1.Типы фланцевых соединений трубопроводов.

Фланцы - наиболее распространенные разъемные соедине­ния аппаратов и трубопроводов. Они служат для соединений от­дельных частей аппаратов: съемных крышек, отдельных царг, лю­ков и др. Ответственная часть фланцевого соединения — узел уп­лотнения. Различают уплотнения с пластической деформацией уп­лотняющих элементов и соединения с упругой деформацией. В наи­более распространенных соединениях с пластической деформацией уплотнение достигается тем, что значительно более мягкая, чем ос­новной материал фланца, прокладка деформируется при затягива­нии соединения и заполняет все неровности на уплотнительной (привалочной) поверхности фланцев. Соединения с упругой де­формацией требуют тщательной обработки уплотнительных по­верхностей. Их применяют значительно реже; как правило, при повышенных давлениях. Герметичность соединения возрастает с увеличением удельного давления, действующего на прокладку. Чем меньше ширина прокладки, тем больше удельное давление при одной и той же силе сжатия, поэтому прокладки для соедине­ний высокого давления делают более узкими.

Фланцы с гладкой уплотнительной поверхностью (рис. 51, а) просты по конструкции и находят наиболее широкое применение. Уплотнительные поверхности обрабатывают, однако излишняя шлифовка поверхностей не допускается. Иногда на поверхности на­резают несколько кольцевых канавок треугольного сечения, которые заполняются при затягивании соединения материалом прокладки.

Находят применение фланцы с выступом — впадиной (рис. 51, б). Это соединение не имеет существенных достоинств и приме­няется лишь когда необходимо обеспечить соосность соединения. Более надежно соединение «шип — паз» (рис. 51, в), которое, используют при повышенных давлениях, работе с ядовитыми веществами и глубоком вакууме, т. е. в более ответственных соединениях. В соединении «шип — паз» прокладка укладывается в кольцевую канавку и уплотняется сверху кольцевым выступом другого фланца. Она не имеет возможности деформироваться и выдерживает значительные удельные давления. Существенный недостаток соединения «шип — паз» — трудность замены прокладки, которую при­ходится вырубать зубилом из паза.

Рис. 51. Типы уплотнительных поверхностей фланцевых соединений

Соединение «в замок» (рис. 51, г) можно рассматривать как ва­риант соединения «шип — паз». Его применяют обычно при высо­ких давлениях. Преимущество этого соединения — большее удоб­ство при смене прокладки.

Для неядовитых малоагрессивных сред при давлениях не более 0,1 МПа используют соединения с прокладкой в пазу. Это уплот­нение применяют в основном в узлах, подвергающихся частой раз­борке, например в люках. Паз фиксирует прокладку и не дает ей выпасть.

Из соединений с жесткими металлическими прокладками широ­ко распространены линзовые с прокладкой из качественной угле­родистой или легированной стали (рис. 51, д). Соприкасаются ша­ровые поверхности линзы с коническими поверхностями уплотняе­мых деталей по кольцевой линии. Под действием осевых сил в мес­те касания возникает узкий поясок деформации материала, кото­рый обеспечивает уплотнение. Уплотнения с упругой деформацией обеспечивают многократную сборку и разборку. Линзы и соприка­сающиеся с ней поверхности тщательно обрабатывают и пришли­фовывают. Такие уплотнения применяют для соединений с диамет­ром до 300 мм при давлении до 80 МПа. Они широко используются в технике высоких давлений. В нефтеперерабатывающей промыш­ленности применяют соединения с овальными металлическими про­кладками (рис. 51, е). Их изготовляют на давление до 16 МПа.

По конструкции и способу соединения со штуцером или корпу­сом различают следующие основные типы фланцев: плоские приварные; с утолщением у основания (с «шей­кой») ; свободные на отбортовке и на бурте. Каждый из этих основных типов фланцев имеет свои различные конструктивные модификации. Наиболее просты по конструкции плоские фланцы. Их применяют для стальных аппаратов и трубопроводов на давление до 2,5 МПа. Реже их применяют для аппа­ратов из цветных металлов, и пластмасс.

Наиболее распространена приварка фланца по типу, показан­ному на рис. 52,а. Исполнение (рис. 52, б) позволяет несколько уменьшить диаметр прокладки и болтовой окружности. Плоские фланцы бывают как гладкие привалочные поверхности, так и в ис­полнении «выступ — впадина» и «шип — паз». При работе с корро­зионными средами в целях экономии дефицитного металла фланцы изготовляют из углеродистой стали и защищают накладкой из кис­лотостойкой стали (рис. 52, в). Основной недостаток плоских флан­цев — малая жесткость у основания.

