с коммуникациями предусмотрена внутренняя резьба, которая навинчивается на внешнюю резьбу на трубах. При этом нет необходимости выполнять сварные швы. Размеры таких деталей могут достигать четырех дюймов. Обычно их используют при построении коммуникаций небольшого размера, транспортирующих среды под небольшим давлением при невысоких температурах. Обязательно использование таких типов фланцевого соединения на взрывоопасных объектах, где недопустимо проводить сварочные работы.

Раструбный фланец

Для монтажа раструбных фланцев на коммуникации используют один угловой шов по внешней поверхности соединительной детали. При установке труба сначала вставляется во фланец и протягивается, пока не достигнет его нижнего участка. После чего она приподнимается на 1,6 мм, а затем приваривается. Благодаря небольшому зазору труба во фланцевой муфте располагается после застывания сварного шва в правильной позиции.

Соединения такого типа используют при построении небольших трубопроводных коммуникаций, работающих под высоким давлением. При этом они достаточно подвержены развитию коррозии в определенных зонах, особенно на участке зазора.

Свободный фланец

Конструктивно такие изделия характеризуются плоской поверхностью и обязательно комплектуются заглушкой. По форме они похожи на плоские фланцы, но отличаются от них тем, что при монтаже опираются на заднюю стенку патрубка, вместе с которым удерживаются за счет соединения болтами.

Применение фланцев свободного типа – выгодное решение для коммуникаций, построенных на основе труб из нержавейки или легированной никелем стали. Это обусловлено тем, что для изготовления элементов могут применяться менее качественные материалы, чем для патрубка. У таких изделий есть определенные преимущества – уменьшение цены на производство (минимизировано использование деталей их дорогостоящих материалов) и упрощение операций, выполняемых при установке.

Глухой фланец

Конструкция глухого фланца не предполагает сквозного отверстия в детали. Изделия выполняют функцию заглушки и используются для уплотнения коммуникаций и их блокировки. Такие модели должны быть устойчивы к высоким нагрузкам, которые будут оказываться на фланец за счет действия внутреннего давления в трубопроводе. Иногда глухие фланцы могут применяться как люк для сосуда под давлением. Использование такого типа фланцевого соединения обеспечивает простоту и удобство доступа оператора к конечным участкам трубопроводной системы.

Особые типы фланцев

Существует также несколько разновидностей особых видов фланцев для трубопроводов. К ним относятся нипофланцы, велдофланцы, элбофланцы и латрофланцы, поворотные фланцы, детали расширения и уменьшения. Каждая из модификаций имеет свои особенности конструкции и отличается способом установки.

Нипофланец

Основное назначение – подключение отводов под прямым углом. У таких изделий есть приваренная горловина и кованый ниппель. Конструкция имеет цельное строение. При установке ниппельная часть приваривается в трубе, а фланцевая прикручивается к фланцу разветвления.

Для производства нипофланцев используют разные материалы – углеродистую и нержавеющую сталь, сплавы на основе никеля. Существуют также усиленные разновидности детали, которые характеризуются высокой прочностью и устойчивостью к механическим повреждениям.

Велдофланец

Внешне напоминает предыдущий тип изделий, только в конструкции есть приваренная горловина и фитинговое присоединение ответвления. Для производства таких модификаций используют твердую кованую сталь. Деталь имеет цельнолитое исполнение и не предполагает эксплуатацию без сваривания отдельных элементов единое целое.

Элбофланец и латрофланец

Основное отличие элбофланцев – возможность установки на трубе разветвления под углом 45 градусов. Деталь представляет собой сочетание двух элементов – фланца и специального ответвления под углом 90 градусов или элболета.

Латрофланец – трубопроводная арматура, состоящая из фланца и латролета (элемента для ответвления не под прямым углом с резьбовым или сварным соединением).

Поворотный фланец

Применение фланцевого соединения с поворотным элементом позволяет легко совместить места расположения отверстий на фланцах, обеспечив простоту монтажа сложных систем – трубопроводов большого диаметра, коммуникаций, расположенных под водой. Поворотные фланцы выпускаются в различных модификациях стандартного исполнения. Для их изготовления применяют углеродистые, легированные и нержавеющие марки стали.

