Глава 6 фланцевые сооединения аппаратов

6.1 Фланцы.

Фланцевые соединения - наиболее распространенный вид разъёмных соединений в химическом машиностроении, обеспечивающий прочность и герметичность, быструю сборку и разборку, простоту изго­товления.

Соединение состоит из двух фланцев, уплотнительного устрой­ства и крепежных элементов (болтов или шпилек, гаек, шайб) (рис. 6.1)

Рис. 6.1 Фланцевое соединение:

1 – фланцы; 2 – болт; 3 – прокладка

Шпильки применяют при условном давлении, свыше 1,6 МПа (услов­ным называют избыточное давление при температуре 20 °С).

По конструкции фланцы можно разделить на цельные (рис. 6.2, а, б), когда корпус аппарата и фланец работают под нагрузкой сов­местно, и свободные (рис. 6.2, в), когда корпус аппарата разгружен от действий изгибающих моментов, возникающих при затяжке фланце­вого соединения. Конструкция фланцев в значительной мере определяется давлением рабочей среды и требованиями минимальных затрат времени на сборку (разборку) соединения.

Плоские приварные фланцы рекомендуется [1] применять при условном давлении от 0,3 до 1,6 МПа и температуре до 300 °С.

Фланцы приварные встык имеют конические втулки-шейки. Утолщение у основания фланца (см. рис.6.2,б) делает его более жестким. Втулку фланца приваривают стыковым швом к обечайке.

Свободные фланцы (см. рис.6.2,в) представляют собой кольца, диаметр отверстия которых несколько больше наружного диаметра обе­чайки, на которую их свободно надевают. Такие фланцы применяют обычно в аппаратах изготавливаемых из мягких (алюминий, медь) или хрупких (стекло, керамика) материалов при условном давлении до 1,6 МПа и температуре до 300 °С; причем число циклов нагружения не должно превышать 2*10³.

Конструктивные формы уплотнительных поверхностей регламенти­рованы ОСТ 26-426-79 и ОСТ 26-427-79 и представлены. на рис. 6.3, а, б, в, г. Плоская уплотнительная поверхность (см. рис.6,3, а) приме­няется при внутреннем давлении до 0,6 МПа.

Уплотнительные поверхности обрабатываются, однако излишняя шлифовка поверхности не допускается. Иногда на поверхности нарезают несколько кольцевых канавок треугольного сечения, которые за­полняются при затягивании соединения материалом прокладки.

Фланцы с выступом - впадиной (см. рис.6.3, б) обеспечивают соос­ность соединения, применяются при давлениях от 0,6 до 1,6 МПа.

Соединение типа "шип-паз" (см. рис. 6.3, в) используют в бо­лее ответственных соединениях при работе с ядовитыми веществами, в глубоком вакууме, при работе аппарата под внутренним давлением от 1,6 до 6,4 МПа.

Уплотнительные поверхности под металлическую прокладку (см. рис. 6.3, г) рекомендуются для давлений от 6,4 до 16 МПа.

Прокладки обеспечивают герметичность соединения. При затяги­вании соединения прокладки деформируются и заполняют все углубления на поверхности фланцев. Герметичность соединения возрастает с уве­личением давления на прокладку, поэтому прокладки для фланцевых соединений высокого давления делают более узкими.

Рис. 6.2. Основные типы фланцев:

а – плоский приварной; б – приварной встык; в – свободный

В зависимости от условий работы для изготовления прокладок применяют различные материалы: металлы - алюминий, медь, сталь, никель, свинец; полимеры - фторопласты, полиэтилен, паронит, резина; комбинированные материалы - полимеры в сочетании с металла­ми, асбест в металлической обкладке и другие. Резиновые прокладки применяют для небольших давлений и температур (не более 50...70 °С). Очень распространен паронит. Представляет собой композицию, сос­тоящую из асбеста, каучука и различных наполнителей. Прокладки из паронита применяют при температурах до 450 °С и давлениях до 6 МПа в

различных средах - в горячем воде, водяном паре, различных кислотах и растворителях (бензол, бензин и др.).

Асбест для прокладок используют в виде шнура или листового материала. Прокладки из него обладают высокой термостойкостью (до 500 °С) и кислостойкостью.

Металлические прокладки применяют для высоких давлений.

Комбинированные прокладки состоят из металлических и неметаллических материалов, которым металлическая армировка придает жест­кость; а более пластичный неметаллический наполнитель обеспечивает герметичность соединений. Широко применяются асбометаллические прокладки, полимеры в сочетании с металлами.

Рис 6.3. Типы уплотнительных поверхностей фланцевых соединений:

а – гладкая уплотнительная поверхность;

б – выступ – впадина;

в – шип-паз;

г – под металлическую прокладку