Что такое фланец: технические характеристики и применение

Область применения

Что такое стальной фланец для труб? 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».

Виды фланцев

Итак, фланец — прежде всего, метиз. В зависимости от применения данные детали могут быть плоскими, воротниковыми, свободными. Конструктивное исполнение не сильно отличается. На воротниковых фланцах имеется небольшой выступ, напоминающий конус. Часто его и называют воротником. Такой тип фланцев применяют тогда, когда нужно приварить детали встык. Этот выступ помогает плотно соединить между собой соединительные части у трубопроводов. Также они необходимы тогда, когда трубопроводы подводятся к емкостям или другому техническому оборудованию. Главным достоинством таких фланцев является то, что их можно использовать несколько раз. Изготовлены данные метизы из прочных материалов, и это позволяет их применять в работе, где температура колеблется от -253 и до +600 градусов по Цельсию.

Плоский фланец — что это? Это метиз, который напоминает плоский диск с отверстиями. Его используют, когда нужно соединить части арматуры, валы, сосуды, трубопроводы, приборы и тому подобное. При помощи этого элемента можно плотно закрепить части трубопроводов.

Свободный фланец — что это? Этот вид не сильно отличается от вышеперечисленных. Он состоит из двух частей: из обычного фланца и кольца. 

Важно, чтобы они были сделаны из одного материала и имели одинаковый диаметр и давление. Их применяют там, где работы наиболее трудны, где сложно выполнить монтаж.

За счет двух частей соединение будет плотным и прочным. Сначала подсоединяется обычный фланец (он приваривается), а другое кольцо затем во время работы можно спокойно поворачивать.

Классы давления фланцев

Детали, изготавливаемые согласно стандартам Asme (Asni) всегда характеризуются рядом параметров. Одним из таких параметров является номинальное давление. При этом диаметр изделия должен соответствовать его давлению согласно установленным образцам. Условный диаметр обозначается комбинацией букв «ДУ» или «DN», после чего стоит цифра, характеризующая сам диаметр. Условное давление измеряется в «РУ» или «PN».

Чертеж фланца с различными обозначениями

Классы давления американской системы соответствуют переводу в МПа:

• 150 psi — 1,03 МПа;
• 300 psi — 2,07 МПа;
• 400 psi — 2,76 МПа;
• 600 psi — 4,14 МПа;
• 900 psi — 6,21 МПа;
• 1500 psi — 10,34 МПа;
• 2000 psi — 13,79 МПа;
• 3000 psi — 20,68 МПа.

В переводе с МПа каждый класс будет указывать на давление фланца в кгс/см². От класса давления зависит, где будет использоваться выбранная деталь.

Как выполняется соединение фланцевого типа?

Когда нужно объединить две детали трубопровода применяется приварка стального фланца к трубе. Данная фиксация именуется соединением фланцевого типа и в перспективе позволяет разобрать трубопровод, чтобы сделать ремонт. Чтобы понимать, как происходит сборка, нужно детально рассмотреть процесс:

1. Для состыковки 2-ух компонентов используются плоские детали, имеющие в самом центре отверстие, куда ставится торец трубы.
2. Вдоль периметра кольца расположены отверстия – в них ставятся элементы крепежа: болты или шпильки с гайками.
3. Место соединение будет разъемным, чтобы оно было непроницаемым применяют прокладки для уплотнения. Соединение фланцевого типа призвано состыковывать 2 трубы или подсоединять трубу к емкости, оборудованной вводящим отрезком трубы с фланцем.

Отчетливый пример соединения фланцевого типа

Фланец можно создать собственными руками – подобная деталь прекрасно подойдет на точило для станка по заточке предметов.

Инструменты для изготовления соединения

Чтобы без посторонней помощи выполнить соединение 2-ух деталей трубы, нужно приготовить инструменты. Как правило это оборудование, которое предназначено для завинчивания болтовых соединений по окружности фланцев:

• ручной ключ;
• накидной ключ;
• пневматический гаечный ударный ключ;
• гидравлический динамометрический ключ;
• болтовой натяжитель гидравлического типа.

Состыковка на трубах

По мимо этого понадобится специализированная смазка, которая наносится на две поверхности, во избежание трения деталей и обеспечить легкость крутящего момента. Очередность работы проста: в первую очередь завинчивают первый болт, потом переходят к закрутке того, который находится вдоль диагонали на 180 градусов от первого. Дальше переходят к болту, размещенному под угол 90 градусов от второго, а от него – к противоположному.

Рекомендации от профессионалов

Есть ряд полезных советов от мастеров профессионалов, которые смогут помочь с первого раза справиться с соединением фланцевого типа:

1. Если детали имеют по 4 отверстия, то стягивать болты нужно накрест.
2. Поверхностную часть конструкции следует в обязательном порядке обезжирить и проверить на предмет коррозии и ржавчины.
3. Лучше всего применять только новые прокладки для уплотнения, при этом ставить их необходимо строго по самому центру.
4. Сила затяжки болтов должна быть одинаковой – именно так можно обеспечить надежное и герметичное соединение фланцевого типа.