Фланец расширения

При помощи расширительных деталей можно увеличить диаметр проходного отверстия трубы, что позволяет соединять коммуникации различного размера, а также дополнять систему необходимыми устройствами с различным диаметром входного отверстия. Конструкция представляет собой фланец с горловиной, имеющей большее отверстие на конце. Диаметр трубы при помощи такого фланцевого соединения можно увеличить на один-два размера.

Использование такого типа изделий – более дешевый вариант, чем оснащение соединения двумя деталями (приварным фланцем встык и стандартным фланцем). Чаще всего фланцы расширения изготавливают на основе углеродистых и нержавеющих сталей.

Фланец уменьшения

С помощью таких фланцев можно уменьшить диаметр проходного отверстия труб при стыковке. Фланцевое соединение с использованием такой детали стоит дешевле, чем любой другой вариант.

Существуют и другие виды классификации соединяющих арматурных изделий. Они отличаются такими параметрами:

• материалом изготовления;
• поверхностью детали;
• способом отделки;
• диаметром.

Помимо правильного выбора типа фланца для соединения труб, немаловажным фактором безопасности и эффективности коммуникаций является строгое соблюдение технологии установки детали. Перед тем как начать монтаж, выполняют подготовительные мероприятия:

1. Проверяют элементы фланцевого соединения на отсутствие поверхностных дефектов.
2. Зачищают и обезжиривают поверхности.
3. Проверяют наличие следов коррозии на соединительных деталях.
4. Подгоняют компоненты по резьбе.
5. Смазывают детали с резьбой.

Первоначально проводится пробная установка элементов. Используемые при этом прокладки выбрасываются, и для финального соединения применяются новые компоненты герметизации. Затяжка болтов выполняется по определенному алгоритму:

1. Первые установленные метизы затягиваются не на полную силу.
2. Первый и второй болты устанавливаются на противоположные отверстия.
3. Последующий монтаж выполняют в крестообразной очередности.

Правильный и эффективный монтаж предполагает последовательное равномерное затягивание всех болтовых соединений. Вся затяжка выполняется вручную специальным инструментом. Через сутки после установки проводят подтяжку болтов.

На одном трубопроводе могут использоваться разные по форме, способу крепления и конструкции фланцы. Важно, чтобы коммутируемые элементы сочетались друг с другом и обеспечивали герметичное и надежное соединение. Необходимо выбирать вид фланцев, опираясь на характеристики трубопровода, его назначение и условия эксплуатации.

Вы можете приобрести детали для соединения трубопровода в ПКФ «Метсервис». В ассортименте на сайте представлены фланцы, различающиеся по составу сплава, размеру и особенностям конструкции. Чтобы оформить заказ, обратитесь по телефону +7 (351) 248-74-90 или закажите обратный звонок на сайте, наши специалисты свяжутся с вами в ближайшее время.

Виды и сфера использования фланца

Сварные швы на трубопроводе иногда доставляют неудобства. В некоторых местах, например, приходится монтировать задвижки или насосы. Тут-то и выручает фланец – особая деталь, которая способна прочно соединять трубы там, где нежелательны сварные швы.

Что это такое?

Фланцем называют плоскую деталь с отверстиями, суть которой – соединение труб. Отверстия нужны, чтобы вставлять в них болты, шпильки и прочий крепеж, который и поможет зафиксировать фланец на трубе. Соответственно, размеры фланцев зависят от труб, с которыми они и «сотрудничают», а значит, производитель заранее может побеспокоиться о необходимости фланца, и последний может быть в комплекте.

Что главное в соединении труб – конечно, герметичность. Вот для этого и предназначен фланец, который надежно и прочно стянет детали, сделает соединение надежным, и будет гарантом герметичности в большом термическом диапазоне. Если не забывать и «присматривать» за фланцем (то есть смотреть, целостен ли он, нет ли деформаций), элемент прослужит долгие годы.

Безусловно, изготавливают фланцы согласно ГОСТу, то есть требования к нему конкретные и четкие.

