Фланец

Описание и конструкционные особенности

Фланец (нем. Flansch) представляет собой кольцо плоской или прямоугольной формы с равномерно расположенными отверстиями. Эти отверстия используются для фиксации детали с помощью болтов или шпилек. Фланцы необходимы для надежного и герметичного соединения трубопроводов с различными аппаратами, емкостями, машинами, а также для подсоединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение). Стальные фланцы обычно применяются парами.

Обычные фланцы представляют собой плоские кольца с отверстиями, предназначенные для соединения трубы с другой трубой или системой. В каждое отверстие вставляется шпилька или другой крепежный элемент, который фиксирует фланец на трубе. Размер фланца зависит от диаметра и типа трубы, к которой он прикрепляется. Производители могут включать в комплект трубопроводной системы фланцы соответствующего размера. Существуют два основных типа фланцев: плоские и воротниковые, о различиях между которыми можно прочитать в дальнейших разделах статьи.

При фиксации труб герметичность является ключевым критерием. Фланцы обеспечивают надежное и прочное соединение, делая систему более устойчивой к различным нагрузкам, таким как давление и температура. Правильный уход за фланцами позволяет избежать необходимости их замены на протяжении многих лет. Важно также правильно выбрать материал и толщину фланца в зависимости от условий эксплуатации, чтобы обеспечить долговечность и надежность соединения.

Характеристики фланцев

Основные характерные особенности стальных фланцев, или базовые характеристики, в значительной степени зависят от рабочего давления, с которым они будут использоваться.

1. Фланцы плоского типа: Согласно ГОСТ 12820-80, они могут быть применены для соединения трубопроводов (труб) с рабочим давлением от 0,1 до 2,5 МПа. Эти фланцы нормально функционируют в температурном диапазоне от -30 до +300 градусов по Цельсию, что позволяет использовать их в различных климатических условиях и для разных типов жидкости и газа.
2. Фланцы воротникового типа: Согласно ГОСТ 12821-80 и ГОСТ 33259, эти фланцы имеют более жесткие технические характеристики. Допустимая граница давления для воротниковых фланцев составляет 20 МПа, а температурный режим должен находиться в пределах от -40 до +425 градусов по Цельсию. Это делает их подходящими для более требовательных условий эксплуатации, таких как высокотемпературные и высоконапорные системы.
3. Подбор по Ду: Фланец подбирается по условному проходу (Ду), который соответствует внутреннему диаметру трубы. ГОСТом предусмотрены стальные фланцы с Ду от 10 до 1600 мм. Показатели Ду фланцев находятся в диапазоне 10-200. Чтобы сделать правильный выбор в пользу определенной детали, покупатель должен знать Ду. Остальные характеристики, такие как высота отступа, определяются автоматически. Например, для изделия Ду 50 высота отступа составляет 57-59 мм, для Ду 80 — 89-91 мм, а для Ду 100 — 108-110 мм. Внутренний диаметр трубы закладывается в первой цифре, а внешний диаметр во второй.
4. Вес фланца: Не менее важной характеристикой является вес, который определяется объемом, высотой и формой изделия, а также материалом, из которого оно изготовлено. Габариты условного прохода приварных фланцев могут варьироваться от 10 до 2400 мм. В соответствии с ГОСТ, плоский стальной фланец может иметь различные размеры, которые зависят от максимально допустимого давления. Например, для давления до 2,5 МПа требуются фланцы с Ду до 800 мм. Плоский приварной фланец не имеет фиксированного веса, так как он зависит от типа используемой стали и конструкции.

Перед покупкой необходимо сверить характеристики с необходимым видом исполнения, так как на основании этих показателей определяются типы соединений между фланцами и трубами.

Виды фланцев

Фланцевая стальная деталь классифицируется по различным критериям, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для конкретных условий эксплуатации:

1. По формату отделки:

• Гладкая: Фланцы с ровной поверхностью, обеспечивающие хорошее уплотнение.
• Зубчатая: Имеют зубцы для улучшения сцепления и предотвращения сдвига.
• На складе: Фланцы, которые находятся в наличии и готовы к немедленной продаже.

