для чего служат фланцы

Фланцевое соединение стальных труб: их плюсы и область применения

Фланец — это плоская деталь для соединения труб с отверстиями для крепежных элементов (болты, шпильки и др.) круглой или квадратной формы. Такие детали применяют для создания высокопрочного и герметичного стыка узла на продолжительном участке трубопровода.

Фланцевое соединение стальных труб является очень распространенным методом. На нем равномерно расположены отверстия для шпилек и болтов.

В бытовых системах фланцевое соединение используют не очень часто. Такой вид технологии рассчитан на промышленное применение. Если возникает необходимость поставить стальной фланцевый узел, то особое внимание нужно уделить на все отметки по нужным нормативам.

Фланцевые стыки стали самыми популярными видами разъемных стальных соединительных в химической, промышленной области и ЖКХ. Этому способствовали: герметичность, простота конструкции, легкость производства и монтажных работ.

Что такое фланец и принцип его действия

Понятие фланец включает в себе не только деталь сантехнической арматуры, но и метод скрепления труб, который на практике применяют во всех промышленных отраслях. Фланцевые соединения стальных труб отличаются герметичностью и прочностью.

При этом соединение является разборным. А это означает, что после снятия можно проводить все нужные ремонтные работы и повторно применять участок магистрали. Фланцевые соединения для стальных труб подбирают, исходя из предназначения сети, при этом берут в работу различные типы фланцев, которые произведены из разных материалов.

При большом разнообразии стальных вариантов, выделяют такие основные виды конструкций:

Получается, что фланцы – это детали для соединения, которые ставятся в сети большого срока использования, и в магистралях с большим давлением внутри, но более приоритетными называют монолитные соединения посредством сварки.

Передвижение среды по трубопроводу перед началом монтажных работ приостанавливают, а включают только после полного прекращения действий. Особое внимание при этом уделяют давлению, его нагрузку на эту деталь рекомендуют наращивать постепенно.

Области применения деталей для соединения

Говоря о таком элементе, необходимо внести ясность, что он не является деталью для крепления. Главная задача этого приспособления заключается в создании опорной конструкции для крепительных болтов и одновременно в обеспечение герметичности соединения.

Как запорную или стыковочную деталь, их ставят в коммуникационных сетях ЖКХ, в промышленности по добыче нефти. Также они обширно монтируются в топливной и газовой сферах. В этих отраслях очень прочные и долго служащие фланцевые крепления используют при монтаже в сеть приборов измерения.

Разные технологические особенности изготовления и виды материалов для этих элементов, дают возможность эффективно эксплуатировать сети, которые проводят агрессивные вещества под высокими показателями давлением.

При прокладке системы их стальных труб, чаще всего, используют диски из аналогичного материала. Это создает одинаковый уровень нагрузочного давления и служит подстраховкой от повреждений составных деталей после воздействий температурных скачков.

Такие повреждения характерны для швов на материалах, которые характеризуются неодинаковой проводимостью тепла. На стальные трубы ставят чугунные, алюминиевые, латунные и бронзовые фланцы. Но, бесспорным лидером среди вариантов для такой работы являются изделия их углеродистой стали. Причин для этого несколько, это:

Фланцевые соединения можно встретить в любой сфере. Большое разнообразие материалов для производства данных устройств дает возможность эффективно использовать любую магистраль.

Некоторые виды систем предусматривают наличие специального углубления под прокладки. Особенно тщательного контроля требуют фланцевые крепления в сети, транспортирующей газ. Здесь понадобятся фланцы, прошедшие детальную проверку на качество.

Особенности и характеристики

Главной характеристикой фланцевых креплений являются их конструктивные особенности. В России и в странах СНГ наиболее популярные следующие нормы:

Приспособления, которые относятся к этим трем основным группам, предназначены для стыка непосредственно для сети и оборудования. Условия установки любого из представленных механизмов разные.

Плоские приварные детали из стали. Во время монтажных мероприятий, такой элемент «насаживают» на трубу, а после этого его наваривают парой швов сварки вокруг нее.

Приварной встык механизм из стали. Монтаж этой стальной детали, если сравнить с первым вариантом, ставит в необходимость наличие только одного сварного шва — соединения.

