Технология фланцевого соединения стальных труб: Пошаговая инструкция +Фото и Видео

Содержание

Общие сведения

Существует несколько видов фланцевого соединения, каждое из которых делается строго в соответствии ГОСТа:

  1. Плоские фланцы –ГОСТ 12820-81
  2. Воротниковые – ГОСТ 12821-81
  3. Свободные фланцы на приварном кольце –ГОСТ 12822-80
  4. Фланцы для сосудов и аппаратов ГОСТ 28759,2-90
  5. Кольцевая заглушка ГОСТ 12836-80

Чтобы соединение деталей было герметичным применяют уплотнители:

При помощи фланцев соединяются не только трубы между собой, но и производится монтаж труб к другим конструкциям. Например, к емкости, на патрубок которой установлен фланец или чтобы произвести стыковку изделий из разного материала.

Соединительные детали изготавливают из:

  1. Ковкого чугуна. Фланцы отливаются. Допустимое давление 4МПа. Допустимая температура жидкости от -300 до +4000
  2. Стали. Литые соединительные детали с допустимым давлением 20МПа и рабочей температурой от -2500 до +6000 . Применяются для монтажа изделий из разного материала.
  3. Стали. Приварные фланцы. Предназначены, для труб с небольшим давлением 2,5 МПа.
  4. Чугун серый. Литые фланцы используются, для труб с максимальным рабочим давлением 16МПа. Допускается транспортировка жидкости температурой от -150 до +3000.

Схема фланцевого соединения

Внимание! Стальные фланцы отливаются из легированной, углеродистой и нержавеющей стали.

Также выпускаются полипропиленовые фланцы, для монтажа пластикового трубопровода с незначительным давлением:

  • Проходные – соединительные фланцы для труб
  • Глухие – предназначены для установки в тупиковых ветках трубопровода.

Для того, чтобы соединить две детали потребуется два одинаковых фланцы, которые плотно прикреплены к срезу трубы.

Присоединяются фланцы двумя способами:

  • Сажаются на резьбу. Такой вид установки соединительного элемента применим только для безнапорной магистрали.
  • Крепятся путем приваривания.

Фланцы предназначенные для одной стыковки называют ответными. Когда элементы установлены, производится их соединение и закрепление при помощи болтов или шпилек. Шпильки закреплять проще и быстрее, так как резьба с двух сторон и затягивать гайки можно сразу с обоих концов.

Фланцевые соединения: виды, исполнения и требования

Фланцевое соединение – разъемный (болтовой) способ монтажа стальных трубопроводов. Фланец имеет плоский корпус с большим отверстием по центру и несколькими маленькими по периметру. Самая функциональная форма детали – круглая, реже производят прямоугольную или квадратную. Для герметичной фиксации применяют уплотнители, сам крепеж осуществляют шпильками, болтами.

Изображение фланцевого соединения

ГОСТ 33259-2015 регламентирует фланцы с номинальным давлением PN не более 250 кгс/см2. Выделяют 6 конструкционных типов арматуры.

  • Плоский приварной (01) – круглый элемент, которое свободно надевается на трубу и крепится к ней свариванием двумя угловыми швами. Внутренний диаметр – не более 2400 мм.
  • Приварной встык (воротниковый, устьевой) (11) – приплюснутое кольцо с конической горловиной, торец которой совмещается с трубным сваркой встык одним швом. DN – до 4000 мм.
  • Корпуса арматуры (литой) (21) – продолжение трубы, ее часть. Номинальное сечение оборудования – не более 2000 мм.

Следующие три разновидности относят к свободным фланцам. Они состоят из заглушки, которая крепится к трубопроводу и совпадает с ним по материалу. Для изготовления корпуса берут более бюджетные сплавы.

Из чего производят деталь?

В промышленности используются стальные фланцы, однако сталь, из которой изготавливают деталь, также бывает разной. Маркировка стальных фланцев будет определять, в каких условиях лучше использовать данную деталь:

  1. Сталь 20 – самое применяемое сырье. Это углеродистая сталь, детали из нее применяются для сборки арматуры на магистралях, где внешняя температура не ниже –40 градусов, а внутренние показатели не выше +475 градусов.
  2. Сталь 09г2с – сталь из сплавов никеля, хрома и молибдена, предназначенная для осуществления сварки. Изделия из данного материала могут эксплуатироваться при внешней температуре от –70 градусов.
  3. 12Х18Н10Т – криогенная сталь. Детали из данного материала могут использоваться в агрессивной среде, например со щелочами и кислотами. Допустимая температура от – 196 градусов до +350 градусов.
  4. 10Х17Н13М2Т – коррозийно-стойкая обыкновенная сталь. Крепления из нее эксплуатируются в особо экстремальных условиях, ведь она сохраняет стойкость к коррозии под напряжением. Рабочие температуры от -196 до +600 градусов.
  5. 15Х5М – низколегированная жаропрочная сталь. Такие изделия имеют высокое сопротивление к окислению при показателях +600-650 градусов.

Данные марки являются самыми используемыми, однако кроме них производители применяют другое сырье. Существуют полипропиленовые модели – они предназначены для стыковки полипропиленовых труб с металлической запорной арматурой. Рабочая температура у такого материала значительно ниже — +80 градусов. К ним в комплекте могут продавать бурт под фланец – специальную деталь для создания фланцевого соединения из полипропилена.


Полипропиленовый фланец

Кроме стали и пропилена используют чугун двух видов – ковкий и серый. Детали из ковкого чугуна используются при рабочих температурах от -30 до +400 градусов, а из серого чугуна – при температуре от -15 до +300 градусов.

Характерная конструкция

Фланец — металлический диск круглой или, что встречается реже, квадратной формы с перфорированной плоскостью. В комплект арматуры такого типа входят:

  • парные диски;
  • болты и гайки для крепления и стягивания этих плоскостей;
  • прокладка из паронита, фторопласта или терморасширенного графита, обеспечивающая герметичность.

