Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 26 из 35)

1, 2 – фланец; 3 – прокладка линзовая; 4 – шпилька; 5 – гайка

Рис. 14.5. Фланцевое соединение с приварными встык арматурными фланцами и уплотнительной поверхностью под линзовую прокладку

14.2. Выбор конструкции фланцев, уплотнительной поверхности и материалов для элементов фланцевого соединения

Фланцы плоские приварные и приварные встык могут быть аппаратными и для трубопроводов, а свободные фланцы на приварном кольце – только для арматуры и трубопроводов. Плоский приварной фланец представляет собой плоское кольцо, приваренное к краю обечайки или трубы. Плоские приварные аппаратные фланцы применяют при условном давлении до 1,6 МПа включительно и температуре от минус 70 до плюс 300 °С. Плоские приварные фланцы для арматуры и трубопроводов применяют при условном давлении до 2,5 МПа. Фланец приварной встык имеет коническую втулку и приваривается к обечайке или трубе стыковым швом. Эти фланцы применяются при более высоких нагрузках, чем плоские приварные фланцы. Фланцы аппаратные приварные встык рекомендуется применять при условном давлении до 6,3 МПа с неметаллическими прокладками и до 16 МПа с металлической прокладкой при температуре от минус 70 до плюс 600 °С. Фланцы приварные встык для арматуры и трубопроводов применяют при условном давлении до 20 МПа. Аппаратные фланцы имеют круглую форму, арматурные фланцы могут изготовляться круглыми и квадратными.

Свободный фланец состоит из свободного кольца и кольцевого бурта, привариваемого к трубе. Преимуществами свободных фланцев являются легкое совмещение отверстий для болтов при сборке соединений путем поворота фланца и возможность изготовления кольца фланца из другого материала (например, более прочного или более дешевого, чем материал труб). Свободные фланцы применяют при давлениях не более 2,5 МПа.

1, 2 – фланцы; 3 – прокладка; 4 – болт (шпилька); 5 – гайка; 6 –труба; 7,8 – кольца Рис. 14.6. Конструкция свободных фланцев на приварном кольце а – с соединительным выступом; б – типа "выступ-впадина"

Фланцы могут иметь различную форму уплотнительных поверхностей:

– гладкая уплотнительная поверхность (или с соединительным выступом);

– "выступ-впадина";

– "шип-паз";

– под металлическую прокладку восьмиугольного или овального сечения; – под линзовую прокладку (только для арматурных фланцев).

Плоские приварные фланцы изготовляют с гладкой уплотнительной поверхностью, поверхностью типа "выступ-впадина" и "шип-паз". Фланцы приварные встык изготовляют с уплотнительными поверхностями типа "выступ-впадина", "шип-паз" и под металлическую прокладку восьмиугольного (для аппаратных фланцев) или овального сечения и линзовую прокладку (для фланцев арматуры и трубопроводов).

Форма уплотнительной поверхности выбирается по свойствам рабочей среды, температуре и давлению (т.е. по группе аппарата). Фланцы с гладкой уплотнительной поверхностью не применяют для аппаратов 1 и 2 групп. Фланцы с уплотнительной поверхностью типа "шип-паз" рекомендуются для прокладок, которые необходимо помещать в замкнутый объем и для герметизации сред с высокой проникающей способностью, например, для высокотемпературных органических теплоносителей. Фланцы приварные встык с уплотнительной поверхностью под металлическую прокладку восьмиугольного сечения рекомендуются при условном давлении от 6,3 до 16,0 МПа.

Фланцы могут быть изготовлены из однородного материала (цельные) или из двух материалов (облицованные или наплавленные). Арматурные фланцы изготовляются только цельными. Аппаратные фланцы из недорогих углеродистых и низколегированных сталей изготовляют цельными, а фланцы из нержавеющих коррозионностойких сталей изготовляют цельными только при небольших размерах. Фланцы больших диаметров изготовляют составными, при этом несущая часть фланца выполняется из недорогих углеродистых и низколегированных сталей, а соприкасающиеся со средой поверхности защищают облицовкой или наплавкой из коррозионностойкой стали. Материал фланца выбирают по стандарту на фланцы, такой же как материал корпуса или трубы или ближайший по свойствам.

Рис. 14.7. Конструкции плоских приварных фланцев, облицованных и наплавленных коррозионностойкой сталью а – облицованный листом из коррозионностойкой стали; б – наплавленный

коррозионностойкой сталью

Рис. 14.8. Конструкции приварных встык фланцев, облицованных и наплавленных коррозионностойкой сталью а – облицованный листом из коррозионностойкой стали; б – наплавленный коррозионностойкой

сталью

Материал прокладок выбирается в зависимости от свойств рабочей среды, температуры и давления. Для изготовления прокладок используют неметаллические материалы (паронит, фторопласт, картон асбестовый, резину и др.), металлы (стали марок 08, 08Х13, 08Х18Н10Т, алюминий, медь и др.). Прокладки могут быть комбинированными – асбест в металлической обкладке, полимеры в сочетании с металлами и др.

Рис. 14.9. Типы прокладок

а – плоская; б – круглого сечения, в – асбометаллическая; г – спирально-навитая; д – овального сечения; е – восьмиугольного сечения; ж – зубчатая; з – линзовая

Рис. 14.10. Плоская прокладка

Рис. 14.11. Прокладка овального сечения

Рис. 14.12. Прокладка восьмиугольного сечения

Рис. 14.13. Линзовая прокладка

Рис. 14.14. Прокладка из терморасширенного графита

1 – лента металлическая; 2 – лента наполнителя; 3 – наружное кольцо; 4 – внутреннее кольцо

Рис.14.15. Типы спирально-навитых прокладок

а – основных типов А и Б (без ограничительных колец); б – типа В (с наружным ограничительным кольцом); в – типа Г (с внутренним ограничительным кольцом); г – типа Д (с внутренним и наружным ограничительными кольцами)

Общая классификация фланцев по назначению, конструкции и форме уплотнительной поверхности приведена в табл. 14.1.

Таблица 14.1 Классификация фланцев

По назначению	Фланцы аппаратные		Фланцы для арматуры и трубопроводов
По конструкции	Круглые		Круглые или квадратные
	Цельные, наплавленные, облицованные		Цельные
	Плоские приварные	Приварные встык	Плоские приварные	Приварные встык	Свободные на приварном кольце
С гладкой уплотнительной поверхностью (с соединительным выступом)	+	–	+	+	+
Выступ-впадина	+	+	+	+	+
Шип-паз	+	+	+	+	+
Под восьмиугольную металлическую прокладку (или овальную)	–	+	–	+	–
Под линзовую прокладку	–	–	–	+	–

14.3. Нагрузки, действующие во фланцевых соединениях.

Опасные сечения

Не смотря на конструктивную простоту фланцевого соединения, в процессе эксплуатации в нем возникают сложные пространственные деформации. При расчете необходимо учитывать, что все детали соединения связаны между собой, но при этом каждая деталь обладает определенной прочностью и жесткостью, что определяет нагрузки и деформации каждой детали и соединения в целом.

Фланцевые соединения обычно нагружены внутренним избыточным или наружным давлением, а также, в ряде случаев, осевыми силами и изгибающими моментами. Значительные нагрузки на фланцы создаются болтами в условиях затяжки соединения. При повышенной температуре среды в аппарате элементы фланцевого соединения нагреваются неодинаково, при этом температура болтов устанавливается обычно ниже температуры фланцев. Вследствие теплового расширения деталей фланцевого соединения в болтах (шпильках) могут возникать значительные температурные усилия.

Таким образом, на фланцевое соединение действуют следующие нагрузки: