Фланец, что это такое? Описание и конструкционные особенности

Фланец представляет собой металлическую деталь в форме диска, предназначенную для соединения труб, сальников и других пустотелых цилиндрических объектов. Фланцевые соединения широко используются в промышленности благодаря своей надёжности и простоте монтажа.

При соединении двух объектов с помощью фланцев используются прокладки из мягких материалов, которые вкладываются между фланцами. Затем фланцы стягиваются болтами, создавая необходимое усилие для герметизации. Фланцы обеспечивают герметичное соединение участков трубопроводов и служат опорой для крепежа. Они различаются по форме, материалам и стандартам.

Описание и конструкционные особенности

• Фланец (от немецкого Flansch) — это кольцо плоской или прямоугольной формы с равномерно расположенными отверстиями для крепления болтами или шпильками. Он используется для герметичного соединения труб с аппаратами, ёмкостями, машинами и другими вращающимися деталями. Давайте ознакомимся с другими терминами такие как: Ду/DN; Ру

Условный проход (Ду/DN; Ру)

• Условный проход — ключевой параметр фланцевых соединений, обозначаемый Ду (устаревшее) или DN (современное). Измеряется в миллиметрах (мм) и соответствует внутреннему диаметру соединения, через который проходит среда. 
• Условное давление (Ру) — ключевой параметр, определяющий предельную нагрузку, которую может выдержать соединение.

Фланцы обычно применяются парами. Они могут быть плоскими или воротниковыми, в зависимости от конструкции. Плоские фланцы представляют собой кольца с отверстиями, которые крепятся к трубе с помощью шпилек или болтов. Размер фланца зависит от диаметра трубы, с которой он будет использоваться. Главное требование к фланцевому соединению — герметичность. Фланцы обеспечивают надёжное соединение даже при высоких нагрузках (давление, температура). При правильном выборе материала и уходе фланцы могут служить десятилетиями. Давайте рассмотрим их поближе:

• Плоские фланцы по ГОСТ 12820-80 используются при давлениях от 0,1 до 2,5 МПа и температурах от -30 до +300 °C.

• Воротниковые фланцы по ГОСТ 12821-80 и ГОСТ 33259 выдерживают давление до 20 МПа и температуры от -40 до +425 °C.

Фланцы подбираются по условному проходу (Ду), который должен соответствовать наружному диаметру трубы. ГОСТ предусматривает фланцы с Ду от 10 до 1600 мм. Например, для Ду 50 мм высота отступа составляет 57–59 мм, а для Ду 100 мм — 108–110 мм. Вес фланца зависит от его объёма, высоты и материала. Габариты условного прохода могут варьироваться от 10 до 2400 мм.

Фланцы классифицируются по нескольким критериям, например по форме:

• Плоские.
• Воротниковые (с выступом в форме усечённого конуса).
• С приварной горловиной (WN).
• Изолирующие (с диэлектрическими втулками).
• Резьбовые (навинчиваются на трубу).
• Глухие (без центрального отверстия).

2. По материалу:

• Чугунные (серый, ковкий).
• Стальные (углеродистая, нержавеющая).
• Пластиковые (полипропилен, фторопласт).

3. По назначению:

• Для трубопроводов.
• Для соединения валов.
• Для герметизации ёмкостей.

Фланцевый крепёж включает болты, шпильки, гайки и шайбы. Основные параметры крепежа:

• Рабочее давление и температура.
• Размеры и шаг резьбы.
• Материал (сталь, нержавейка).
• Покрытие (цинкование, кадмирование).

Варианты исполнения и производство фланцев

• Фланцы изготавливаются из стальных полос путём нагрева, изгибания и сварки. Они могут быть стандартными или изготавливаться по индивидуальным чертежам. Для герметизации используются прокладки из резины, паронита или металла.