Рис. 52. Основные типы фланцев

При повышенных давлениях или более высоких требованиях к герметичности соединения применяют фланцы с «шейкой» (утол­щением у основания, буртом). Утолщение у основания фланца де­лает его более жестким. Фланцы с «шейкой», так же как и плоские, могут иметь привалочные поверхности — плоские, «выступ — впа­дина» и «шип — паз», причем применение уплотнений «шип — паз» с данным типом фланца более обоснованно, чем с плоским флан­цем. Из фланпев с шейкой - наиболее распространены стальные фланцы, приваренные встык (рис. 52, г), которые также могут быть изготовлены с накладками из кислотостойкой стали. Фланцы, при­варенные встык, могут применяться и с металлическими прокладками. Находят применение фланцы с шейкой, сваренные из двух частей — тарелки фланца и втулки (рис. 52, д). Фланцы стальных и чугунных литых аппаратов отливают заодно с корпусом. Флан­цы стальные, приваренные встык, применяют при давлении до 20 МПа.

Стальные свободные фланцы на отбортовке (рис. 52, е) применяют на аппаратах из цветных, металлов, из некоторых пластмасс, поддающихся отбортовке, и при необходимости, максимально эко­номить дефицитный конструкционный материал, например титан или высоколегированную сталь. Фланцы на отбортовке применяют для условного давления до 0,6 МПа.

Фланцы на утолщении (бурте) (рис. 52, ж) делают на аппара­тах из стекла, керамики и пластмасс, не поддающихся пластичес­кой деформации (например, фаолита), а также при нежелательно­сти сварки патрубка из высоколегированной стали с фланцем, из­готовленным из углеродистой стали. Фланцы с буртом применяют до весьма значительных давлений.

Фланцы на резьбе, находившие ранее значительное применение в настоящее время почти вышли из употребления в связи с рас­пространением сварки. Их применяют на трубопроводах высокогодавления, где сварка нежелательна, а также при необходимости снимать фланец для разборки узла.

При конструировании стараются уменьшить ширину фланца, чтобы снизить изгибающие моменты у его основания и сделать его более жестким. Стандартные и нормализованные фланцы делят на две группы: для соединения труб и трубопроводной арматуры и для соединения частей аппаратуры. Фланцы для труб и трубопро­водной арматуры имеют большие размеры, чем аппаратурные, по­тому что в качестве исходных данных для конструирования арма­турных фланцев принимают наибольшую толщину стенки трубы, соответствующую материалу с наименьшей прочностью. Кроме то­го, учитывается, что фланцы для арматуры и трубопроводов рабо­тают в более жестких условиях, так как испытывают дополнитель­ные нагрузки от действия веса трубопроводов, температурных ко­лебаний и других нагрузок. Для соединения частей аппаратов ре­комендуется применять менее металлоемкие аппаратурные флан­цы, изготовляемые диаметрами от 400 мм и более. При диаметре менее 400 мм для соединения частей аппаратов применяют арматурные фланцы.

Специальные типы фланцев. Для соединения тру­бопроводов и аппаратов из стекла, керамики, ферросилида и дру­гих хрупких материалов применяют свободные разборные фланцы. Их изготовляют в двух разновидностях: разъемные из двух частей (рис. 53) и с разъемным кольцом (рис. 54). Фланцы из двух частей изготовляют из ковкого чугуна. Обе половины стягивают болтами. Внутри имеется коническое гнездо, которое упирается в коническое утолщение на штуцере. Фланцы данного вида являются типовыми для стеклянных трубопроводов. В соединении с разъемным коль­цом фланец имеет диаметр несколько большего размера, чем вы­ступ на конце трубы или царги, и упирается в кольцо 1, состоящее из двух частей. Разобрав кольцо, можно снять фланец со штуцера. Фланцы с разъемными кольцами проще и дешевле разъемных, но менее компактны. На рис. 55 дана конструкция съемного фланца с разъемным закладным кольцом, которую иногда применяют на стальных аппаратах, если фланец необходимо снять для разборки узла. Кольцо из двух частей закладывают в кольцевую выточку на поверхности штуцера.

Рис. 53. Разъемный Рис. 54. Фланец Рис. 55. Фланец с

фла­нец с разъемным кольцом

разъемным закладным кольцом

Фланцевые соединения имеют, как правило, круглую форму — наиболее надежную и простую в изготовлении. Однако при необ­ходимости применяют фланцевые соединения с квадратной или прямоугольной формой патрубка. Они сложны в обработке и не всегда обеспечивают необходимую герметичность, поэтому приме­нять их следует только в случае крайней необходимости. Фланцы небольшого диаметра для уменьшения габаритов иногда делают квадратными или овальными.