При таких действиях скрепляется встык торцевая часть трубы и «воротничок» механизма для соединения. Такое в значительной степени упрощает процесс крепежа детали и уменьшает затраченное на монтаж время.

Свободная стальная конструкция на привариваемом кольце. Она включает в себя главную часть и кольцо, а они в свою очередь должны иметь одинаковый показатель условного объема и давления.

Если провести параллель с ранее указанными вариантами, то в этом механизме удобство установки находится на более высоком уровне, потому, что на трубы наваривается сам диск, а фланец оставляют в свободном расположении.

Благодаря этому, соединение болтовых отверстий на свободно расположенных деталях и на аналогичном механизме на арматуре выполняется без затруднений, даже в месте трудного доступа. Поворачивать трубу при данном соединении также не нужно.

К положительным моментам их использования относится то, что при подборе для трубы из нержавейки, можно поставить кольцо из нержавейки, а фланцевую конструкцию из углеродистой стали.

В мире применяют и другие классификации, например:

Переводятся эти стандарты в специальных таблицах, где есть четкое указание, какой стандарт определяет характеристики того или иного изделия.

Исполнения уплотнительной поверхности фланцев

Фланцы арматуры необходимо производить с уплотнительными поверхностями типа А, В, D, F, J, K, M. Остальные варианты уплотнительных поверхностей фланцев арматуры допускают только по требованию клиентов.

Фланцы изготавливают в соответствии к требованиям, которые обеспечивают выдержку геометрических габаритов и механических характеристик.

Например, плоские фланцы можно производить сварным путем, если при работе выдержанны условия проварки шва, это должно быть выполнено по всей протяженности сечения на устройстве. Уровень качества таких швов рекомендуют проверять ультразвуковым способом.

Как правило, способ изготовления определяет производитель, в том случае, когда заказчик дополнительно не обговорил это при заявке.

Круглые и квадратные виды

По видам конструкции данные характеризуют:

Технологические характеристики стальных фланцевых соединений на трубах имеют прямую связь к технологическим процессам и заготовкам, которые берут для работы.

По этим причинам, для показателей давления, которое не превышает величину в 40 кгс/см2 в соотношении к ГОСТ 12815-80 предусматривают не только механизмы круглой формы, но и виды в форме квадрата.

Давление, которое они в состоянии выдержать

Стальные изделия плоские привариваемые (ГОСТ 12820-80) и детали из стали свободные на привариваемом диске (ГОСТ 12822-80) переносят нагрузку до 25 кгс/см2. А варианты привариваемые встык (ГОСТ 12821-80) переносят влияние даже до 200 кгс/см2.

Величину в таких ситуациях показывают в разнообразных представлениях, это:

Но, выпуская товары этой линейки основной измеряющий параметр это кгс/см2.

Особенности монтажа

Ключевым моментом установки фланцевого крепления стала затяжка его стыков. Для достижения максимальной герметичности стальной конструкции, нужно брать в работу только те изделия, которые отличаются высокой точностью соединения.

Дальнейший ход работы следующий:

Момент подтяжки требует особого внимания, иначе герметичного соединения не создать. Уровень стягивания должен быть одинаково распределен по всему элементу. В период затяжки на болт влияет сила растягивания. И любое чрезмерное усилие способно оборвать резьбу или болт.

Для того, чтобы отрегулировать силу стяжки фланцевого соединения, применяются разнообразные техники:

Иногда используют стягивание фланцевого механизма от руки, но это под силу только только определенной категории людей. После крепления фланца (на протяжении первых суток) элемент может терять силу затяжки приблизительно на десять процентов. Через 48 часов после установки фланцевого механизма рекомендуют выполнить дополнительную протяжку.

Фланцевое соединение стальных труб является очень важным моментом. Подбирают фланцевые изделия в соответствии ко всем перечисленным выше характеристикам. В технической документации можно найти данные о том, какие из изделий лучше поставить в каждом конкретном случае.

Источник

Виды фланцев и применение фланцевых соединений в трубопроводах

Главная задача, возникающая в процессе монтажа трубопроводов – обеспечить надёжное и герметичное соединение стыков труб (стальных, керамических, из ПНД и т.п.), валов или осей между собой. Для этого их соответствующим способом оформляют – нарезают резьбу ( муфтовое соединение), либо предусматривают на обоих торцах плоские детали с отверстиями под болты. Такие детали называют фланцами.