Критерии выбора фланцев

Для оптимального выбора стального фланцевого соединения необходимо учитывать ряд ключевых факторов:

• Рабочие условия: Температура и давление, при которых будет эксплуатироваться соединение.
• Характеристики рабочей среды: Свойства транспортируемой среды, например, нефть, газ или другие вещества.
• Условия внешней среды: Воздействие окружающей среды на фланец.

Помимо указанных факторов, выбор фланца предполагает учет дополнительных аспектов. Важным является марка стали, использованная для изготовления фланца. Обычно учитываются наиболее распространенные марки стали, на основе чего формируются рекомендации по комплектации:

• Ограничения по крепежу: При давлении до 25 кгс/см² допускается использование болтов или шпилек. При более высоких давлениях использование болтов не рекомендуется.
• Материалы крепежа: Для фланцевых соединений существует широкий выбор материалов для крепежных элементов. Важно, чтобы при использовании пары "гайка-шпилька" из одного и того же материала, твердость гайки была выше твердости шпильки минимум на 20 единиц. В противном случае существует риск возникновения избыточного давления и, как следствие, неисправностей. При изготовлении шпилек методом накатки резьбы следует использовать материалы, соответствующие ГОСТ 20700-75.
• После выбора типа фланца и материала прокладки разрабатывается эскиз с указанием конкретных размеров в соответствии с действующими нормами и стандартами. При расчете фланцевого соединения необходимо обеспечить его надежность, герметичность и прочность. Это ключевые задачи при проектировании.

Характеристики фланцев

• Основные характеристики фланцев включают размер, массу и допустимые параметры давления и температуры. Создана таблица сравнения уплотнительных поверхностей, чтобы помочь инженерам перейти от старых нормативов к новым. В данной таблице представлен переход с ГОСТ 12815-80, ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80, ГОСТ 12822-80 на ГОСТ 33259-2015

Маркировка и стандарты фланцев

• В маркировке фланцев содержится информация о виде исполнения, диаметре трубы, максимально возможном давлении, марке стали и присвоенном номере стандарта. Важно подбирать фланцы в соответствии со стандартами, такими как: ANSI/ASME (американские), DIN (немецкие), ГОСТ (российские). В последнее время на международный рынок активно выходят производители из Китая. Фланцы стандарта ISO приобретаются как в Европе, так и в Китае. Необходимо сначала ознакомиться с техническими характеристиками продукции и сравнить цены. В данной сфере даже неизвестные компании могут составить достойную конкуренцию компаниям с именем. Каждая деталь имеет свои преимущества и недостатки.
• Фланцевые крепежи подбираются в соответствии со следующими нормами: ГОСТ 20700-75; ГОСТ 12816-80; ГОСТ 9064-75; ГОСТ 9066-75; ПБ 10-115-96; ПБ-03-75-94; ОСТ 26-2043-91; ОСТ 26-2037-96; ОСТ 26-2038-96; ОСТ 26-2039-96; ОСТ 26-2040-96; ОСТ 26-2041-96. Существует и другая документация, контролирующая допустимое применение крепежного элемента в зависимости от цели применения.
• Фланцы, изготовленные в соответствии с правилами по ГОСТу, обеспечивают высокий уровень прочности и длительный срок эксплуатации даже при сложных условиях. Это дает возможность использовать изделия в различных промышленных сферах. 

Советы от мастеров

• Затягивайте болты накрест для равномерного распределения нагрузки.
• Обезжиривайте поверхность фланца перед монтажом.
• Используйте новые прокладки и размещайте их строго по центру.
• Проверяйте герметичность соединения после монтажа.

Заключение

• Фланцы — универсальные и надёжные элементы для соединения трубопроводов и оборудования. Правильный подбор и монтаж фланцев обеспечивают герметичность, долговечность и безопасность систем. Соблюдение стандартов и рекомендаций мастеров позволяет избежать аварий и снизить затраты на обслуживание. (иллюстрация "Фланцевое соединение" (ист. ООО "АрмСтрой"))