Пластиковые фланцы
Пластиковые фланцы для ПВХ труб

Диски фланцев, поступающие конечному потребителю в том виде, в котором вышли из штамповочного станка, могут быть как гладкими, так и имеющими характерные насечки. Эта модель обеспечивает большую герметичность, необходимую для безаварийной эксплуатации водо- и газопроводов. На диски попарно могут быть нанесены:

  • шипы и пазы;
  • выступы и соответствующие впадины.

Отдельные конструкции предусматривают углубления под прокладки разных типов и форм. Изолирующие фланцевые соединения газовых труб требуют особенно тщательного контроля качества этого элемента.

Размеры и количество болтовых отверстий устанавливаются производителем в соответствии с ГОСТом. Крепление арматуры к самой трубе производится, как правило, сварочным аппаратом. Отдельные виды фланцевых соединений трубопроводов могут крепиться и при помощи резьбы, нанесенной на фланцевый диск с внутренней стороны. Специалисты отмечают, что в конструкциях такого типа преимущество прочности фланцевого соединений практически утрачивается.

Фланцевое сварное соединение
Сварка фланца и стальной трубы

Дефектовка крепёжных изделий

Осмотром проверяют наличие дефектов поверхностей, состояние резьбы, наличие изгиба стержней. При наличии вмятин, забоин, выкрашивании, срыве более двух ниток резьбы, изгибе стержней и заметном износе крепёжные детали бракуют. Опробованием вручную определяют пригодность резьбы, завертывая и отвертывая болт или гайку.

Последовательность сборки резьбовых соединений:

  • проверяют стык соединяемых деталей на прилегание стыкуемых поверхностей;
  • при необходимости пригоняют стыкуемые поверхности;
  • совмещают оси отверстий под крепёжные детали;
  • в отверстия вставляют болты или ввёртывают шпильки;
  • надевают шайбы и подкладочные стопорные элементы;
  • наворачивают гайки и предварительно их навинчивают;
  • замеряют зазор по опорным поверхностям гаек (прилегание опорных поверхностей должно быть не менее 75% по всей длине окружности);
  • окончательно затягивают гайки;
  • контролируют в соответствии с рабочими чертежами правильность взаимной ориентации соединяемых деталей и плотность стыка.

При постановке шпильки необходимо:

  • обеспечить плотную посадку в корпусе;
  • установить ось шпильки перпендикулярно поверхности детали (неперпендикулярность вызывает значительные напряжения в резьбе).

В зависимости от инструментального обеспечения при сборке резьбовых соединений применяют:

  • традиционную затяжку с приложением к гайке крутящего момента;
  • предварительный нагрев болтов;
  • приложение к болту осевых сил.

Традиционная технология с приложением крутящего момента к гайке

осуществляется с помощью гаечных ключей, ключей предельного момента, динамометрических ключей, ключей мультипликаторов, гидравлических, пневматических, электрических гайковертов. Данные инструменты не имеют приборов для измерения сил (за исключением динамометрических ключей). Традиционная технология приводит к возникновению в стержне болта касательных напряжений.

Технология сборки резьбовых соединений с предварительным нагревом болтов (до 100 °С) исключает возникновение касательных напряжений, однако трудно учесть потери тепла при сборке – это не позволяет обеспечить создание в болтах заданных сил предварительной затяжки.

Технология сборки резьбовых соединений с приложением к болтам осевых сил

исключает возникновение в стержнях касательных напряжений, а использование гидравлического инструмента позволяет обеспечить контроль усилий затяжки при помощи манометров на маслостанции.

Группы болтов (шпилек) затягивают с одинаковым усилием. Для неответственных (конструктивных) болтов и шпилек затяжку производят в 2 “обхода”, а для ответственных (расчётных) – не менее, чем в 3 “обхода” (0,5; 0,7; 1,0 усилия затяжки). Затяжку следует проводить в шахматном порядке симметрично относительно продольной оси стыка.

Рекомендуется сборку соединений проводить в два этапа. На первом этапе с помощью ключей, гайковертов и специальных накидных головок проводят навинчивание гайки до упора. На втором этапе с помощью устройств, ключей-мультипликаторов, гайковертов, гидравлических ключей или специальных домкратов окончательно затягивают гайки. Резьбовые соединения с предварительным растяжением собирают в 2 “обхода”.

Сборку резьбовых соединений фланцевых стыков проводят в определённой последовательности путём одновременной затяжки симметрично расположенных пар гаек (попарная сборка) либо диаметрально расположенных гаек (рисунок 4.4).

Обозначения резьбы:

  • М24
    – метрическая диаметр 24 мм;
  • М24×1,5
    – метрическая диаметр 24 мм, шаг 1,5 мм;
  • М24LH
    – метрическая диаметр 24 мм, левая, с крупным шагом.

Винты и гайки обычно выполняются из Ст3, Ст4, Ст5, Ст35, Ст45. Болты для напряжённых соединений выполняют из Ст40, 40ХН. Выбор материалов и параметров резьбовых соединений определяется расчётом на прочность. В обозначениях болтов дополнительно указывают длину, класс прочности.

Механические свойства болтов, крепёжных винтов и шпилек из углеродистых нелегированных и легированных сталей по ГОСТ 1759.4-87 (ISO 898/1-78) при нормальных условиях характеризуют 11 классов прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9. Первое число, умноженное на 100, определяет номинальное временное сопротивление в Н/мм2, второе число (отделённое точкой от первого), умноженное на 10, – отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Произведение чисел, умноженное на 10, определяет номинальный предел текучести в Н/мм2.

Читайте также:  Сварочные напряжения и деформации

Для изготовления болтов с классом прочности 5.8 используется низко или среднеуглеродистая сталь; для класса прочности 8.8 – среднеуглеродистая сталь; для класса прочности 10.9 – легированная сталь.

