Изучение конструкций и герметичности фланцевых соединений. Лабораторная работа

1.

Изучение конструкций и
герметичности фланцевых
соединений
Лабораторная
работа

2.

Основные сведения
Фланцы являются одним из самых распространенных разъемных соединений,
которые используются в химической промышленности.
Они служат для соединения отдельных частей аппаратов. Также они используются для присоединения к аппарату трубопроводов, трубопроводной арматуры, датчиков контрольно-измерительных приборов, для соединения между
собой отдельных участков трубопроводов и т д. В химических аппаратах применяются фланцевые соединения преимущественно круглой формы. Фланцевые
соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для
сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизованы для труб и
трубной арматуры и отдельно для аппаратов. Конструкции стандартных стальных
фланцев показаны на рисунке 1.
Фланцевое соединение образуется двумя фланцами (обычно в виде плоских
колец) с отверстиями для размещения болтов, шпилек или иных элементов
соединения. Фланцы обычно имеют резьбовое или сварное соединение.
Фланцевое соединение состоит из закрепленных с помощью болтов двух фланцев
и прокладки между ними, для обеспечения герметичности. Такой способ
соединения обеспечивает простой доступ для очистки, осмотра или
модификации. ИСПОЛНЕНИЕ ФЛАНЦА ГОСТ 12815-80.
Исполнения для фланцев стальных плоских приварных ГОСТ 12820-80,
фланцев стальных приварных встык ГОСТ 12821-80 (воротниковые),
фланцев стальных свободных на приварном кольце ГОСТ 12822-80.

3.

По конструкции и способу соединения c корпусом
аппарата различают следующие основные типы фланцев:

4.

Рисунок 1 – Типы фланцев:
а – стальной приварной к корпусу; б – приварной встык с плоской поверхностью; в –
приварной встык с выступом и впадиной; г – приварной встык с шипом и пазом (1:2,5 –
рекомендуемый угол конусности)

5.

• Исполнения уплотнительных поверхностей фланцев и их обозначения.
Исполнение A. Плоскость
Исполнение B. Соединительный выступ
Исполнение F. Впадина
Исполнение E. Выступ
Исполнения D, M. Паз
Исполнения C, L. Шип
Исполнение K. Под линзовую прокладку
Исполнение J. Под прокладку овального
сечения

6.

Типы фланцев и их обозначения.
Тип 01. Фланец стальной плоский
приварной
Тип 02. Фланец стальной свободный на
приварном кольце
Тип 03. Фланец стальной свободный на
отбортовке
Тип 04. Фланец стальной свободный на
хомуте под приварку
Тип 11. Фланец стальной
приварной встык с шейкой
Тип 21. Фланец корпуса арматуры

7.

1 Плоские приварные фланцы являются самыми простыми по своей
конструкции. Их широко применяют на стальных аппаратах и трубопроводах.
Плоские приварные фланцы представляют собой плоские кольца, приваренные к
краю обечайки по её периметру. Этот тип фланца применяется при следующих
условиях: Ру.= 0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды - до 300 °С.
2 Фланцы воротниковые (с шейкой) Фланцы приварные воротниковые
обладают более высокой жесткостью и прочностью. Они применяются при
давлениях до 20 МПа. Наиболее распространены фланцы кованые и приварные
встык, широко применяемые на стальных сварных аппаратах. Приварные встык
фланцы имеют конические втулки-шейки. Втулка фланца приваривается
стыковым швом к обечайке и значительно увеличивает прочность фланца. Этот
тип фланцев применяется при следующих условиях: Ру = 1,6 – 6,4 МПа,
температура рабочей среды - до 300 °С.
3 Фланцы стальные свободные на приварном кольце могут быть выполнены в
нескольких вариантах. Этот тип фланца применяется при: Ру = 0,1 – 2,5 МПа,
температура рабочей среды - до 300 °С. Стальные свободные фланцы на
отбортовке применяют на аппаратах из мягких цветных металлов (алюминия,
меди и др.), а также из некоторых пластмасс, поддающихся отбортовке. Их также
используют при необходимости максимально сэкономить конструкционный
материал, например титан или высоколегированную сталь. Фланцы на отбортовке
применяют для условного давления до 0,6 МПа. Фланцы на утолщении
(бурте) устанавливают на аппаратах из стекла, керамики и пластмасс.

8.

4 Фланцы на резьбе применяют на трубопроводах высокого давления, где сварка
нежелательна, а также там, где есть необходимость снимать фланец для разборки
узла.
5 Свободные разборные фланцы применяют для соединений трубопроводов и
аппаратов из стекла, керамики и других хрупких материалов.
Они выполняются в двух вариантах:
Фланцы разъемные из двух частей. Изготавливают
такие фланцы из ковкого чугуна. Обе половины
стягиваются болтами.
• Фланцы с разъемным кольцом. Этот вид фланцев
дешевле и удобнее в монтаже/демонтаже, чем
разъемные,
но
менее
компактный.

9.

• Нагрузка затяжки, необходимая для обеспечения герметичности
фланцевого соединения. Усилие, с которым необходимо прижать уплотнительные поверхности фланцевого соединения для уменьшения зазора с
прокладкой, - одно из основных условий, определяющих работоспособность
соединения. Это усилие определяют значением минимального удельного
давления. Форма уплотнительной поверхности играет существенную роль
в обеспечении герметичности фланцевого соединения главным образом за
счет изменения величин удельного давления. На рис. представлены эпюры
возникающих удельных давлений на прокладках при различных формах
уплотнительной поверхности фланцев при одинаковом усилии, сжимающем
фланцы.

10.

Расчет фланцевого соединения сводится к определению сил, действующих на
болты и прокладку при монтаже (б) и в рабочих условиях (в)
• Fб1 ~ Fп1, j'62 Fn2 *■ 1\
Fб1 = Fп1, (1)
(2)
Fб2 = Fп2 +F
(3)
Δlб2=ΔSп2
Δl =