2.0. Расчет фланцевых соединений

Фланцы служат для разъемного соединения трубопроводов, арматуры, составных корпусов аппаратов или отдельных аппаратов друг с другом. Фланец является элементом фланцевого соединения и представляет собой диск с отверстиями по периферии для крепежных болтов и шпилек. В центре диска имеется отверстие, диаметр которого соответствует диаметру соединяемых элементов. Чаще всего применяются круглые фланцы, поскольку технология их изготовления более проста. Фланцы иной формы (например, прямоугольной, треугольной) применяют только тогда, когда это вызвано особыми технологическими или конструктивными условиями.

В литой и кованной аппаратуре фланцы выполняют как одно целое с корпусом аппарата. В сварной аппаратуре и для трубопроводов фланцы изготавливают штамповкой и механической обработкой и приваривают к трубе или обечайке. В случае необходимости фланцы можно присоединить к трубе с помощью резьбы. Применяются также фланцы, свободно сидящие на трубе и удерживаемые на ней, например, за счет отбортовки концов труб.

Фланцы попарно стягиваются болтами или шпильками. Герметичность соединения достигается с помощью прокладок из упругого материала, устанавливаемых между фланцами.

2.1. Основные стандарты на фланцевые соединения

Конструкция и материал фланцев зависят от условий, в которых он будет работать, и выбираются по ГОСТ или нормам в соответствии с условным давлением, температурой и агрессивными свойствами среды.

Базовыми стандартами являются стандарты на давление (ГОСТ 356-68) и на проходы (ГОСТ 355-67).

Первый из этих стандартов устанавливает обязательную зависимость допускаемых рабочих давлений от температуры среды и от материалов деталей.

В основу стандарта положены так называемые условные давления Р_у, под которыми понимают избыточные рабочие давления при температуре 20⁰ С. Чем выше температура среды,тем ниже давление,под которым разрешается работать соединительным частям трубопроводов (так называемое рабочее давление). Это объясняется снижением прочности материала по мере увеличения температуры.

В табл. 2.1 приведены допустимые рабочие давления соединительных частей трубопроводов для принятой ступени условного давления в зависимости от марок сталей и температуры рабочей среды (по ГОСТу 356-68) [4].

Стандарт на условные проходы - D_у (ГОСТ 355-67) устанавливает величины проходов для всех видов труб, фасонных частей и арматуры.

Любые детали трубопроводов, выполненные по этому стандарту для одного и того же условного прохода (и по ГОСТ 356-68 для одного и того же условного давления), будут иметь одинаковые присоединительные размеры и одинаковые площади для прохода жидкости.

Следует подчеркнуть, что условный проход фланцевого соединения, определенный ГОСТ 355-67, соответствует размерам трубопровода и является порядковым номером фланца. Реальные же размеры фланцев, учитывая некоторый допуск, соответствует наружному диаметру труб, подлежащих соединению.

В табл. 2.2 приведены условные проходы фланцев D_у и наружные диаметры труб d₁ , для соединения которых предназначены фланцы.

Таблица 2.1

Допустимые рабочие давления для принятой ступени условного давления в зависимости от марок стали и температуры рабочей среды

Марка стали															Наибольшая температура рабочей среды
Углеорд.сталь	200			250					300					350		400	425	435	445	455
14ХГС	200			250					320					370
12ХМФ,20ХМФ, 15Х1МФЛ	200			320					450					510		520	530	540	550	560	570
Х5, 20Х5ТЛ	200			325					390					425
Х5М, 20Х5МЛ, Х5ВФ, 20Х5ВЛ	200			325					390					430		450	470	490	500	510	520		530			540		550
Х18Н10Т, 10Х18Н9ТЛ
Рц, МПа													Допускаемые рабочие давления,МПа, при вышеуказанных температурах среды
1,0	1,0			0,9					0,8					0,7		0,64	0,56	0,5	0,45	0,4	0,36		0,32			0,28		0,25
1,6	1,6			1,4					1,25					1,1		1,0	0,9	0,8	0,7	0,64	0,56		0,5			0,45		0,4
2,5	2,5			2,2					2,0					1,8		1,6	1,4	1,25	1,1	1,0	0,9		0,8			0,7		0,64
4,0	4,0			3,6					3,2					2,8		2,5	2,2	2,0	1,8	1,6	1,4		1,25			1,1		1,0
6,4	6,4			5,6					5,0					4,5		4,0	3,6	3,2	2,8	2,5	2,2		2,0			1,8		1,6
10,0	10,0			9,0					8,0					7,1		6,4	5,6	5,0	4,5	4,0	3,6		3,2			2,8		2,5
16,0	16,0			14,0					12,5					11,2		10,0	9,0	8,0	7,1	6,4	5,6		5,0			4,5		4,0

Таблица 3.2

Зависимость между условными проходами фланцев и

наружными диаметрами труб

Dу, мм	d1, мм	Dу, мм	d1, мм
10	14	125	133
15	18	150	159
20	25	200	219
25	32	250	273
32	38	300	325
40	45	350	377
50	57	400	426
65	76	500	530
80	89	600	630
100	108	800	820

В приложении 5 даны размеры некоторых типов стандартизированных и нормализованных фланцев [4].