Соединенные трубы с фланцами

Чтобы в перспективе снять фланец применяются специализированные станки, которые помогают расточить его и разжать болты. Извлечь детали ручным способом трудно, благодаря этому используются пневматические инструменты.

Соединение труб при помощи фланцев считается качественными и хорошими видом состыковки 2-ух деталей. Оно способствует в перспективе выполнить ремонт трубопровода путем изъятия элементов для соединений, в то время как сварка не даст возможность выполнить эту процедуру. Выбирается он в точном согласии с рабочими условиями, температурой и диаметром трубы.

Фланцевое соединение

Стыковка труб сварным способом хоть и обеспечивает высокую прочность и герметичность, но использовать сварку бывает не всегда целесообразно. Например, если требуется получить разъемное соединение, то придется прибегнуть к альтернативным вариантам стыковки. Одним из таких способов является фланцевое соединение, нашедшее широкое применение при соединении труб отопления, водоснабжения, а также при монтаже промышленных и судовых трубопроводов. Помимо стыковки труб, такие соединения используют при установке трубопроводной арматуры (задвижек, смотровых фонарей), а также при монтаже трубопроводного оборудования (насосов, измерительных приборов). Что это такое? Сами по себе фланцы выполнены в виде плоской пластины преимущественно в форме кольца (реже – квадрата). В центре фланца расположено отверстие, в которое вставляется конец трубы. По краям фланца расположены отверстия поменьше – они предназначены для болтового соединения. В качестве альтернативы болтам могут использоваться шпильки для фланцевых соединений. Для того чтобы обеспечить герметичность конструкции, между фланцами размещается резиновая прокладка. Крепление фланца на торцевую часть трубы обычно осуществляется двумя способами – сваркой или посредством резьбового соединения.

Разновидности соединений Согласно ГОСТ №12815 по материалу изготовления фланцевые соединения разделяются на несколько типов:

• Из ковкого чугуна – могут функционировать при рабочем давление среды (жидкости или газа) 1,6-4 МПа и её температуру в пределах -30-400 градусов.

• Стальные фланцы – способны выдерживать давление в пределах 1,6-20 МПа и температуру от -250 до 600 градусов.

• Из серого чугуна – такие фланцы выдерживают давление от 1 до 16 МПа и температуру от -16 до 300 градусов. Кроме того, фланцы также делают из бронзы, латуни и даже пластика.

Что касается вариантов исполнения этого соединения, то оно может быть следующих типов:

• С выступом под углом 45 градусов и выборкой в торцевой части.

• С пазом внутри кольца фланца, которое расположено по всей окружности.

• С соединительной фаской, располагающейся под углом 45 градусов.

• С фаской под установку линзовой прокладки. В связи со специфичностью продукции приобрести фланцевое соединение трубопроводов может оказаться не так просто – или нужной модификации оборудования не будет в наличии, или цена на продукцию будет непомерно завышенной. 

Другие типы фланцевых соединений

• Измерительные фланцевые соединения. Они обеспечивают стыковку трубопроводных сетей с дополнительным оборудованием и измерительными устройствами.
• Соединения, работающие под большим давлением. Такие узлы подвергаются переменным нагрузкам от работающих механизмов. Поэтому чтобы обеспечить плотность и прочность, а также долговечность, следует соблюдать ряд технологических нюансов при монтаже. Закручивание шпилек производится постепенно по кругу и в определенной последовательности. Фланцевые соединения могут стать более прочными за счет использования линзового вида прокладки. Чтобы использовать этот вид прокладок, предварительно необходимо отшлифовать поверхность и прокладки, и трубы непосредственно. Наилучшим вариантом для данного вида служат резьбовые фланцевые соединения. Также может использоваться наряду с линзовой прокладкой, плоская металлическая. Максимальная плотность фланцевого соединения обеспечивается использованием таких материалов для плоских прокладок, как медь или алюминий.

Фланцевый замок. Это соединение по конструкции полностью соответствует фланцевому, отличие заключается в том, что вместо привычных крепежных изделий – болтов и шпилек, используется специальная конструкция в виде полосы, которая обжимает фланцы и затягивается болтами. В таких соединениях отверстия по диаметру фланцев отсутствуют. Такой вид отлично зарекомендовал себя в узлах, которые требуют быстрого и периодического разъединения-соединения. Использовать в этом случае можно плоские приварные фланцы или приваренные встык.