Область применения

Что такое фланец? Это вид фитинга для соединения отрезков труб. Наружная образующая такого соединителя может иметь любую форму, но чаще всего также бывает круглой. Круглые детали, фото которых часто можно видеть в инструкциях, предпочтительнее квадратных или шестигранных потому, что они технологичнее в производстве и менее трудоёмки при монтаже.

Ранее фланцем называли уступы круглой или прямоугольной формы для стыкового соединения любых (в том числе, и неподвижных) частей изделия. Бытовало даже соответствующее обозначение для технологического перехода штамповки таких уступов — фланцовка. Однако из ныне действующего ГОСТ 18970-84 этот термин был исключён и заменён термином «отбортовка».

Разберёмся, для чего нужны фланцы. Фланцевое соединение трубопроводов предполагает наличие смежной пары, которая представляет собой две плоские детали, иногда с внутренними круглыми в плане выточками, обеспечивающих более точную осевую центровку места стыка. Диаметр/поперечный размер любого типа изделия всегда больше, чем торца смежной детали.

Фланцевые соединения труб

Поскольку опорная поверхность фланца всегда достаточно развита, то это предоставляет такому соединению следующие преимущества:

Основным назначением данной детали считается возможность обезопасить детали от потери герметичности и от воздействия опасных растягивающих напряжений, а для соединения вращающихся деталей машин (например, кардана автомобиля) – ещё и повысить прочность стыка по крутящему моменту.

Типы фланцевых фитингов

Фланец — это деталь, имеющая различную конфигурацию. Классификация обычно производится в соответствии с рекомендациями ГОСТ 33259-2015 (распространяется на продукцию для трубопроводов), ГОСТ 12820-80/12821-80 (касаются изделий соединительных общего применения) и ГОСТ 9399-81 (относится к резьбовым конструкциям).

В дальнейшем рассмотрим тему применительно к герметизирующим трубным деталям.

Типы фланцев по способу соединения

Различают детали приварные и резьбовые. Стальные трубы могут быть соединены путем сварки, когда горловина стыка оформляется специальным сварным швом либо привинчиванием фланца к трубе.

Фланцевые соединения для труб используются в трубопроводных системах с высоким давлением и температурой, а также имеющих диаметр более 50 мм. Резьба используется в трубопроводах малого диаметра, которые не подвержены механическим воздействиям: тепловому расширению, вибрациям, сжатию, динамическим колебаниям (все эти условия могут привести к постепенному разрушению резьбовых соединений).

Какими бывают фланцы? Конструктивно приварные фланцы подразделяются на разъёмные и неразъёмные.

В первом случае на торце детали имеется минимум 4 отверстия под болты или соединительные шпильки (для стыков особой точности изготавливается дополнительное отверстие под центрирующий штифт). Прочие виды соединений – клеммные, эксцентриковые, рычажные – распространения не получили.

Классификация по способам изготовления

Любые виды рассматриваемых изделий работают в тяжёлых эксплуатационных условиях, подвергаясь постоянному или циклическому воздействию внешних сил, крутящих моментов, давлений. Для изготовления фланцевых соединителей используют следующие технологии:

Механической обработкой на станках получают стальные фланцы из высокоуглеродистых и легированных сталей, отличающихся пониженной пластичностью. Готовые детали характеризуются высокой неравнопрочностью по отдельным сечениям и наличием концентраторов напряжений в местах перерезывания волокон. Такие изделия после точения подлежат термообработке.

Наиболее прогрессивным техпроцессом является штамповка, позволяющая за 1-2 перехода оформить на прессе необходимую по чертежу конфигурацию. В качестве исходных заготовок можно использовать прутки или поковки из малоуглеродистых (более дешёвых), а также нержавеющих сталей (последние содержат никель, повышающий пластичность). Равнопрочность штампованной продукции – наибольшая.

