Трубопровод

  1. Описание и конструкционные особенности
  2. Характеристики
  3. Виды фланцев
  4. Фланцевый крепеж
  5. Варианты исполнения и производство фланцев
  6. Применение
  7. Преимущества и недостатки
  8. Стандарты, ГОСТ и маркировка
  9. Критерии подбора
  10. Советы от мастеров
Раскрыть полностью

Сварка не всегда удобна при соединениях трубы, трубопроводных арматур, например, при монтаже задвижек или насосов. В таких ситуациях требуется фланцевое соединение, о котором мы подробнее поговорим в статье. Ниже разберем особенности фланцевого соединения, типы фланцев, тонкости их производства и выбора. 

Описание и конструкционные особенности

Фланец (с немецкого языка Flansch) — это плоского или прямоугольного формата кольцо с расположенными равномерно друг от друга отверстиями. Отверстия служат для фиксации детали болтами или шпильками. Изделие необходимо для надежного герметичного соединения труб, например, с аппаратами и емкостями, машинами, для подсоединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение). Фланцы используются комплектом по две штучки, попарно.

Обычного типа фланцы представляют собой плоские детали с отверстиями, которая соединяет трубу с другой трубой или системой. В каждое отверстие детали крепится шпилька, болт или другой крепеж, который помогает фиксировать ее на трубе. Соответственно, размер каждого фланца зависит от трубы, с которой он будет прикреплен. Поэтому производитель деталей может заранее приложить в комплект конструкции фланцы. Бывают плоские и воротниковые фланцы, об их разнице читайте ниже в статье.

При соединении труб главным критерием является герметичность. Для этого и необходимы фланцы, которые надежно и прочно стянут детали, сделают соединения более надежными. Фланец выступает гарантом герметичности при разнообразных нагрузках (давление, температура). При правильном уходе за фланцевым соединением меняет деталь не придется долгие годы. Также следует грамотно подобрать материал соединения и толщину.

Характеристики

Основные характерные особенности фланцев, они же базовые - размер и масса в основном зависят от давления, с которым они будут работать. Фланцы плоского типа согласно ГОСТ 12820-80 могут быть применены в соединении трубопроводов с давлением от 0,1 до 2,5 МПа. Нормально функционировать они могут в температурном диапазоне от минус 30 до плюс 300 градусов по Цельсию. У воротникового типа согласно ГОСТ 12821-80 более жесткие показатели: допустимая граница давления 20 МПа, температурного режима следует придерживаться в этих значениях от — 40 до +425 градусов.

Фланец подбирается по Ду – условному проходу, или иначе внутреннему диаметру, который должен соответствовать наружному диаметру трубы. ГОСТом предусмотрены фланцы стальные с Ду от 10 до 1600. Показатели у фланцев находятся в диапазоне 10-200. Чтобы сделать правильной выбор в пользу определенной детали, покупатель должен знать Ду. Остальные характеристики определяются для фланца автоматически. Например, для изделия Ду 50 характерна высота отступа 57-59. У Ду 80 этот диапазон равен 89-91, у Ду 100 это 108-110. Внутренний диаметр трубы закладывается в первой цифре, а внешний диаметр во второй.

Не менее важной характеристикой является вес, который определяется объемом, высотой. Также на показатель влияет форма изделия и материал. Габариты условного прохода приварных фланцев могут быть в диапазоне 10 – 2400 мм. В соответствии с ГОСТ стандартом плоский стальной фланец может быть габаритов, которые зависят от максимально допустимого давления. Например, при давлении до 2,5 МПа используются фланцы с Ду до 800 мм. Плоский приварной фланец согласно ГОСТ не имеет определенного веса, который должен зависит от вида используемой стали, типа конструкции. Перед тем, как купить, нужно сделать сверку с необходимым видом исполнения. На основании этого показателя определяются типы соединения друг с другом.

Виды фланцев

Фланцевая деталь классифицируется по разным критериям:

  • по формату отделки (гладкая, зубчатая, на складе)
  • по классу материалов
  • по виду поверхности (приподнятая, плоская, кольцевидное соединение, охватываемая и неохватываемая, язычок и паз, кольцевого типа соединение)
  • по размерностям (номинальные размеры и границы давления)

Вид фланцев, которые нужно будет использовать для трубопроводных соединений, зависят в основном от требований к прочности фланцевого соединения. Фланцевые соединения используют в качестве альтернативы сварным. Это выгодно, так как за счет такой замены проще техническое обслуживание (демонтаж или замена). Ключевые типы фланцев:

  • Воротниковый или юбочный тип. Конструкционно выделяется наличием выступа, что расположен на внутреннем диаметре, в формате усеченного конуса. 
  • Модель с приварного типа горловиной («WN») имеет длинную коническую втулку.
  • Вариант приварной с удлиненной юбкой-воротником. 
  • Плоский приварной типа 01. Надевается на трубу внахлест и имеет немного больше внутренний диаметр, чем диаметр трубопровода.
  • Изолирующего типа. Такая система делается из 2-3 фланцев юбочного вида, имеющих герметичный стык. Между каждым фланцем есть защитная втулка из диэлектриков.
  • Раструбный тип фланца. Крепление с трубами осуществляется с помощью одного углового шва на внешней стороне фланца.
  • Свободная модель. Отличается плоской поверхностью, используется только вместе с заглушкой. 
  • Заглушка - фланец в форме диска.
  • Резьбовая деталь. Соединяется с трубой путем навинчивания.
  • Глухой фланец. Выделяется конструкцией - отсутствием центрального отверстия. Нужен для того, чтобы глушить или уплотнять трубопровод, клапан/сосуд под давлением и для блокировки потока жидкости.