Гайки из углеродистых нелегированных и легированных сталей по ГОСТ 1759.5-87 разделяются по классу прочности 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12 – для гаек с нормальной высотой, равной или более 0,8d; 04; 05 – для гаек с номинальной высотой от 0,5d до 0,8d. Класс прочности обозначен числом, при умножении которого на 100 получают значение напряжения от испытательной нагрузки в МПа, и указывает на наибольший класс прочности болтов, с которыми они могут создавать соединение.

Для изготовления гаек с классом прочности 2 используется низко- или среднеуглеродистая сталь; для класса прочности 5 – среднеуглеродистая сталь; для класса прочности 8 – легированная сталь.

Типы резьбовых соединений между трубами

Подобно безрезьбовым способам, резьбовые трубные соединения также могут быть разъёмными и неразъёмными. Хотя, казалось бы, любая резьбовая конструкция в принципе может быть разобрана, но встречаются ситуации, когда две соединённые резьбой трубы дополнительно приварены к неподвижным поверхностям, что препятствует их разъединению. В этом случае говорят о неразъёмном резьбовом соединении.

Тем не менее, вышеописанная ситуация является скорее исключением; в целом же резьбовые способы рассматриваются как разъёмные виды трубных соединений. Разновидностей их существует несколько, однако наибольшее практическое применение находят два: сгон и двунаправленная резьба.

Соединение посредством сгона применяется в тех случаях, когда трубы неподвижны относительно собственной оси, и при этом одна из них имеет длинный резьбовой участок, а другая – короткий. На трубу с длинным отрезком резьбы накручиваются контргайка и муфта. Далее муфта сгоняется с длинной резьбы на короткую до самого конца, поджимаясь с другой стороны контргайкой.

Высота выступа

Если взглянуть на чертеж стального фланца, то он имеет несколько параметров, в том числе и высоту выступа. Она обозначается буквами H и B, измерить ее можно во всех типах изделий, кроме того, который имеет нахлесточное соединение. Следует запомнить следующее:

  • модели с классом давления 150 и 300 будут иметь высоту выступа 1,6 мм;
  • модели с классом давления 400, 600,900,1500 и 2000 имеют высоту выступа 6,4 мм.


С выступом и впадиной
В первом случае поставщиками и производителями деталей учитывается поверхность выступа, во втором случае поверхность выступа не входит в указанный параметр. В брошюрах к деталям эти показатели могут указываться в дюймах, где 1,6 мм это 1/16 дюйма, а 6,4 мм – ¼ дюйма.

Материалы изготовления и виды

Для выполнения соединения металлических труб могут быть использованы фланцы, изготовленные из следующих материалов:

  • Чугун серый. Детали изготавливают методом литья. Использовать эти детали разрешено при интервале рабочего давления до 16 МПа. Температура транспортируемой среды должна быть в пределах от -15 до +300.

Варианты соединительных фланцев

  • Чугун ковкий. Изготавливаются детали методом литья. Разрешено применять для монтажа трубопроводов с рабочим давлением до 4 МПа, а вот рабочий диапазон температур более широкий – от -30 до +400.
  • Сталь. Литые стальные фланцы могут быть использованы для соединения труб из разных материалов. Максимальное рабочее давление – до 20 МПа, температурный диапазон очень широк – от -250 до +600 градусов.
  • Сталь. Фланцы приварные используют для сборки трубопроводов, работающих при небольшом давлении — до 2,5 МПа.

Совет! Для изготовления фланцев используются разные виды стали – легированная, углеродистая, нержавеющая.

Относительно недавно стали использовать фланцы из полимерного материала. Применяют полипропиленовые детали на пластиковых трубопроводах, работающих без давления (или с незначительным давлением). В зависимости от назначения выделяют два вида фланцев:

  • Проходные. Их используют для соединения трубы с другими деталями трубопровода.
  • Глухие. Устанавливают в тупиковых ветках магистрали.

Процесс затяжки и последовательность действий

виды фланцевых соединений

После того как фланцы приварены, и между ними установлена прокладка, следует убедиться, что она не мешает установке стяжных болтов или шпилек.

Чтобы обеспечить равномерную стяжку труб, все болты закручиваются до небольшого усилия. Затем затягивается первый болт, а вторым после него будет противоположный к нему и т.д. Метод затяжки называется «крест-накрест» – это обеспечит максимальную равномерность уплотнения прокладки и предотвратит чрезмерное напряжений труб.

Области применения деталей для соединения

Говоря о таком элементе, необходимо внести ясность, что он не является деталью для крепления. Главная задача этого приспособления заключается в создании опорной конструкции для крепительных болтов и одновременно в обеспечение герметичности соединения.

Фото: Изолирующие фланцевые соединения

Как запорную или стыковочную деталь, их ставят в коммуникационных сетях ЖКХ, в промышленности по добыче нефти. Также они обширно монтируются в топливной и газовой сферах. В этих отраслях очень прочные и долго служащие фланцевые крепления используют при монтаже в сеть приборов измерения.

Разные технологические особенности изготовления и виды материалов для этих элементов, дают возможность эффективно эксплуатировать сети, которые проводят агрессивные вещества под высокими показателями давлением.

При прокладке системы их стальных труб, чаще всего, используют диски из аналогичного материала. Это создает одинаковый уровень нагрузочного давления и служит подстраховкой от повреждений составных деталей после воздействий температурных скачков.

Такие повреждения характерны для швов на материалах, которые характеризуются неодинаковой проводимостью тепла. На стальные трубы ставят чугунные, алюминиевые, латунные и бронзовые фланцы. Но, бесспорным лидером среди вариантов для такой работы являются изделия их углеродистой стали. Причин для этого несколько, это:

  1. Не большая стоимость.
  2. Практичность.
  3. Простота в обработке.