Классы давления фланцев

Предложены ANSI (American National Standards Institute – Американский институт стандартов) и устанавливают рекомендательные соотношения между давлением и температурой среды, прокачиваемой по трубопроводам (см. табл.):

Маркировка класса ANSI может наноситься на продукцию импортного производства

Основные параметры фланцевого крепежа

ГОСТ 33259-2015 предусматривает следующие параметры продукции отечественного производства:

Установлено два размерных ряда: 1 и 2 (первый является предпочтительным). Внешнюю конфигурацию и габаритные размеры стандарт не ограничивает, но, в зависимости от давлений и диаметров присоединяемых частей трубопровода, устанавливается диаметр отверстий под крепёж и их количество.

Из чего производят

Герметизирующие и уплотнительные фланцы по ГОСТ 33259-2015 для арматуры должны изготавливаться из металла или литейного чугуна, который отвечает требованиям ISO 70005-2:1988. Для изделий с приварной частью имеет значение свариваемость стали, которая с повышением процентного содержания углерода и увеличения легирующих элементов в стали понижается.

Инструмент для производства соединения

Для образования приварного фланцевого соединения используют различные виды сварки – дуговую, газовую, под слоем флюса и пр. Качество сварного шва проверяется рентгенографическими, магнитометрическими или ультразвуковыми дефектоскопами, приборами «Фотон-М», а для менее ответственных соединений применяют метод пенетрации.

Надёжность схемы соединения с использованием резьбовых фланцев или болтов крепления проверяют, контролируя момент затяжки с помощью динамометрического ключа.

Как соединить трубы фланцами

Проверенное соединение должно крепиться на кронштейнах или других надёжных опорах.

Изделия с резьбой навёртывают на соединяемые участки трубы, после чего крепят аналогичным образом к потолку или стене.

Заключение

Описанные детали отличаются надёжностью и долговечностью в работе. Например, что такое обслуживание фланца в сантехнике? Оно сводится только к замене износившихся прокладок. Аналогичная ситуация и в машиностроении. Этим и обусловлена популярность данных изделий

Видео процесса соединения труб при помощи фланца:

Источник

Назначение и классификация фланцев

Назначение фланцев

Итак, разберёмся, что такое фланец, для каких целей его используют? Какие типы фланцев бывают?

Фланец – это металлическая деталь различной геометрической формы, используемая в трубопроводных арматурах для герметичного и прочного присоединения элементов трубопроводов друг к другу и к специальному оборудованию. Равномерно по периметру фланец имеет отверстия для обеспечения прочного соединения деталей с помощью шпилек, болтов и других крепежных элементов. В настоящее время производят 9 вариантов фланцев разной формы и размеров площади стыка.

Фланцы любого типа и назначения в большинстве случаев изготавливают из стали широкого ряда марок. Выбор материала определяется рабочей средой, для использования в которой предполагается фланец.

В настоящее время наибольшее распространение в производстве фланцев получили марки стали:

Нормативная отраслевая документация

Способы производства фланцев, используемые материалы, технические характеристики, рекомендуемые области их назначения в Российской Федерации регламентированы государственными и межгосударственными отраслевыми стандартами.

На современном этапе существует 2 подхода к классификации фланцев: по типу соединения и способу изготовления.

Типы фланцев по способу соединения

Данный тип фланцев предназначен для эксплуатации в температурном диапазоне от минус 253 до плюс 600°С в конструкциях с чрезвычайно высоким давлением. Он имеет конусообразное исполнение, что позволяет обеспечить работоспособность арматуры в указанных условиях. Сглаженный переход воротникового фланца в корпус трубопровода достигается за счёт внедрения конуса фланца, его наибольший диаметр должен соответствовать диаметру корпуса трубопровода. Конструкция фланца эффективно снижает появление возможных препятствий при прохождении рабочей среды, турбулентности потока и способствует распределению возникающих напряжений в трубопроводе.

Фланцы данного типа разработаны в таком исполнении, что они свободно вращаются и перемещаются вдоль каркаса трубопровода, что упрощает устройство выемок для крепежных элементов. Их не требуется приваривать или жестко фиксировать. Соединение трубопроводов осуществляется двумя сварными швами по углам на внешней и внутренней поверхностях. Данные фланцы не имеют выпуклой поверхности. Радиус поверхности стыка обычно стандартный и совпадает с радиусом трубы и остальных используемых фланцев. Часто используются в комплекте с фланцами других типов.