Выше предложены наиболее распространенные типы и их названия, но также могут встречаться варианты названия: прижимной, опорный, лофт, обжимной, ответный или обратный. Фланцевые соединения на основе плоских фланцев в работе более хрупкие, нежели соединения, выполненные с помощью фланцев с приваренной горловиной (при аналогичных условиях эксплуатации). В дополнение к этим стандартным типам есть еще специальные:

  • Велдофланец. Является комбинацией фланцевого изделия и приваренной горловины с велдолетом. Производство велдофланцев базируется на единственном куске твердой кованой стали.
  • Нипофланец. Это конструкция, для изготовления которой фланец соединяют с приваренной горловиной с кованым ниппелем.
  • Элбофланец. Деталь напоминающая комбинацию фланца с элболетом.
  • Латрофланец — комбинация фланца с латролетом.
  • Поворотный фланец. Помогают облегчить процесс выравнивания отверстия под болт между двумя сопряженными фланцами. Часто актуальны для нефтяной промышленности, газовой, углеводородов, воды и т.д.
  • Фланец расширения. Это фланец с приварной горловиной с большим отверстием на конце без фланца. С его помощью можно увеличить проходное отверстие трубопровода от одной точки к другой, или чтобы соединить трубы и иные механические устройства.
  • Фланец уменьшения или уменьшающий. Используется, чтобы уменьшить диаметр трубопровода.

Фланцевый крепеж

Крепеж является совокупностью деталей, задача которых создать неподвижное соединение элементов машин и конструкций. В качестве деталей соединений зачастую пользуются: болтами, винтами, шпильками, гайками, шурупами, глухарями, шплинтами, шайбами, заклепками, штифтами и многим другим.

В качестве крепежных соединений принято подразделять их на такие основные группы:

  1. Общепромышленного типа крепежи. Повсеместно используемый в промышленности и народном хозяйстве. Специализированные характеристики отсутствуют.
  2. Крепежи специального назначения. Используются для узкоспециализированных задач и ниш применения.

Фланцевый крепеж первостепенно выполняет функцию соединения трубопроводных элементов. Помимо фланца, крепежи в себя включают еще болты или шпильки, гайки, шайбы. Основные параметры фланцевых крепежей, на которые стоит обратить внимание:

  1. Рабочий параметр давления
  2. Рабочий температурный диапазон
  3. Среда, где будет задействован фланец
  4. Размеры «под ключ» должны быть равны диаметру вписанной окружности.
  5. Замер нужной резьбы
  6. Шаг резьбы — расстояние между двумя соседними вершинами резьбы.
  7. Замеры длины: болта, шпильки, резьбового конца
  8. Покрытие готового изделия

Варианты исполнения и производство фланцев

Фланцы изготавливаются таким образом: осуществляется разогревание полосы стали требуемой толщины, после чего путем изгибания ей придается форма и диаметр, соответствующие требуемым характеристикам будущего фланца. Осуществляется сваривание шва и снабжение готовых фланцев патрубком для соединения с трубопроводом. Также они могут быть не только стандартные, но и изготавливаться по нужным параметрам, размерам, чертежам заказчика.

Насколько надежным и качественным будет соединение зависит не только от выбранного изделия, но и от прокладки. Для фланцевых соединений применяются мягкие прокладки, полуметаллические или неметаллические, либо полностью изготовленные из металла. 

При помощи резины, паронита или легкоплавного уплотнителя используется подвижное или неподвижное уплотнение для фланцевых разъемов. Плоскую деталь сначала герметизируют с применением мягкого металла или гофрированной прокладки с мягкой обивкой.

Материалы используемые для изготовления

Фланцевые крепления могут быть выполнены из разного формата стали. Популярные фланцы чугунные литого производства, используется для них серый или ковкий чугун. Обычно чугунные фланцы используют в трубопроводной арматуре литого формата. Стальные фланцы могут быть использованы для соединения труб из разного материала. Стали для фланцев используют разные, в зависимости от назначения детали. Подробнее об этом вы можете прочитать в статье ниже. Среди материалов для фланца можно также встретить полипропилен, алюминий, пластик. 

Применение

Фланцы служат для подсоединения конкретного участка трубопровода к различным устройствам, другим трубам, емкостям, теплообменникам, вытяжкам и другим. Ниша применения данного изделия очень широка, поэтому их можно встретить повсюду. Можно выделить несколько областей применения детали, они часто востребованы:

  • в сборке центральных, городских трубопроводов;
  • при сборке газопровода;
  • в монтаже бытового типа системы водоснабжения;
  • при установке теплотрасс;
  • в процессе сборки промышленного вида систем и коммуникаций.

