Основные характеристики и назначение фланцевых соединений

Основные характеристики и назначение фланцевых соединений

Использование фланцевых соединений в трубопроводах обусловлено простотой сборки и возможностью замены запорной арматуры или фасонных изделий. Такая конструкция обеспечивает прочную стыковку частей трубопровода.

Благодаря фланцевым соединениям облегчаются следующие мероприятия:

• профилактические работы по очистке труб
• ремонт частей трубопровода
• модернизация элементов

Визуально фланец представляет собой деталь с плоской поверхностью квадратной или круглой формы. Изделие имеет отверстия, предназначенные для установки крепежных элементов – болтов, шпилек, шайб, гаек.

В эксплуатации трубопроводов используются несколько видов фланцевых соединений:

• приварной тип
• свободновращающийся вид
• резьбовой тип
• глухой формы
• сквозного вида

Фланцевые соединения используются практически для всех трубопроводов с различными средами. В зависимости от характеристик передаваемой среды, подбирают материалы для изготовления фланцев или делают композитные изделия, которые повышают стойкость металлов к специальным веществам.

Подразделяют фланцы по:

размерам:

— воротниковые (еще – юбочные) могут иметь различные виды исполнения – с впадиной, с пазом, с шипом, с выступом, с соединительным выступом:

форме уплотнительной поверхности

этот параметр зависит от материала прокладки, профиля и давления среды. Так, при показателе давления до 4 МПа/м2, что равно 40 Бар, фланцы имеют гладкие поверхности, для чего используют прокладки из паронита, резины или картона, при давлении до 20 МПа/м² (это 200 Бар) – на поверхности одного фланца имеется выступ, у другого – соответствующая впадина, прокладки – паронитовые и асбо-металлические. Когда давление в трубопроводе превышает 6,4 МПа/м2 (соответственно 64 Бар), выбираются фланцы с конической уплотнительной поверхностью);

способу крепления;

по типу используемой прокладки

с пазом под фторопластовую прокладку, с шипом под фторопластовую прокладку, под прокладку овального сечения, под линзовую прокладку;

особому предназначению

для подводных трубопроводов, для аппаратов и сосудов, а также стальные резьбовые;

особенностям конструкции

с элементами корпусной детали, вала, фитинга, трубы и т.п.

Фланцы приварные плоские соответствуют ГОСТ 12820-80, приварные воротниковые – ГОСТ 12821-80, а свободные на приварном кольце – ГОСТ 12822. Стоит заметить, что ГОСТ 12815-80 допускает 9 разновидностей в изготовлении фланцев, которые могут отличаться размерами стыковочных поверхностей и формой. Также фланцы, изготовленные по ГОСТу 12820-80 могут быть использованы в сооружениях трубопроводов при температурном диапазоне от минус 70°С до 450°С, а фланцы воротниковые, которые привариваются встык (ГОСТ 12821-80) могут применяться в конструкциях трубопроводов, где температурный режим колеблется от минус 253°С до 600°С.

Фланцы на приварном кольце считаются более удобными в монтаже, а потому их применяют в труднодоступных местах, а также в местах, где требуется проведение частых ремонтных работ.

Основным предназначением фланцев является монтаж отдельных частей трубопроводного сооружения (регулирующая, запорная арматура), соединение деталей конструкции между собой, а также присоединения к трубопроводу специального оборудования. Фланцы используют с целью создания прочного и достаточно герметичного соединения арматуры к трубопроводам, что возможно благодаря их конструктивным особенностям.

Типы фланцев по способу соединения

• Воротниковый

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.

• Свободный (накидной)

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.

• Раструбный

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.

• Приварной плоский

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.

• Резьбовой

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

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.

Виды фланцев

Существует несколько видов фланцев стальных.

• Плоские приварные . Типовые решения, используемые в большинстве магистралей. Фланец располагается на конце трубы, фиксируется сваркой в тыльной части.
• Воротниковые . Элементы имеют юбку под приварку. Для фиксации достаточно одного сварного шва.
• Свободные . Сборные решения, состоящие из фланца и кольца. Кольцо фиксируется на краю трубы, ограничивая перемещение фланца.

Какие бывают фланцы на трубопроводе? В рамках одной линии могут задействоваться свободные, воротниковые и плоские решения. Все зависит от особенностей проекта.