Фото: соединителный фланец

Фланцевые соединения можно встретить в любой сфере. Большое разнообразие материалов для производства данных устройств дает возможность эффективно использовать любую магистраль.

Некоторые виды систем предусматривают наличие специального углубления под прокладки. Особенно тщательного контроля требуют фланцевые крепления в сети, транспортирующей газ. Здесь понадобятся фланцы, прошедшие детальную проверку на качество.

Расчет режимов затяжки фланцевых шпилек и гаек

Расчет режимов затяжки шпилек. Единовременный режим затяжки шпилек представляет собой частный случай однообходного группового режима затяжки, при котором число групп шпилек n=1, т.е. все шпильки фланца нагружают одновременно. При однообходном режиме затяжки шпилек текущее усилие нагружения очередной группы шпилек (РД26-01-122-89)

, (5)

Читайте также:  Конструктивные разновидности и монтаж запорных фланцевых вентилей

где Kz 1 — коэффициент разгрузки шпилек соответствующей группы; Qn — окончательная сила затяжки шпилек последней группы; n = m/i —число групп шпилек в затворе; m — число шпилек в затворе; i — число одновременно действующих нагружающих устройств (гидродомкратов); z —порядковый номер нагружаемой группыш пилек затвора. Окончательная сила Qn, приходящаяся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки,

Qn = Q3/n, (6)

где Q3 — суммарная сила затяжки всех шпилек затвора.

Коэффициент относительной податливости уплотнительной прокладки

α=λ0 / λШ(Q), (7)

где

λ0 и λШ(Q) — осевые податливости уплотнительной прокладки и группы шпилек. Текущее значение силы нагружения одной шпильки соответствующей группы

Qz = Qz / i. (8)

Текущее значение силы нагружения одной шпильки первой группы Q’z=1 сравнивают с допускаемой нагрузкой на одну шпильку [Q’]; при этом должно соблюдаться условие

Q’z=1 ≤ [Q’] (9)

Допускаемую нагрузку на одну шпильку [Q’] принимают равной меньшему из двух значений:

1. из условия обеспечения прочности монтажного участка резьбы шпильки

[Q’] ≤ 0,8 σ20ТШFШ, (10)

где σ20ТШ — предел текучести материала шпильки при температуре 20°С; FШ -площадь поперечного сечения монтажного участка шпильки;

2. или по рабочему усилию нагружающего устройства (гидродомкрата)

[Q’] ≤ Qн.у.. (11)

Если не выполняется условие (9), то необходимо рассчитать пообходно-уравнительный режим затяжки шпилек, причем текущее значение усилия нагружения очередной группы шпилек при соответствующем обходе

, (12)

где [Q] — допустимая нагрузка на группу шпилек; N — порядковый номер обхода;

[Q] = i [Q’]. (13)

Необходимое число обходов

(14)

где Kz2 — коэффициент разгрузки шпилек при пообходно-уравнительном режиме затяжки.

Подготовка фланцев для установки

Прежде чем начинать сборку фланцевого соединения необходимо проверить их на отсутствие ржавчины и механических повреждений. Поверхности очищают и обезжиривают. С резьбовой части болтов и гаек убрать заусенцы. Сделать предварительную прогонку резьбы, наворачивая гайки на болты с последующей смазкой. Вырезать и примерить прокладку. Она должна стоять по центру не перекрывая крепежные отверстия. Повторное использование старых прокладок нежелательно, но если иного выхода нет, устанавливают несколько штук бывших в употреблении.

Что такое фланец и какие бывают виды

В большинстве случаев фланцы ― это кольцеобразные пластины из стали, но иногда их делают в виде квадрата или прямоугольника. В центральное большое отверстие вставляют торец трубы, а в равномерно распределенные по внешнему периметру ― болты или шпильки. В перечень разновидностей фланцев включены проходные и заглушки. Первые предназначены для стыковки элементов трубопровода, вторыми закрывают тупики или отсекают ремонтируемые либо заменяемые участки.

Чтобы продукция, сделанная в разных странах, была взаимозаменяемой, разработана унифицированная классификация фланцев. В России это ГОСТ, европейские страны пользуются немецким стандартом DIN, а Америка, Япония и Австралия ANSI/ASME. Однако нередко одинаковые фланцы обозначаются разными символами. Поэтому стандарты переводят с помощью специальных таблиц.

Нормативы по исполнению указаны в ГОСТ 12815-80 цифрами от 1 до 9:

  1. С соединительным выступом в виде фаски под наклоном 45⁰.
  2. То же, что 1, но выступ под прямым углом.
  3. С пазом на внутренней стороне и выступом под углом 45⁰ снаружи.
  4. С шипом.
  5. С внутренним кольцевым пазом.
  6. С фаской под линзовую прокладку (вибровставка) на внутренней стороне.
  7. Выборка для овальной прокладки.
  8. С шипом для фторопластовой прокладки.
  9. То же что 8, но вместо шипа паз.

Виды фланцев
Виды фланцев

При монтаже трубопроводов применяют несколько типов фланцев:

  1. Воротниковые рассчитаны на давление 0,1 — 20 МПа при температуре -200 — +600⁰ Выступ в центральной части (воротник) приваривают к трубе встык одним швом.
  2. Плоские держат давление до 2,5 МПа при температуре -70 — +300⁰ Надеваются на торцы, крепятся двумя сварными швами.
  3. Аппаратные для присоединения оборудования или приборов;
  4. Резьбовые варианты наворачивают на торцы.
  5. Свободновращающиеся состоят из пластины и кольца, которое приваривают к торцу, а фланец свободно крутится на нем. Такое фланцевое соединение устанавливают в труднодоступных местах или там, где необходимо частое проведение профилактических мероприятий на трубопроводе. Рассчитано на давление до 2,5 МПа.
  6. Кольцевые варианты для заглушек делают без центрального отверстия.
Читайте также:  Сварка плавлением: сущность процесса, классификация, источники нагрева

При установке фланцевых соединений на стальных трубопроводах их материал должен быть идентичным или близким по составу металлу труб. Это нужно для предотвращения повреждений при изменениях температуры. Фланцы бывают из серого и ковкого чугуна, легированной, углеродистой и нержавеющей стали. Для трубопроводов из иных материалов выпускаются бронзовые, алюминиевые, латунные разновидности. Безнапорные системы из полиэтиленовых труб часто собирают на полипропиленовых фланцах.