1. По классу материалов: Фланцы могут быть изготовлены из различных марок стали, что влияет на их прочность, коррозионную стойкость и температурные характеристики.
2. По виду поверхности:

• Приподнятая: Имеет выступающую часть, что способствует лучшему уплотнению.
• Плоская: Обеспечивает простое соединение с другими плоскими фланцами.
• Кольцевидное соединение: Использует кольцевые прокладки для герметизации.
• Охватываемая и неохватываемая: Различаются по типу соединения с трубами.
• Язычок и паз: Обеспечивают дополнительное крепление.
• Кольцевого типа соединение: Используется для обеспечения герметичности.

1. По размерностям: Фланцы имеют номинальные размеры и границы давления, что позволяет выбрать подходящий вариант для конкретной трубопроводной системы.

Ключевые типы фланцев

Выбор типа фланца для трубопроводных соединений зависит в основном от требований к прочности фланцевого соединения. Фланцевые соединения относятся к альтернативным способам сварным стальным соединениям, что упрощает техническое обслуживание (демонтаж или замена).

• Воротниковый или юбочный тип: Конструкционно выделяется наличием выступа на внутреннем диаметре в формате усеченного конуса.
• Модель с приварной горловиной («WN»): Имеет длинную коническую втулку, что обеспечивает надежное соединение.
• Приварной фланец с удлиненной юбкой-воротником: Обеспечивает дополнительную прочность соединения.
• Плоский приварной стальной тип 01: Надевается на трубу внахлест и имеет несколько больший внутренний диаметр, чем диаметр трубы.
• Изолирующий тип: Состоит из 2-3 юбочных фланцев с герметичным стыком и защитной втулкой из диэлектриков между ними.
• Раструбный тип фланца: Крепление с трубами осуществляется с помощью одного углового шва на внешней стороне фланца.
• Свободная модель: Отличается плоской поверхностью и используется только в сочетании с заглушкой.
• Заглушка: Фланец в форме диска, используемый для закрытия трубопроводов.
• Резьбовая деталь: Соединяется с трубой путем навинчивания, что обеспечивает легкость установки и демонтажа.
• Глухой фланец: Выделяется отсутствием центрального отверстия, используется для глушения или уплотнения трубопроводов, клапанов и сосудов под давлением, а также для блокировки потока жидкости.

Фланцевый крепеж

Крепеж является совокупностью деталей, задача которых создать неподвижное соединение элементов машин и конструкций. В качестве 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 (труб, кранов). Помимо фланца 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 товара

Варианты исполнения и производство фланцев

Фланцы производятся следующим образом: плоская стальная полоса требуемой толщины нагревается, после чего ей придается форма и диаметр, соответствующие спецификациям будущего фланца, через процесс изгибания. Затем выполняется сварка шва, и готовые фланцы оснащаются патрубком для подключения к трубопроводу. Фланцы могут быть не только стандартными, но и изготавливаться по индивидуальным параметрам, размерам и чертежам заказчика.

Надежность и качество присоединения зависят не только от самого фланца, но и от используемой прокладки. Для фланцевых соединений применяются различные типы прокладок:

• Мягкие прокладки (например, из резины, паронита) обеспечивают герметичность при низком давлении и температуре.
• Полуметаллические прокладки сочетают в себе металлическую основу с мягким наполнителем, что делает их подходящими для более высоких давлений и температур.
• Неметаллические прокладки могут быть использованы в условиях, где металл не подходит из-за коррозии или других факторов.
• Полностью металлические прокладки применяются в условиях высоких температур и давлений, где требуется максимальная прочность и долговечность.