Классификация фланцев

Активное развитие современных технологий привело к тому, что комплектация технологических трубопроводов пополнилась самыми разными видами конструкций данной детали. Как мы уже упоминали, фланцевые соединения состоят из трех основных элементов: фланца, прокладки, крепежей (они имеют важно значение при объединении штуцера трубопровода). Основная задача узла – это соединение трубопроводных составляющих либо присоединение к трудам дополнительных приспособлений.

Выделяют несколько основных классификация фланцев в зависимости от различных критериев. По конструктивным особенностям они подразделяются на свободные и цельные. Последние вместе с корпусом испытывают на себе равнозначные силовые, механические нагрузки – процесс изготовления фланцев такого типа предполагает использование арматуры в условиях штамповки или отливки, а также комбинацию этих операций и сварки. Свободные же фланцевые соединения – это по сути металлический диск, прикрепленный к отбортованному краю трубы (к предварительно приваренному фланцу). Каждая модификация имеет свои отличительные черты. Отметим только, что детали фланец свободного типа обладают меньшей прочностью, жесткостью.

В зависимости от своего назначения фланцы подразделяются на два вида: для трубопроводов и для арматуры (то есть для присоединения дополнительного оборудования к всевозможным металлическим конструкциям). Для первой модификации характерно изготовление фланцев на заказ для создания максимально универсальной продукции – впоследствии они используются в транспортном, жилищно-коммунальном хозяйстве. С их помощью осуществляется перегонка нефти, разработка теплопроводных систем.

Технология изготовления

Производятся фланцы стальные из разных конструкционных материалов по не одинаковым технологиям. Для DN в пределах 2200 мм самым экономичным методом считается вырезание плоских фланцев из листовых сталей с заданными свойствами.

Резка из листовой стали

С возникновением высокопроизводительных методов лазерного, плазменного и гидравлического раскроя под высоким давлением плоские фланцы стальные стали значительно дешевле. Снизилось количество отходов и обрезков, повысилась технологичность процессов.

Одновременно с обрезкой наружного контура фланца появилась возможность изготовления отверстий под резьбовой крепеж и внутреннего сечения детали. Резкой можно изготовить фланцы любой толщины и внешних габаритов практически из любой стали. На следующем этапе заготовка нагревается и прокатывается на гибочном станке.

Ковка из колец раскатных

Изготавливаются фланцы стальные из раскатных колец по следующей технологии:

полнотелая цилиндрическая заготовка нагревается в печи;

• затем сминается прессом, штампом пробивается внутреннее отверстие;
• далее полуфабрикат помещается в раскатный станок, придающий роликами поверхностям фланца необходимую конфигурацию.

Чистовая обработка выполняется на металлорежущих станках. Технология обладает высокой производительностью, но значительный расход энергоносителя увеличивает себестоимость фланцев.

Центробежное литье

Чтобы исключить дефекты литья фланцы стальные отливают в формах, вращающихся с большой скоростью. В результате центробежных сил сталь упрочняется, полости и каверны отсутствуют изначально.

Посадочные и уплотнительные поверхности обрабатывают на станках, затем высверливаются отверстия для шпилек.

Стальные литые фланцы согласно стандарту ГОСТ 12819 в зависимости от давления рабочей среды могут иметь следующие диаметры:

Технология обладает высокой материалоемкостью и низкой производительностью. Фланцы имеют неоправданно высокую себестоимость.

Штамповка на кольце подкладном

Методом объемной штамповки получают фланцы стальные воротникового и плоского типа. Подкладное кольцо является матрицей, в которой пуансоном формируется необходимая форма изделия. Технология обладает высокой производительностью, и средней энергоемкостью.

Прокладки для фланцев

Изначально фланцы стальные предусматривают использование прокладок для обеспечения герметичности стыка. Ассортимент этих расходных элементов весьма разнообразен, их изготавливают из следующих материалов:

• спирально-навитые модификации;
• эластомеры;
• графит терморасширяющийся;
• металлографит;
• металлические зубчатые кольца.

В поперечном разрезе сечение колец может быть овальным и восьмигранным.

Предлагаем в Москве стальные фланцы по расценкам производителей. В наличии изделия стандартны размеров по любым технологиям для рабочих сред с заданными характеристиками. Наши эксперты помогут с комплектацией заказа для конкретных эксплуатационных условий, предложат прочие трубопроводные детали и арматуру.