Предназначены для невысоких рабочих давлений и температурного диапазона от минус 30º до плюс +300°С. Имеют небольшие сроки службы и не применяется в трубопроводах с жидкой рабочей средой. Тем не менее, сделанный из качественной углеродистой стали, фланец свободного типа эффективен как бюджетный вариант исполнения для применения в коррозийно-устойчивых трубопроводах.

Исторически фланцы раструбного типа были предназначены для труб малого диаметра с высоким рабочим давлением. Сроки их службы по сравнению с фланцами свободного типа значительно выше. В настоящее время используются для соединений арматуры, работающей в температурном диапазоне от минус 20 до плюс 70°С. Соединение с каркасом трубы достигается сваркой с одного угла на внешней поверхности фланца. Недостатком фланца данного типа является высокая вероятность разрыва, особенно в коррозионно-неустойчивых трубопроводах, поэтому их использование ограничено.

Фланцы данного типа применимы в диапазоне рабочих температур от минус 70º до плюс 450ºС и максимальных давлений до 2,5 МПа. Являются наиболее распространенными, просты в изготовлении и имеют относительно низкую стоимость. Обычно, имеют конструкцию различной геометрической формы с отверстием под заданный диаметр арматуры и отверстиями под крепежные элементы.

При стягивании фланцев данного типа болтами или шпильками получается косвенное бесконтактное соединение только за счёт уплотнительной прокладки. Могут применяться, в том числе, и в качестве опорных элементов для трубных конструкций различных технических объектов. Приварные плоские фланцы обеспечивают прочное присоединение опор к основанию и хорошо подвергаются демонтажу путем открепления болтов или шпилек.

Резьбовые фланцы предназначены для объектов, эксплуатируемых в специфических условиях. Главное преимущество состоит в возможности их фиксирования на трубе без применения сварочных работ, только за счёт резьбового соединения, в редких случаях их совмещением. Резьбовые фланцы часто используются в трубах небольшого диаметра и не применимы для конструкций, выполненных из труб малой толщины, так как нет возможности нанести на них резьбу.

Глухой фланец (заглушка) представляет собой плоскую деталь без центрального отверстия под трубопровод, но с отверстиями по диаметру под крепежные элементы. Цель его применения – временное или постоянное перекрытие («заглушка») рабочего потока на торцевых концах каркаса трубы.

Широкое распространение заглушки получили в газопроводах, холодных водопроводных магистралях, системах ливнестоков и др. Температурный диапазон применения достаточно широк: от минус 70 до плюс 600°С.

Классификация по способу изготовления

Данная классификация основывается на промышленных способах изготовления металлических фланцев.

Ковка. Способ ковки металлических деталей основывается на пластичных свойствах металла. Заключается в многократной обработке металлической заготовки под давлением, за счёт чего достигаются требуемые конструкторской документацией технические параметры изделия.

Центробежное электрошлаковое литье (ЦЭШЛ). Сырье (металлы, сплавы металлов) для таких деталей подвергается электрошлаковой переплавке. После чего отправляется в форму для создания заготовки. Такой метод позволяет создавать заготовки с минимальными припусками, которые удаляются при помощи резки. Данная технология позволяет изготавливать фланцы больших диаметров.

Горячая штамповка. Штамповка – достаточно производительный технологический способ и представляет многостадийный процесс, осуществляемый в 4 этапа: осадка, формообразование, прошивка, обрезка. Данным методом получают заготовки заданной формы и размеров. Штампованные заготовки, как и литьевые, подвергаются механической доработке до заданных размеров чаще всего методом резки.

Изготовление из раскатных колец. Данный метод основывается на изготовлении заготовок путем раскатки из металлических колец, после чего деталь подвергается механической обработке. Подходит для изготовления фланцев больших размеров.

Резка. Способ, используемый для обработки металлических заготовок, при котором с детали снимаются шероховатости и припуски. Осуществляется на металлорежущих станках. В настоящее время существуют разновидности резки: электроискровая, лазерная, ультразвуковая, химическая и др. В результате получают изделия с требуемыми техническими характеристиками.

Как мы убедились, типов, вариантов исполнений и способов изготовления фланцев достаточно много. При выборе фланца, как составляющей трубопроводной арматуры, должное внимание следует обратить на материал, производителя, соотношение цена-качество изделия. Правильно выбранный фланец поможет обеспечить надежность и работоспособность всей трубопроводной технической конструкции.

Источник