Конструктивные особенности фланцевого соединения:

• круглая форма (хотя могут встречаться и квадратные, но редко);
• малые отверстия, наблюдаемые по всему периметру;
• плоская конструкция;
• основное отверстие по центру.

Деталь проста в работе, удобна в монтаже, и собрать с ее помощью трубопровод можно очень быстро. Пользователь просто вставляет фланец на трубу (о соразмерности диаметров уже говорилось), затем прикручивает его к аналогичному приспособлению на другой трубе – это в случае запроса на стыковку деталей. Если производитель уже оборудовал трубу фланцем на конце, работа становится еще проще.

Ремонтировать деталь необходимо, если возникла угроза его целостности, если появилась деформация.

Виды исполнения и маркировка

Все фланцы сначала делятся по конструктивному принципу.

Плоский приварной

Это практически металлическое кольцо, которое по всему диаметру имеет отверстия. Оно крепится к трубе двумя сварными швами по окружности. Их применяют в температурном диапазоне от –70 до +450 градусов, максимальные показатели давления до 2,5 МПа. Это, наверное, самые распространенные фланцы, потому что изготовить такие очень просто, стоят они недорого. Когда их стягивают болтами либо шпильками, получится косвенное бесконтактное соединение, которое обеспечит уплотнительная прокладка. Применяются плоские приварные фланцы в том числе как опорные элементы трубных систем разных техобъектов. Опора прочно соединяется с основанием, при этом без проблем демонтируется, откручивая болты и шпильки. Прижимной фланец – это, кстати, тоже плоский приварной с расточенным внутренним диаметром.

Воротниковый

От –253 до +600 градусов – такой термодиапазон применения воротниковых фланцев, при этом конструкции с очень высоким давлением – тоже «конек» этого вида. Исполнен он конусообразно, что гарантирует работоспособность арматуры в особых условиях. Переходной элемент отличается сглаженностью, конус фланца – небольшой по диаметру – соответствует диаметру трубопроводного корпуса. А сама конструкция элемента снижает появление любых преград с прохождением рабочей среды, в том числе потоковой турбулентности. Это, в свою очередь, содействует распределению напряжений, которые возникают в трубопроводе.

Свободный на приварном кольце

Или иначе – накидной. Исполнены они так, что спокойно вращаются, перемещаются вдоль трубопроводного каркаса, что делает систему выемок для крепежных элементов более простой. Приваривать либо обеспечивать жесткую фиксацию нет необходимости. Трубопровод будет соединен двумя сварными швами по углам, внутри и снаружи. Выпуклой поверхности у таких фланцев нет.

Стандартен радиус стыковой поверхности, он тот же, что и радиус трубы и других применяемых фланцев. Может использоваться в комплекте с соединительными элементами другого типа. Не применяются в условиях высокого рабочего давления. Работают в узком температурном диапазоне от –30 до +300 градусов. Не отличаются долгими сроками эксплуатации, не могут использоваться в трубопроводах, предполагающих жидкую рабочую среду.

При этом, применяя такой фланец из углеродистой стали, его можно спокойно задействовать для коррозийно-устойчивого трубопровода, особенно если нужен бюджетный вариант.

Поворотный

С ними легче выровнять отверстия под болты между двумя фланцами. Если речь идет о больших (по диаметру) трубопроводах, морских, подводных, то лучше обратиться именно к поворотному виду. Подойдут они и для работы с нефтью, газом, химическими жидкостями.

Изолирующий

Такие соединения рекомендованы к установке, когда монтируются ответвления на нефте- или газопроводах, что отходят от основной магистрали. Или при прокладке линий, которые близки к потенциальным источникам, возможных на провокацию возникновения блуждающих токов. Или если нужно соединить элементы, сделанные из разных сплавов.

Изолирующая система состоит из двух или трех фланцев воротникового типа, имеющих герметичный стык, а между ними еще будет защитная втулка, которая сделана из материалов-диэлектриков. Фланцы и втулки соединены стягивающими шпильками.