Рабочая температура

  • Одним из важнейших параметров является рабочая температура. Исходя из того, какую температуру имеет среда, которая будет транспортироваться по трубопроводу, а также с учетом внешней среды, зависит и марка стали, из которой будет изготовлен крепеж. Каждая марка стали имеет определенный диапазон рабочих температур, при которых крепежное изделие может обеспечить прочность и надежность соединения.
  • Например, при одном и том же номинальном давлении при температуре не ниже -30 °С рекомендуется применять шпильки из стали 35, в то время как при предполагаемой температуре эксплуатации до -70 °С следует применять крепеж, изготовленный из хладостойких марок стали, например, 09Г2С или 10Г2.

Сборка и разборка болтовых соединений

1.1. Подготовка к сборке

Сборку болтового соединения начинают с подготовки поверхностей, по которым соединяются детали. Для создания герметичности иногда плоскости пришабривают или притирают. Следует учесть, что герметичность стыка увеличивается в 2-2,5 раза при повторной сборке соединения. Величина зазора между плоскостями разъема должна быть указана в чертежах. Кованые или литые детали должны иметь обработанные поверхности под устанавливаемые крепежные детали.

1.2. Сборка болтовых соединений

Наиболее распространенный тип болтового соединения – соединение, собранное на болтах или винтах. При подготовке соединения к сборке необходимо проверить, что в собираемом соединении крепежных деталей с метрической резьбой (табл. 1) обеспечены запас резьбы, глубина сверления и выход конца винта из гайки с метрической резьбой в соответствии с табл. 1.

Таблица 1. Запас резьбы, глубины сверления и выход конца винта из гайки с метрической резьбой, мм,для крепежных деталей с метрической резьбой (значения эмпирические)

Запас резьбы, глубины сверления и выход конца винта из гайки с метрической резьбой

Шаг резьбы
Р
d
резьбы
≥ а1 ≥ а2
(без сбега)
≥ а3 а4 с
1,0 6 3,5 2 6 1,5÷2,5 1,0
1,25 8 4 2,5 8 1,5÷2,5 1,6
1,5 10 4,5 3 9 2÷3
1,75 12 5,5 3,5 11 2÷3,5
2,0 16 6 4 12 2,5÷4 2
2,5 18, 20, 22 7 5 15 2,5÷5 2,5
3,0 24, 27 8 6 18 3÷6
3,5 30, 32 10 7 21 3,5÷7
4,0 36, 39 12 8 24 4÷8 3
4,5 42, 45 12 9 27 4,5÷9 4
5,0 48, 52 15 10 30 5÷10 5
Глубина завинчивания винтов, а = Kpd
σВ, МПа Сталь, бронза Чугун Силумин
Kp
400-500
900-1000
0,8-0,9
1,6-2,0
1,3-1,4
2,0-2,5
1,4-2,0
2,0-2,5

Резьба болта или винта должна быть чистой от грязи, без забоин и слегка смазанной. Болт обычно вставляют снизу, а затем навинчивают гайку. Гайки затягивают только тогда, когда поставлены все болты, шайбы и гайки.

Затягивают гайки или винты постепенно. На длинных крышках, например на крышках блоков двигателей внутреннего сгорания, на крышках больших редукторов, гайки или винты затягивают от середины к краям. Гайки или винты, расположенные по кругу, например на фланцах крышек цилиндров и т. д., затягивают крест-накрест. Сначала все гайки или винты завертывают до соприкосновения с шайбами или с поверхностью детали, затем слегка затягивают и только в третий раз затягивают окончательно.

Если гайки или винты затягивать последовательно, то затяжка может оказаться неравномерной и вызвать перегрузку отдельных гаек, смятие резьбы и даже обрыв болта. Затягивание гаек от краев к середине приводит к искривлению крышек.

Контроль усилия затяжки винтов и болтов осуществляют либо выбором соответствующей длины рукоятки ключа, либо применением предельных и динамометрических ключей.

Для затяжки крепежного резьбового соединения осевой силой F (рис. 1) необходимо создать момент завинчивания Мзав, равный сумме момента сил в резьбе d и момента сил трения на опорной поверхности гайки.

Схема действия сил в резьбовом соединении при затяжке

Рис. 1. Схема действия сил в резьбовом соединении при затяжке

Длина стандартных ключей L ≈ 15d. Приложив к концу ключа силу Fp, можно определить отношение F/Fp, т. е. выигрыш в силе за счет резьбы. Так как Мзав=FpL, то 0,2Fd=15Fpd, откуда F/Fp ≈ 75.

Рекомендуемая допускаемая сила затяжки [Fр] болта из стали СтЗ в зависимости от диаметра резьбы и размера захвата гаечного ключа D (размер «под ключ» S) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Допускаемая сила затяжкирезьбового крепежного соединения [Fр]

d, мм М8 М10 М12 М16 М20 М24 М30
[Fр], кН 1,40 2,40 3,60 7,50 14,0 23,0 45,0
S = D, мм 12 14 17 22 27 32 41

Расчет и практика эксплуатации резьбовых соединений показали, что болты с резьбой менее М10 при затяжке стандартными ключами (L ≈ 15d) могут быть разрушены. Например, болт с резьбой М6 из стали СтЗ разрушается при силе на ключе Fр ≈ 45H.