Назначение фланцев

Создан трубопроводный фланец в качестве быстроразъемного соединения для решения следующих задач:

• герметизация стыка;
• обеспечение соосности элементов трубопровода;
• сохранение ремонтопригодности арматуры и средств КИП;
• производство планового ТО, ремонта и замены оборудования;
• отсечение отдельных участков в аварийном режиме за счет установки заглушек;
• монтаж редукционных диафрагм для изменения подачи, давления рабочей среды.

Некоторые варианты исполнения посадочных поверхностей фланцев обеспечивают взаимозаменяемость. Другие являются ответными друг для друга без возможности замены другим типом исполнения. Например, для фланца с ответным шипом С потребуется фланец соответствующего диаметра с пазом D по форме этого шипа.

Фланцевое соединение (фланцы стальные для воздуховодов)

Использование фланцев при монтаже воздуховодов (вентиляционных труб) является распространённой практикой. Фланец устанавливается на воздуховоде посредством сварки, друг с другом фланцы соединяемых элементов присоединяются с помощью крепежа. Болты туго затягиваются, а гайки располагаются одинаково: все с одной стороны фланца. Нормативные документы определяют способы крепления фланцев к воздуховоду: это может быть сварка с отбортовкой, точечная сварка или использование заклепок. При этом между стальными фланцами соединяемых воздуховодов размещают уплотнительные материалы. С перечнем разрешенных для использования в этих целях материалов можно ознакомиться в СНиП 3.05.01-85. Конечно, Использование сварных фланцев имеет ряд слабых мест: на изготовление уходит много металла; для установки нужен дополнительный крепеж; установка фланцев и монтаж воздуховодов – сложные и длительные процессы. Несмотря на это, в некоторых случаях фланцевое соединение является незаменимым, например, при монтаже сварных воздуховодов из холоднокатаной черной стали, воздуховодов класса плотности П, воздуховодов для систем аспирации и пневмотранспорта, дымоудаления и др.

Монтаж фланца на воздуховоде

Фланцы для ПНД (для полиэтиленовых труб)

Фланец позволит соединить трубы без сварки.

Фланцы ПНД, используемые для соединения полиэтиленовых труб, представляют собой плоский диск, при помощи которого соединяются трубы и задвижки, краны и другая арматура шпильками и болтами. Разделяются на такие разновидности, как:

1. Муфта электросварная, которая используется для соединения полиэтиленовых труб между собой, с фасонными элементами. Такой тип фланца ПНД имеет нагревательную открытую спираль, при работе не требует специальных приспособлений. Такая муфта выдерживает давление до 16 атм. для воды и до 10 атм. для газа.
2. Полиэтиленовые заглушки ПНД для перекрытий концевых отверстий полиэтиленовых трубопроводов. Изготавливаются из полиэтилена низкого давления, привариваются двумя способами при помощи специального сварочного оборудования.
3. Тройники ПНД предназначены для монтажа нескольких ответвлений для систем с питьевой и технической водой. Приваривается к трубе тройник по методу электросварных муфт.
4. Переходы ПНД применяются для редукции полиэтиленовых труб, крепятся только при помощи сварки встык и терморезисторной сварки.
5. Отводы ПНД применяются для полиэтиленовых труб в водо- и газопроводах. Это конструкционный элемент, позволяющий управлять потоками рабочей среды.
6. Втулки ПНД под фланец используются для обеспечения должного упора, применяются с прижимными элементами.

Трубы, для изготовления которых применяется полиэтилен, требуют использования специальных фланцев, позволяющих выполнять качественное, надежное соединение. Для крепежа применяются не шпильки и болты, а методы сварки, что оптимально подходит именно для этого материала.

Фланцы применяются для соединения самых различных изделий, это универсальный крепежный элемент, который может изготавливаться из разных материалов, иметь разную форму и назначение. Особое место занимают фланцы для соединения полиэтиленовых труб, которые крепятся методом сварки, что позволяет делать прочнейшее крепление отдельных элементов между собой. Хотя технология прокладки труб из полиэтилена допускает использование и обычных стальных фланцев, имеющих многочисленные преимущества. Одним словом, это надежный элемент для трубопровода с различной средой.