Для обеспечения герметичности фланцевых соединений используются различные виды уплотнений:

• Подвижное уплотнение позволяет компенсировать небольшие движения и деформации, что полезно в условиях вибрации или изменения температуры.
• Неподвижное уплотнение используется там, где стабильность соединения критична, и движения не предполагаются.

Плоские фланцы часто герметизируют с использованием мягкого металла или гофрированных прокладок с мягкой обивкой, что обеспечивает надежное уплотнение и защиту от утечек.

Варианты исполнения и производство фланцев

Фланцы производятся следующим образом: плоская стальная полоса требуемой толщины нагревается, после чего ей придается форма и диаметр, соответствующие спецификациям будущего фланца, через процесс изгибания. Затем выполняется сварка шва, и готовые фланцы оснащаются патрубком для подключения к трубопроводу. Фланцы могут быть не только стандартными, но и изготавливаться по индивидуальным параметрам, размерам и чертежам заказчика.

Надежность и качество присоединения зависят не только от самого фланца, но и от используемой прокладки. Для фланцевых соединений применяются различные типы прокладок:

• Мягкие прокладки (например, из резины, паронита) обеспечивают герметичность при низком давлении и температуре.
• Полуметаллические прокладки сочетают в себе металлическую основу с мягким наполнителем, что делает их подходящими для более высоких давлений и температур.
• Неметаллические прокладки могут быть использованы в условиях, где металл не подходит из-за коррозии или других факторов.
• Полностью металлические прокладки применяются в условиях высоких температур и давлений, где требуется максимальная прочность и долговечность.

Для обеспечения герметичности фланцевых соединений используются различные виды уплотнений:

• Подвижное уплотнение позволяет компенсировать небольшие движения и деформации, что полезно в условиях вибрации или изменения температуры.
• Неподвижное уплотнение используется там, где стабильность соединения критична, и движения не предполагаются.

Плоские фланцы часто герметизируют с использованием мягкого металла или гофрированных прокладок с мягкой обивкой, что обеспечивает надежное уплотнение и защиту от утечек.

Материалы, используемые для изготовления фланцев

Фланцевые крепления могут быть выполнены из различных видов стали. Наиболее популярными являются чугунные фланцы, которые изготавливаются из серого или ковкого чугуна. Чугунные фланцы обычно необходимы в трубопроводной арматуре литого формата, поскольку они обеспечивают хорошую прочность и устойчивость к коррозии.

Стальные фланцы, в свою очередь, могут использоваться для соединения труб из различных материалов. Выбор стали для фланцев зависит от назначения детали, а также от условий эксплуатации. Среди материалов, используемых для фланцев, также можно встретить полипропилен, алюминий и пластик, что расширяет возможности их применения.

Применение фланцев

Фланцы служат для подсоединения конкретного участка трубопровода к различным устройствам, другим трубам, емкостям, теплообменникам, вытяжкам и другим элементам. Ниша применения данного изделия очень широка, поэтому их можно встретить в самых различных отраслях. Можно выделить несколько областей применения фланцев:

• В сборке центральных и городских трубопроводов: Фланцы обеспечивают надежные соединения, что особенно важно для систем водоснабжения и канализации.
• При сборке газопровода: Здесь требуется высокая прочность и герметичность соединений, что достигается с помощью качественных фланцев.
• В монтаже бытовых систем водоснабжения: Фланцы используются для соединения труб, обеспечивая легкость в обслуживании и ремонте.
• При установке теплотрасс: Фланцы позволяют быстро и эффективно соединять элементы системы отопления.
• В процессе сборки промышленных систем и коммуникаций: Фланцы служат соединяющими элементами труб, валов, фитингов или корпусных деталей.
  Фланцы представляют собой универсальный вариант изделия, который в комбинации с другими деталями способен обеспечить максимальную герметичность и надежность соединений. Это делает их незаменимыми в различных областях, где требуется прочность и долговечность трубопроводных систем.