Поэтому в резьбовых соединениях для машин технологического назначения, как правило, не применяют болты с резьбой менее М8 (безопасная затяжка болтов малых диаметров осуществляется специальными ключами, ограничивающими размер силы Fр).

Рекомендуемая глубина завинчивания винта (болта): Н ≈ 0,9d – в стальные детали; Н ≈ 1,4d – в чугунные детали; Н ≈ (1,5…2)d – в детали из легких сплавов.

После сборки болтовое соединение должно быть застопорено от отвинчивания.

Стопорные устройства для резьбовых крепежных соединений

Резьбовые соединения в процессе работы не должны ослаблять соединение закрепленных деталей, т.е. они не должны самопроизвольно отвинчиваться под действием вибраций, возникающих при движении, толчках и ударах деталей машин во время работы. Поэтому ответственные резьбовые соединения после затяжки стопорят.

Стопорение ответственных резьбовых соединений производят разными способами. Их выбор зависит от доступа к местам крепления, от условий работы соединения, от конструкции соединения и др. Различают следующие способы предохранения резьбовых элементов от самоотвинчивания:

  • контргайкой (рис. 2, а) , которая препятствует самоотвинчиванию силой трения в резьбе и на торцовых поверхностях двух гаек. Этот способ позволяет легко регулировать силу затяжки резьбового соединения, фиксируя положение нижней гайки путем поворота верхней гайки после касания на соответствующий угол затяжки;
  • пружинными шайбами (рис. 2, б), которые обеспечивают напряженное состояние резьбового соединения. Пружинная шайба имеет высокую твердость, концы разреза разведены и заострены. Это позволяют произвести затяжку соединения и расплющить шайбу. При этом заостренные концы разреза пружинной шайбы прижаты к торцу гайки или головки болта и к поверхности закрепляемой детали (рис. 2, ж).

Шайбы специального назначения применяют как стопорные детали, предотвращающие самоотвинчивание гаек, болтов. Примеры таких шайб приведены на рис. 2, е.

Способы предохранения резьбовых элементов от самоотвинчивания

Рис. 2. Способы предохранения резьбовых элементов от самоотвинчивания

При отвертывании под действием пружинных сил заостренные концы разреза пружинной шайбы внедряются в металл гайки или головки болта и в металл закрепляемой детали и тем самым удерживают болт или гайку от отвинчивания; разводными шплинтами (рис. 2, в) – один из распространенных и наиболее надежных способов. Разводные шплинты изготовляют с кольцевой головкой из стальной проволоки полукруглого сечения. Концы шплинта вставляют в отверстие, соединяющее болт с гайкой, и разводят; мягкой проволокой (рис. 2, г), которую применяют для нескольких и целых групп болтов. При этом головки болтов должны быть соединены проволокой так, чтобы ослабление затяжки одного из них вызывало натяжение проволоки и этим способствовало затяжке остальных; жестким соединением резьбовых деталей, которое осуществляют применением деформируемых стопорных шайб с носком (рис. 2, д) и с лапкой (рис. 2, е). Деформируемая шайба такой формы имеет выступы. Один из них, вставляется в отверстие детали или обжимается по краю детали, а другие отгибают и прижимают к грани завернутого болта или гайки, чем фиксируют их от отвинчивания; путем сварки головки винта, болта, гайки или шпильки (рис. 2, ж); посредством кернения резьбовых деталей с торца и бокового (рис. 2, з), расклепывания стержня резьбовой детали, закрашиванием лаком выхода резьбы из гайки и др.

Для стандартной крепежной резьбы угол подъема резьбы Ψ≤4°, а приведенный угол трения φ’ в зависимости от материала гайки и винта – φ’=6 ÷ 16°, следовательно, все крепежные резьбы – самотормозящие и при статической нагрузке не самоотвинчиваются.

Мелкие крепежные резьбы (по сравнению с крупными) имеют меньший угол подъема резьбы и поэтому они менее склонны к самоотвинчиванию при динамических нагрузках.

Разборка болтового соединения

Разборку болтового соединения начинают с освобождения гаек от стопорных устройств. После этого приступают к отвинчиванию гаек. Если гайка не отвинчивается, то не следует удлинять рукоятку ключа или прикладывать большие усилия, так как этим можно сорвать резьбу или скрутить болт. В этом случае смачивают резьбу керосином и через некоторое время (когда керосин проникнет в резьбу) вновь пытаются отвинчивать гайку. Если гайка после этого тоже не отвинчивается, то пробуют завинтить ее дальше и когда она сдвинется с места, вновь начинают отвинчивать.

Когда все гайки отвинчены, удаляют болты.

Затем начинают последовательно завинчивать отжимные болты до тех пор, пока зазор между деталями не будет достаточным для того, чтобы снять деталь или сборочную единицу.

Подготовка к сборке других резьбовых соединений

Подготовка к сборке других резьбовых соединений заключается в проверке соответствия размеров сбегов, недорезов, проточек и фасок на соединяемых резьбовых деталях по нормам, приведенным в табл. 3, 4, 5.

