Практически любая трубопроводная система подлежит состыковке и соединению, но в данном случае использование резьбовой муфты не даст требуемой надежности. В то же время необходимо предусмотреть возможность демонтажа стыков. Одним из элементов, обеспечивающих такое соединение, является плоский приварной стальной фланец. Размеры стальных фланцев зависят от параметров трубопровода. Изделия из стали изготавливают с достаточно широким диапазоном параметров. В диаметре они достигают значений от нескольких миллиметров до метров.
Внешне фланец выполнен в виде кольца с центральным отверстием, соответствующим диаметру трубы, а также несколькими отверстиями на периферии для обеспечения крепления на болтах или на шпильках. Комплект представлен парой фланцев с соосными отверстиями.
Приварные плоские фланцы крепятся к трубе одним из возможных способов. Для стали лучше всего подходит сварка. Такое соединение труб позволяет в любое время демонтировать магистраль для проведения технических работ, а затем снова ее восстановить.
Стальные фланцы имеют собственные параметры, определяющие их совместимость с данным трубопроводом. Эти параметры строго выдерживаются производителями и не подлежат изменению. К примеру, внутренний диаметр фланца и диаметр трубопровода должны совпадать, поэтому данный параметр стандартизирован. Стандарты ГОСТ применяются не только к габаритам устройств, но и к их массе.
При монтаже трубопровода необходимо сделать грамотный расчет параметров соединительных фланцев. Стандарты позволяют не только подобрать оптимальные габариты для монтажа. От их значения зависят второстепенные параметры. Если диаметр фланца не превышает 100 мм, то он способен выдерживать давление до 2,5 МПа. Естественно, этот показатель зависит и от массы конструкции.
Классификация фланцев для труб и их виды
Фланцевые соединения дают надежные результаты при возможности демонтажа трубопровода. Фланцевый стык при определенных параметрах конструкции способен выдерживать давление в системе, превышающее отметку в 20 МПа. Причем необходимо отметить, что фланец для трубы работает в широком температурном диапазоне. Хотя причина выхода фланца из строя как раз и заключается в перепадах температур, многие производители заявляют для своих изделий границы -253°C и +600°C градусов.
Согласно ГОСТ 12815-80 соединительные изделия классифицируются по четырем основным параметрам.
- Классификация по внешнему виду соединительного устройства.
- Классификация по материалу, из которого изготовлен фланец.
- Градация по внутреннему диаметру.
- Классификация по максимально допустимому давлению в системе.
Приварка фланцев к стальным трубопроводам обычно осуществляется на технологических объектах. Приварные фланцы обычно имеют круглое или квадратное сечение. Такой фланец легко крепить, однако его надежность будет зависеть от состояния силиконовой или резиновой прокладки между парами.
Воротниковые фланцы способны выдерживать большее давление, чем плоские, за счет наличия металлической вставки на одной из пластин. Эта вставка позволяет центрировать пару, а также служит дополнительным усилием крепления при повышенном давлении. Средний показатель давления для воротникового фланца – 4 МПа. Его монтаж экономически и конструктивно выгоднее и проще, чем монтаж плоского фланца.
При монтаже трубопровода из меди или нержавейки, а также из латуни или алюминия широко используются свободные фланцы. Свое название они получили за счет подвижности кольца относительно муфты. Эта подвижность обеспечивается путем изготовления бортика на муфте. Свободный фланец при стыковке позволяет лишь вращать кольцо, при этом труба остается в покое.
Многие источники в качестве одного из видов фланцев указывает ответные фланцы, их еще называют контрфланцами. Здесь необходимо понимать, что любая конструкция представляет собой два кольца, одно из которых будет являться ответным фланцем. Другое дело, что такие контрфланцы могут идти не в качестве отдельной детали, а поставляться вместе с частью трубопровода или его узла.
Примером может служить сильфонный компенсатор, который изготовлен с фланцем, как единая конструкция. Это позволяет сразу стыковать компенсатор с трубой, без дополнительных элементов.
Заводя речь о чугунных или полиэтиленовых трубах, следует отметить, что использовать обычный приварной фланец здесь невозможно. Выход из ситуации – обжимной фланец, упрощающий процедуру монтажа, который состоит из двух частей. Одна часть представляет собой кольцо, а другая – фитинг с уплотнением. Обжимной фланец надежно крепится к трубе и стягивается болтами. При аккуратном демонтаже он может быть использован повторно.
Для того, чтобы перекрыть торцевое отверстие, используется глухой фланец. Его отличие заключается в том, что центральное отверстие отсутствует. Выполняется он в виде стального приварного или прижимного фланца. Глухие фланцы применяются в промышленных трубопроводах.