Фланцевые детали могут служить соединяющими элементами труб, валов, фитингов или корпусных деталей. Фланец универсальный вариант изделия, который при соединении с другой деталью способен обеспечить максимальную герметичность. 

Преимущества и недостатки

Рассмотрим основные преимущества и недостатки фланцев над другими типами крепления. Преимущества:

  1. Простота монтажа и возможность повторного использования. Соединение можно легко разобрать и переставить.
  2. Монтаж прост, стыки при наличии прокладок герметичны.
  3. Широкий диапазон температур и других условий эксплуатации. Их эксплуатация возможна при температурах от от – 70 до + 450°C.
  4. Фланцами можно соединять трубы из разного материала, подключать аппаратуру.
  5. Износостойкость. Фланцы устойчивы к воздействию коррозии, механическому воздействию и агрессивному воздействию транспортируемой среды.
  6. Стандарт изготовления фланцев гарантирует, что типы и размеры фланцев всегда будут соответствовать производимым деталям.
  7. Способность выдерживать давление от 10 до 40 бар.
  8. Срок эксплуатации достигает от 25 до 40 лет;

К недостаткам можно отнести стоимость изделия, а также необходимость навыков для качественной установки изделий.

Стандарты, ГОСТ и маркировка

В маркировке фланцев имеется информация виде исполнения, диаметре трубы, максимально возможное давление, марка стали, присвоенный номер стандарту. Важно подбирать фланцы в соответствии со стандартами. Как правило, используются: ANSI/ASME (американские), DIN (немецкие), ГОСТ (российские). В последнее время на международный рынок стараются прорваться производители из Китая. Фланцы стандарта ISO приобретаются как в Европе, так и в Китае. Необходимо сначала ознакомиться с техническими характеристиками продукции, сделать сравнение цен. В данной сфере даже неизвестные компании могут составить достойную конкуренцию компаниям с заработанным именем. Каждый деталь имеет определенные преимущества и недостатки.

Фланцевые крепежи подбираются в соответствии с такими нормами: 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. существует и другая документация, которая контролирует допустимое применение крепежного элемента в зависимости от цели применения. 

Фланцы, которые изготовлены в соответствии с правилами по ГОСТу, обеспечивают высокий уровень прочности и длительный срок эксплуатации даже при наличии сложных соединений. Это дает возможность использовать изделия в различных промышленных сферах. 

Критерии подбора

Чтобы сделать правильный выбор в сторону определенного крепежа, необходимо учитывать определенные факторы. В первую очередь нужно принять во внимание, что деталь подбирается под конкретное соединение. Поэтому перед тем, как принять окончательное решение, нужно учитывать следующие параметры:

  • температура и давление, при которых будет использоваться изделие;
  • характерные особенности рабочей среды. Так, например, это может быть трубопровод для нефти или газа;
  • внешняя среда.

Кроме данных факторов, подбор крепежа предполагает учет иных аспекты. В первую очередь это марка стали, которая использовалась для производства крепежа. Как правило, в учет берутся самые популярные марки и на основании этого подбираются определенные рекомендации по комплектации:

  1. Имеются определенные ограничения по выбору крепежного элемента для фланцевого соединения. При давлении до 25 кгс/см² возможна установка болта или шпильки. Свыше данного показателя использовать болт запрещено.
  2. Для фланцев существует целый перечень материалов для комплектации. Так, например, если производство пары крепежа гайка-шпилька осуществляется из одинаковой марки, твердость должна быть больше на 20 единиц. В противном случае есть риск появления избыточного давления, что может вызвать неполадки. Изготовление шпильки посредством накатки резьбы предусматривает производство пары из материала в соответствии с ГОСТом 20700-75.

После того, как окончательный выбор фланца и материала прокладки сделан, подготавливается эскиз, разрабатывается конкретные размеры в соответствии с существующими нормативами. 

При расчетах соединения, нужно решить несколько задач: соединение должно получиться надежным, герметичным и прочным.

Советы от мастеров

Есть несколько важных нюансов, которые необходимо учесть. Мы отобрали полезные рекомендации опытный мастеров. Рекомендации по работе с фланцами: 

  • Когда деталь имеет 4 отверстия, то затягивать соединения (к примеру, болты) следует накрест.
  • Поверхностную часть крепежа нужно обязательно обезжиривать перед работой, заранее проверять на коррозию и ржавчину.
  • Лучше используйте новые уплотнительные прокладки и размещайте их строго в центре.
  • При установке уплотнения убедитесь, что оно надежно закреплено и не повреждено. Легкая смазка способствует тому, что уплотнение ляжет в потай.
  • Затягивать болты следует с равномерной силой – только так достигается надежность и герметичность фланцевого соединения.

Снять фланцы можно, но это сделать вручную довольно сложно, поэтому часто используются пневматические инструменты. В компаниях для этого используют специальной станок, который поможет расточить или разжать болты.