Таблица 3. Сбеги, недорезы, проточки и фаски для трубной цилиндрической резьбы (по ГОСТ 10549-80)

Сбеги, недорезы, проточки и фаски для трубной цилиндрической резьбы

Размеры
резьбы,

дюймы

Число
витков

на “

Наружная резьба Внутренняя резьба
сбег х недорез,
а1max
проточка фаска
z
сбег
хa
недорез,
а2max
проточка фаска
z
f R R1 df f R R1 df
1/8 28 1,6 2,5 2,5 1,0 0,5 8 1,0 2,2 4 4 1,0 0,5 10,0 1,0
1/4
3/8
18 2,4 4,0 4 1,0 0,5 11
14,5
1,6 3,3 5 5 1,6 13,5
17,0
1/2
3/4
14 4,5 5,0 5 1,6 18
23,5
2,0 4,8 8 8 2,0 1,0 21,5
27,0
1,6
1
11/4

11/2

2

11 4,1 6,0 6 1,0 29,5
38

44

56

2,5 6,0 10,0 10 3,0 34,0
43

48,5

60,5

21/2 71,5 76
3 84 89
4 109 114
5 134,5 139
6 160 165
Читайте также:  Аргонная сварка нержавеющей стали (нержавейки) методом TIG

Таблица 4. Сбеги, недорезы, проточки и фаски, запас резьбы и глубины сверлениядля конической дюймовой резьбы с углом профиля 60° по ГОСТ 6111-52

Сбеги, недорезы, проточки и фаски, запас резьбы и глубины сверления

Размеры
резьбы,

дюймы

Число
витков на 1”
Наружная резьба Внутренняя резьба
сбег
l1
недорез
l2 max
проточка сбег
l3 max
недорез
l4 max
проточка фаска с=с1
b r r1 d4 b r r1 d4
1/16
1/8
27 2,5 3,5 2 0,5 0,3 6
8
3,0 6 3 1,0 0,5 8,5
10,5
1,0
1/4
3/8
18 3,5 5,5 3 1,0 0,5 11
14
4,0 9 4 14,0
17,5
1,6
1/2
3/4
14 4,5 6,0 4 18
23
5,5 11 6 1,6 1,0 22,0
27,0
1
11/4

11/2

2

5,5 7,0 5 1,6 29
38

44

56

6,5 14 7 34,0
42,5

48,5

60,5

2,0

Таблица 5. Сбеги, проточки и фаски для трапецеидальной однозаходной резьбы по ГОСТ 10549-80

Сбеги, проточки и фаски для трапецеидальной однозаходной резьбы

Шаг резьбы Проточка Фаска
z
f R R1 наружная
резьба df
внутренняя
резьба df
2 3 1,0 0,5 d-3,0 d+1,0 1,6
3 5 1,6 d-4,2 2,0
4 6 1,0 d-5,2 d+1,1 2,5
5 8 2,0 d-7,0 d+1,6 3,0
6 10 3,0 d-8,0 3,5
8 12 d-10,2 d+1,8 4,5
10 16 d-12,5 5,5
12 18 d-14,5 d+2,1 6,5
16 25 5,0 2,0 d-19,5 d+2,8 9,0
20 d-24,0 d+3,0 11,0
24 30 d-28,0 d+3,5 13,0

1.6. Постановка контрольных штифтов

Для возможности установки на прежнее место снятую тщательно выверенную и приработанную деталь или сборочную единицу применяют конические или цилиндрические штифты.

Штифтовые соединения применяют для фиксации взаимного положения деталей (рис. 3). В качестве распространенного примера можно привести фиксацию двумя коническими штифтами взаимного положения корпуса и крышки редуктора (рис. 3, б), чем обеспечивается сохранение их взаимного положения при совместной механической обработке, сборке и разборке редуктора.

Штифтовые соединения

Рис. 3. Штифтовые соединения: а – с цилиндрическим штифтом; б, в, – с коническим штифтом

Диаметр штифта должен быть на 20 ÷ 30% меньше диаметра болта или винта, которым крепится деталь или сборочная единица.

Отверстия под контрольные штифты сверлят после того, как соединяемые детали выверены относительно друг друга и закреплены окончательно.

Штифтов в соединении должно быть не менее двух, и они должны быть расположены друг от друга на максимально возможном расстоянии. Например, при соединении деталей прямоугольной формы контрольные штифты ставят по диагонали между крепежными деталями. При сверлении отверстий под штифты оставляют припуск на развертывание посадочного отверстия под устанавливаемый штифт.

Цилиндрические штифты обычно ставят на рабочее место с гарантированным натягом K7/m6 или по переходной посадке Н7/m6, а в движущихся соединениях – с расклепыванием концов.

Окончательно забитый штифт должен выступать над поверхностью на размер не менее двух фасок. Если нет возможности выбить штифт или отверстие несквозное, то применяют вытяжные штифты (рис. 3, в).

Классы давления фланцев

Детали, изготавливаемые согласно стандартам Asme (Asni) всегда характеризуются рядом параметров. Одним из таких параметров является номинальное давление. При этом диаметр изделия должен соответствовать его давлению согласно установленным образцам. Условный диаметр обозначается комбинацией букв «ДУ» или «DN», после чего стоит цифра, характеризующая сам диаметр. Условное давление измеряется в «РУ» или «PN».


Чертеж фланца с различными обозначениями

Классы давления американской системы соответствуют переводу в МПа:

  • 150 psi — 1,03 МПа;
  • 300 psi — 2,07 МПа;
  • 400 psi — 2,76 МПа;
  • 600 psi — 4,14 МПа;
  • 900 psi — 6,21 МПа;
  • 1500 psi — 10,34 МПа;
  • 2000 psi — 13,79 МПа;
  • 3000 psi — 20,68 МПа.

В переводе с МПа каждый класс будет указывать на давление фланца в кгс/см². От класса давления зависит, где будет использоваться выбранная деталь.

Принцип

Чтобы осуществить соединение труб фланцами, необходимо, чтобы на торцах обоих соединяемых деталей были установлены крепежные детали. Причем эти детали должны быть идентичными, иначе провести герметичное соединение деталей будет невозможно.

Совет! Фланцы, устанавливаемые на концах свариваемых деталей, называют ответными.

Крепится фланец на торец трубы одним из двух способов:

Вариант фланца

  • на резьбу (применимо только для безнапорных трубопроводов);
  • при помощи сварки.

После того, как оба ответных фланца будут установлены, их соединяют и стягивают при помощи крепежных деталей.