Плюсы и минусы фланцевых соединений
Ни одна конструкция изначально не может обладать абсолютными положительными качествами. Это касается и фланцевых соединений. Однако, несмотря на определенное количество минусов, многие монтажники утверждают, что альтернативы фланцам при монтаже трубопроводов нет.
Для начала отметим преимущества использования фланцев, так как именно они являются тем определяющим фактором, который заставляет их применять. Прежде всего, это возможность демонтажа. При различных нарушениях в работе трубопровода его приходится частично разбирать. Сварные стыки не подлежат разборке, в отличие от фланцевых, а для некоторых магистралей эта процедура предусмотрена по регламенту.
Качество сварного шва в основном определяет эффективность работы магистрали. Зачастую «положить» шов без специальных приспособлений невозможно, поэтому герметичность системы ставится под сомнение. Использование фланцев позволяет производить монтаж при любых условиях доступности. Необходимо отметить, что приварка фланца к трубе может производиться еще до сборки. При стыковке труб для соблюдения соосности необходимо проворачивать всю конструкцию. Если это сделать невозможно, то применяют свободные фланцы с кольцом, позволяющие проворачивать только сам фланец.
Широкий ассортимент параметров габаритов фланцев способствует тому, что к каждой трубе можно подобрать свою подходящую стыковочную конструкцию. Это достигается путем стандартизации по ГОСТ, одним из пунктов которого является введение стандарта на внутренние и наружные диаметры.
Как уже было отмечено ранее, фланцы позволяют стыковать трубы различных диаметров. Можно сказать, что для больших габаритов фланцевое соединение считается, чуть ли не единственным вариантом.
Последнее, на что необходимо обратить внимание, это вариативность к типу носителя. Фланцы способны обеспечить монтаж трубопровода не только к жидким носителям, но и газообразным, а также сыпучим.
Не лишены фланцевые соединения и своих недостатков.
- Если рассчитать среднюю стоимость погонного метра трубы, то она оказывается гораздо меньшей, чем цена за пару фланцевых пластин. Обусловлено это затратами на их изготовление, а также высокой стоимостью материалов. Именно поэтому проектировщики предварительно разрабатывают чертеж будущей магистрали, где рассчитывают количество стыков и сводят его к минимуму.
- Зачастую плотность конструкционного материала, из которого изготовлен фланец, в разы превышает плотность материала самой магистрали. Это необходимо учитывать при расчете, а данный факт относится, естественно, к минусам конструкции. В качестве примера можно сравнить массу фланца с массой обычной обжимной муфты.
- Процедуру монтажа фланца нельзя назвать простой. Да, она гораздо проще, чем сварка стыков, однако и здесь без сварочных работ не обойтись. Дело в том, что сам фланец крепится к трубе с помощью сварки, а для соединения труб придется хорошо притянуть все фиксирующие болты или шпильки. Чем больше диаметр трубы, тем больше количество болтов. В сравнении с соединением, которое производится с помощью резьбовой муфты, такой монтаж будет длиться гораздо дольше.
Конструкционные материалы для изготовления фланцев
Материал, из которого изготавливают фланцы, тоже подлежит стандартизации. По ГОСТу соединения должны выполняться из чугуна или стали. Выбор материала влияет на технологию изготовления конструкции. Из чугуна обычно выполняют литые фланцы. Корпус кольца и фитинга выполнен единым целым. Части обжимного стального фланца могут быть приварены друг к другу. Согласно вышеназванному стандарту используется только серый ковкий чугун. Что же касается стали, то здесь есть определенные допуски. Легированная сталь марки 09Г2С и конструкционная сталь Ст3сп определены в стандарте.
Со временем технология изготовления стальных деталей изменяется, согласно оптимизации процесса, а также повышения требований к эксплуатационным характеристикам. Если раньше фланцы были преимущественно кованными, то сегодня они все чаще заменяются стальными. Производители могут выбрать один из способов изготовления:
- горячая штамповка;
- электрошлаковое центробежное литье;
- газовая резка.
В первом случае разогретая сталь подвергается воздействию пресса. В результате получается штампованная заготовка. Затем она обрабатывается на станке с точным соблюдением всех параметров.
При газовой резке из листа стали нужной толщины вырезается деталь. Используется для этого газосварочный аппарат. Более точная обработка происходит на металлорежущем станке.
При центробежном литье сырье плавят и отправляют в центробежную машину. Под действием центробежной силы металл постепенно уплотняется. Полученная заготовка также обрабатывается на станке.
