Фланцевые соединения

Фланцевые соединения – наиболее широко применяемый вид разъемных соединений, обеспечивающий герметичность и прочность конструкций, а также простоту изготовления, разборки и сборки. Соединение состоит из двух фланцев 1, шпилек 2 и уплотнения 3 (рисунок 1). По конструкции фланцы можно разделить на цельные, когда корпус и фланец работают под нагрузкой совместно, и свободные, когда тело трубы разгружено от действия нагрузки. На рисунке 1 приведены примеры типовых фланцевых соединений.

а) б)

1 – фланец; 2 – шпилька; 3 – прокладка;

а) цельный фланец; б) свободный (накидной) фланец

Рисунок 1 – Конструкции фланцевых соединений

В зависимости от рабочих условий, в которых будет работать фланцевое соединение, различают несколько типов уплотнений. Вид уплотнения регламентирован отраслевыми стандартами. Различают следующие типы уплотнений фланцевых соединений:

1) под металлическую прокладку (рисунок 2, а);

2) шип-паз (рисунок 2, б);

3) выступ-впадина (рисунок 2, в);

4) гладкая уплотнительная поверхность (рисунок 2, г).

Прокладка должна отвечать следующим основным требованиям: при сжатии с возможно малым давлением заполнять все микронеровности уплотнительных поверхностей; сохранять герметичность соединения при упругих перемещениях элементов фланцевого соединения (т.е. материал прокладки должен обладать упругими свойствами); сохранять герметичность при его длительной эксплуатации в условиях воздействия коррозионных сред при высоких и низких температурах; материал не должен быть дефицитным [4, 8].

а) б) в) г)

Рисунок 2 – Типы уплотнительных поверхностей фланцевых

соединений

В фонтанных арматурах применяют фланцевые соединения с металлическими прокладками. В трубопроводах наземных коммуникаций нашли широкое применение фланцевые соединения с плоскими прокладками [4].

Размеры всех фланцевых соединений предусмотрены ГОСТом.

Для уплотнения фланцевой фонтанной арматуры применяются фланцевые соединения с металлическими прокладками овального или восьмиугольного сечения (рисунок 3, а, б). В приложениях В и Г настоящего пособия приведены геометрические параметры металлических прокладок. В фонтанной арматуре усилие, с которым сжимается прокладка, не должно приводить к ее остаточной деформации. Кольцо-прокладка изготавливается из более мягких сталей, чем фланцы. В качестве материала прокладок для неагрессивных сред применяются качественные углеродистые стали 08кп, сталь 20, сталь 30, сталь 45. Для коррозионных сред применяют легированные стали Х18Н10Т, 12Х18Н9, Х17Н13МВТ. Механические характеристики материалов приведены в приложении А.

Для высоких рабочих давлений (от 70 до 105 МПа) в прокладках выполняются сквозные отверстия диаметром 1,6 мм (рисунок 3, в).

а) б) в)

Рисунок 3 – Виды металлических прокладок

Существует два способа установки уплотняющих колец относительно граней канавки на фланце. В первом случае уже при сборке кольцо соприкасается с канавками фланцев по их внутреннему и внешнему скосам (рисунок 4, а). Уплотнение происходит за счет упругой деформации кольца и фланцев в месте их соприкосновения. Во втором случае кольцо в начале сборки соприкасается только с внешним скосом канавки у верхнего фланца и фаски у нижнего фланца (рисунок 4, б). При затяжке соединения шпильками оно уменьшается в диаметре (в пределах упругих деформаций) и доходит до внутреннего скоса канавки, в этот момент затяжку прекращают. Момент упора кольца во внутренний скос заметен по резкому возрастанию усилия затяжки гаек у шпилек [4, 5].

Когда в арматуре повышается давление, фланцы раздвигаются под его действием и кольцо занимает первоначальное положение.

Геометрические параметры фланцев под металлическую прокладку приведены в приложении Б.