Другое

Это не вся классификация фланцев. Их различают также по классу материала, по типу поверхности – например, плоский или приподнятый, кольцевой и другие. Есть различия и в отделке фланца, она может быть гладкой, зубчатой. По размерам тоже различаются, по форме – круглый, овальный, квадратный, прямоугольный.

Что еще важно знать об исполнении фланцев.

• Приварные детали могут быть разъемными и неразъемными. В разъемных на торце есть 4 отверстия под болты (как минимум) либо шпильки соединительного типа. Другие виды соединений вроде рычажных и клеммных не стали распространены.
• Классы давления фланцев предложены Американским институтом стандартов (ANSI), в них установлены соотношения между давлением и термосредой, которая прокачивается по проводам. Маркировка ANSI может быть на импортной продукции.
• Герметизирующие и уплотнительные монтажные фланцы согласно ГОСТ 33259-2105 изготавливаются из литейного чугуна или металла. Изделия с приварной частью должны быть безукоризненны с точки зрения свариваемости стали.
• Что можно сказать о технологических переходах для получения бытового фланцевого соединения: они выравнивают оси соединительных отверстий, а еще оси трубопроводов либо воздуховодов. Они монтируют прокладки в шип-паз, центрируют соединение со штифтом, производят затяжку.

Отличаются фланцы по функциональности. Например, фланец пожарного гидранта соединяет последний с пожарной подставкой, которая установлена на противопожарном водопроводе. Еще фланцы могут быть судовыми, компрессионными и так далее. По типу соединительных поверхностей тоже есть своя дифференциация: например, RF – соединительный выступ, LG (иногда по ошибке пишут LD) – уплотнительная поверхность плюс крупный паз, ST – уплотнительная поверхность плюс малый шип. И таких маркировок много, которые отличаются выступами, впадинами, пазами и шипами.

Материалы изготовления

Фланцы могут быть чугунные литые (из серого чугуна и из ковкого чугуна), такие используются в литой трубопроводной арматуре. Могут быть литыми стальными, они соединяют трубопроводы и арматуру из разных материалов. Делают их из разных марок высококачественной нержавеющей стали, из латуни и металлических сплавов на основе никеля. Помимо использования разных видов стали, от криогенной до коррозионно-стойкой обыкновенной и оцинкованной, применяются и полипропиленовые модели. Алюминиевыми и пластиковыми фланцы тоже могут быть.

Просто металлические работают в более широком диапазоне температур и давления.

Лучшие производители

Нужно выбирать фланцы по типу стандартов, которым они соответствуют. Американские – ANSI/ASME, немецкие – DIN. Российские фланцы соответствуют ГОСТам, и в последней категории появилось очень много классных, конкурентных производителей. Таких как «Оникс», ОТЭ, «Спецкомплект», «Завод уральских метизов», «Техсталь», «ТопДеталь» и другие.

В борьбу за покупателя с ними вступают китайские производители, их очень много, и не нужно бояться слова «китайский», потому что уже давно оно перестало ассоциироваться с чем-то ненадежным. Многие мировые бренды переносят линию производства в Китай, и монтажное оборудование тоже. Фланцы ISO заказывают в Европе тоже (и в том же Китае), нужно читать характеристики товара, сравнивать цены, здесь и ноунеймы могут конкурировать с давно работающими поставщиками.

Сфера применения

Когда данная конструкция вставляется в трубопровод, обеспечивается свободный доступ к отдельным участкам, просто разобрав фланцевое соединение. Потому так востребованы эти соединительные элементы в нефтехимической промышленности, в машиностроение, в пищевой и химической промышленности. Они практически незаменимы в тех системах, где предполагается плановый осмотр трубопроводов либо ремонт отдельных узлов.

Ими могут подключать/присоединять конкретный участок трубопровода к всевозможным устройствам, к емкостям, к теплообменникам, вытяжкам. И это помимо того, что они стыкуют между собой части трубы. Словом, сфера их использования не просто велика, но и, как прогнозируется, будет расширяться.

Источник https://rskrep.ru/articles/blog/flanets-dlya-samykh-krepkikh-soedineniy/

Источник https://pkfmetservis.ru/vidy-flancev-v-truboprovodax/

Источник https://stroy-podskazka.ru/flanec/vidy/