Преимущества и недостатки фланцев

Преимущества:

1. Простота монтажа и демонтажа — фланцы позволяют легко разбирать и собирать соединения, что облегчает обслуживание и ремонт системы.
2. Герметичность — благодаря использованию прокладок, фланцевые соединения обеспечивают высокую степень герметичности, что критично для систем, где важно предотвратить утечки.
3. Широкий диапазон эксплуатационных условий — фланцы могут работать при температурах от -70°C до +450°C, что делает их подходящими для экстремальных условий.
4. Универсальность — возможность соединения труб из различных материалов и подключения различной аппаратуры.
5. Износостойкость и коррозионная стойкость — фланцы, особенно стальные, обладают высокой устойчивостью к коррозии, механическим повреждениям и воздействию агрессивных сред.
6. Стандартизация — существуют международные и национальные стандарты, которые обеспечивают совместимость фланцев с различными системами.
7. Высокая прочность на давление — фланцы способны выдерживать давление от 10 до 40 бар, что делает их пригодными для использования в высоконапорных системах.
8. Долговечность — срок службы фланцев может достигать от 25 до 40 лет при правильной эксплуатации и обслуживании.

Недостатки:

1. Стоимость — фланцевые соединения могут быть дороже по сравнению с другими методами крепления, такими как сварка или резьбовые соединения.
2. Необходимость квалификации — для правильной установки и герметизации фланцев требуются определенные навыки и знания, что может увеличить затраты на рабочую силу.
3. Вес — фланцы, особенно крупных диаметров, могут быть тяжелыми, что усложняет их транспортировку и монтаж.
4. Потребность в прокладках — хотя прокладки обеспечивают герметичность, они требуют периодической замены, что добавляет дополнительные эксплуатационные расходы.
5. Возможные утечки — если фланец или прокладка установлены неправильно, это может привести к утечкам, особенно в системах с высоким давлением или агрессивными средами.

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, это: 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 комбинаций. Это дает возможность использовать изделия в различных промышленных сферах.

Критерии подбора фланцев

Чтобы сделать правильный выбор в пользу определенного стального крепления, необходимо учитывать несколько ключевых факторов. Стальные изделия для труб могут быть различных типов, таких как плоские, воротниковые и другие. Перед тем как принять окончательное решение, следует обратить внимание на следующие параметры:

1. Температура и давление: Необходимо знать, при каких условиях будет использоваться изделие. Эти параметры влияют на выбор материала и конструкции фланца.
2. Характерные особенности рабочей среды: Например, если это трубопровод для нефти или газа, то требуется особое внимание к выбору фланцев, которые будут устойчивы к воздействию агрессивных сред.
3. Внешняя среда: Условия эксплуатации, такие как влажность, температура окружающей среды и наличие коррозионных факторов, также играют важную роль.
   Кроме указанных факторов, подбор крепления предполагает учет других аспектов. В первую очередь это марка стали, использованная для производства крепежа. Как правило, берутся во внимание самые популярные марки стали, и на основании этого формируются рекомендации по комплектации.

Ограничения и рекомендации

Существуют определенные ограничения по выбору крепежного элемента для фланцевого соединения. Например, при давлении до 25 кгс/см² возможно использование болта или шпильки, но при превышении данного показателя использование болта становится запрещенным.
Для фланцев также существует перечень материалов, пригодных для комплектации. Например, если пара крепежа (гайка-шпилька) изготовлена из одинаковой марки стали, твердость должна быть выше на 20 единиц. В противном случае существует риск возникновения избыточного давления, что может привести к неполадкам. Изготовление шпильки с накаткой резьбы должно соответствовать требованиям ГОСТ 20700-75.

Этапы подготовки

После окончательного выбора фланца и материала прокладки, необходимо подготовить эскиз и разработать конкретные размеры в соответствии с существующими нормативами.
При расчетах важно решить несколько задач: конструкция должна быть надежной, герметичной и прочной. Это обеспечит долговечность и безопасность эксплуатации трубопроводной системы.