Варианты исполнения фланцев

Помимо классификации по материалу изготовления и способу монтажа, фланцы разделяются в зависимости от конструктивного исполнения. ГОСТ №12820 на стальные фланцы определяет 9 вариантов исполнения соединительных элементов:

• исполнение №1 – конструкция оборудована соединительным выступом (фаской) под углом 45 градусов;
• исполнение №2 – с выступом под углом 90 0 ;
• исполнение №3 – с выступом на 45 0 и выборкой (впадиной) на внутренней торцевой части;
• исполнение №4 – с внутренней выборкой и выступом на 90 0 ;
• исполнение №5 – с внутренним пазом по всей окружности фланца;
• исполнение №6 – нарезана внутренняя фаска под установку линзовой прокладки (вибровставки);
• исполнение №7 – фаска предназначена под установки прокладки овальной формы;
• исполнение №8 и №9 – аналогичны конфигурации №4 и №5 за исключения наличия фаски под линзовую прокладку.

Варианты исполнения фланцев

В отдельную группу относятся компрессионные фланцы, предназначенные для соединения стальных и пластиковых труб. Компрессионные конструкции состоят из двух частей – фланцевой пластины и выходящей из нее цанговой муфты под ПЭ трубу. Компрессионные фланцы предназначены для систем с давлением до 10 МПа. Также существуют компрессионные адаптеры, посредством которых выполняется переход из пластиковой трубы на металлическую арматуру.

Вибровставка, она же вставка фланцевая, используется для снижения уровня шума и вибрации, возникающих в процессе эксплуатации трубопровода. Вибровставки выполняются из термически устойчивой резины, имеющей кордовое основание, за счет которого прокладка получает дополнительную жесткость и устойчивость к деформациям.

Вибровставки производятся в диапазоне диаметров 25-800 мм. Они могут устанавливаться на трубопроводы водоснабжения, подачи воздуха, парообразных веществ и других химически нейтральных жидкостей. Вибровставки диаметром 25-200 мм выдерживают давление до 16 МПа, 250-600 мм – до 10 МПа. Рабочая температура резиновой вибровставки до +110 градусов. Такие компенсаторы не повреждаются при линейном удлинении труб, они способны сжиматься и растягиваться на 12-20 мм, в зависимости от размера вибровставки.

Конструктивные особенности фланцевого крепежа

Фланцевый крепеж, помимо самой соединительной пластины, состоит из 3-ех элементов:

Согласно положениям ГОСТ №12816, использовать болты можно на трубопроводах с давлением рабочей среды до 25 МПа, если давление в системе превышает данную величину, должна применяться монтажная шпилька (стальной стержень с резьбой но обеих концах), которая обеспечивает большую прочность стыка. В трубопроводах высокого давления (от 100 МПа) используется шпилька из 35-ой стали, при давлении до 100 МПа – шпилька из стали 20Х.

Шайбы для фланцевых соединений представляют собой стальную пластину, подкладываемую под гайку либо шапку болта с целью увеличения ее опорной площади. Для крепежа фланцев допускается применять болты, шпильки и шайбы классов прочности 8.8, 6.6 и 5.6.

Защитный кожух из листовой стали

На фланцы, установленные на трубопроводах перекачивающих агрессивные жидкости, в обязательном порядке монтируется защитный кожух (КЗХ). Кожух представляет собой чехол из гидфровобного текстиля, листовой стали либо полимерных материалов, который предотвращает расплескивание рабочей среды при потере соединением герметичности.

Защитный кожух выпускается в диаметре 15-1200 мм, наиболее распространенные кожухи из фторопласта могут эксплуатироваться при температуре от -200 до +230 градусов.

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.

Технология монтажа фланцевых соединений

Одним из важных моментов технологического процесса монтажа фланцев является подгонка всех элементов соединения. До проведения монтажа осуществляются мероприятия, направленные на подготовку деталей к установке.

На предварительном этапе проводятся действия:

• Проверка поверхности фланцев на отсутствие вмятин, царапин, неровностей. Очищение и обезжиривание поверхности детали.
• Проверка на отсутствие коррозии болтов, шайб и гаек. Снятие заусенец со стали и предварительная подгонка по резьбе элементов.
• Смазка резьбы болтов.

Пробная установка прокладки. При повторной установке, бывшие в употреблении прокладки, не используются. Если возможность применить новые уплотнения отсутствует, применяются несколько штук старых.

Путем затяжки болтов с использованием определенной схемы периодичности достигаются прочность стыка и герметичность системы.

При установке болтов применяется следующая схема:

• Затяжка первых болтов соединения производится не в полную силу.
• После установки первого болта насаживается второй крепеж с противоположной стороны.
• В третью очередь устанавливается болт, отступающий на четверть от первого.
• Далее монтаж осуществляется в крестообразной последовательности.

В случае наличия 4 отверстий под болты монтаж производится крестообразно. В процессе монтажа достигается равномерное затягивание фиксирующих элементов. При избыточном напряжении может возникнуть разрушение резьбового соединения или обрыв шпилек, шайб и болтов. Необходимое усилие для затяжки установлено в спецификации.

В процессе монтажа и затяжки деталей применяются инструменты: ручной гаечный ключ, гидравлические ключи, пневмогайковерт. Ручная затяжка крепежей соединения требует наличия практических навыков. По истечении суток техником осуществляется повторная контрольная затяжка крепежа.