Совет! Шпилька, в отличие от болта, не имеет головки. Резьба нарезана на шпильке с двух сторон. Благодаря этому, при выполнении соединения можно затягивать фланцы с двух сторон, накрутив гайки на обе стороны шпильки.

Конструктивные особенности фланцев

Выбирая фланцы для трубопровода необходимо учитывать некоторые особенности:

  1. Условный проход (ДУ) измеряемый в миллиметрах, показывает несовпадение внутреннего диаметра фланца и трубы. Это важно для плоских и вращающихся деталей. Поэтому в их обозначение добавляются индексы А и Б. Буква А указывает диаметр фланца, а Б ― трубы. Для воротникового типа этот параметр не критичен.
  2. Рядность показывает расстояние в миллиметрах между осями отверстий под болты. Одинаковые по ДУ фланцы, сделанные по типоразмеру ряд 1 или ряд 2, будут отличаться между собой диаметром и количеством отверстий. Если у заказчика нет особых пожеланий, выполняется стандартный ряд 2.
  3. Условное давление ― это его допустимая величина, при которой соединение работает без протечек и разрушений. Значение параметра зависит от типа фланцевого соединения труб, материала, диаметра, ширины с учетом исполнения состыкованных поверхностей. Необходимо учитывать, что значение давления может быть указано в атм., Па, бар, кгс/см².
  4. По параметрам рабочей температуры определяется значение допустимого давления, так как оно уменьшается при нагреве. Эту зависимость нужно учитывать для трубопроводов с горячими средами. Степень влияния температуры на давление определяют по таблицам.

Нормативами предписывается обязательная установка на фланцы трубопровода, по которому перекачивают агрессивную жидкость, защитного кожуха. Он предотвратит расплескивание в случае утечки. Кожухи делают из текстиля, листовой стали, полимерных материалов диаметром от 15 до 120 см. Популярные фторопластовые модели выдерживают температуру -200 — +230⁰C.

Подготовка фланцев для монтажа и стяжки

Монтаж стальных фланцев на трубопроводы начинается с подготовки всех элементов конструкции, а именно с удаления:

Разновидности водопроводных труб

  • старого лакокрасочного покрытия;
  • масляных загрязнений;
  • любого вида ржавчины;
  • окалин или заусенец с резьбы.

Еще одним важным моментом является вырезание и подгонка прокладки по размеру фланцев.

Диаметр резьбы

  • Все резьбовые крепежные детали имеют внутренний (гайки) и наружный (шпильки и болты) диаметр резьбы. В зависимости от назначения и нормативного документа, по которому изготавливается продукция, резьба может быть метрической и дюймовой. Метрический шаг резьбы измеряется в миллиметрах, а дюймовый — в дюймах.
  • Шаг резьбы — расстояние между двумя соседними вершинами резьбы.
  • В зависимости от назначения крепежного изделия большинство нормативных документов предусматривает возможность изготовления крепежа с различным шагом резьбы (крупный или мелкий шаг резьбы). Как правило, крупный шаг резьбы является основным и при заказе изделия не указывается.
  • В отдельных случаях может быть выполнен шаг резьбы отличный от рекомендованного нормативными документами.
  • Размер «под ключ» равен диаметру вписанной окружности.
  • Как правило, для каждого номинального диаметра резьбы предусмотрена одна величина «под ключ».
  • Длина болта — длина, которая указывается в обозначении изделия при заказе, в большинстве случаев не является габаритной характеристикой. Преимущественно длина болта, указываемая в обозначении изделия, равна длине стержня болта, т. е. высота головки болта в расчет не берется.
  • Пример: для болта М12х120 — длина стержня болта равна 120 мм , при этом общая габаритная длина больше на высоту головки болта на 7,5 мм , т. е. общая габаритная длина равна 127,5 мм . На рис. 3: l — длина болта; l+ к = общая габаритная длина болта.

Длина шпильки

  • Для большинства шпилек длина l, указываемая при заказе, обозначает общую габаритную длину шпильки. Однако некоторые нормативные документы предусматривают в обозначении шпилек не всю длину шпильки.
  • Пример: ГОСТ 22032-76, распространяющийся на шпильки с ввинчиваемым концом длиной dv предусматривает обозначение длины шпильки, не включающей длину ввинчиваемого конца. l — длина шпильки, b — длина ввинчиваемого конца (рис. 4).
  • Поле допуска резьбы обозначает точность исполнения резьбы.
  • Чем больше значение поля допуска, тем больше отклонение параметров резьбы от номинальных.
  • Для большинства крепежных изделий достаточным является поле допуска резьбы для наружной резьбы — 6д, для внутренней резьбы—6Н.
  • Длина резьбового конца — длина части болта или шпильки, предназначенная для навинчивания гайки.

Выбор прокладки

Для герметизации соединения обязательно используются прокладки. Особенно важно правильно рассчитать степень герметизации при эксплуатации трубопровода под давлением. Выбор материала для изготовления прокладок зависит от условий эксплуатации и свойств транспортируемой среды. Чаще всего применяют:

  • Резину. В зависимости от свойств среды выбирают материал, устойчивый к действию кислот и щелочей, маслу и нефтепродуктам, температуре.
  • Паронит. Может быть применен материал общего назначения или маслостойкий.
  • Фторопласт.
  • Асбестовый картон.

Прокладку вырезают по форме фланца, её толщина зависит от выбранного материала.

Как выбрать фланцы для стальных труб?

Условный проход соединительного элемента – внутреннее сечение трубы, для которой выбирается фланец. Обозначается Ду (мм).

Важно! Приварные фланцы имеют еще одну маркировку, в виде латинской буквы, которая дает характеристику внешнему размеру (диаметру) трубы.

Ряд

Изделия с идентичным условным проходом, бывают разными:

  • Отличие в расстоянии между крепежными отверстиями
  • Разница в размере отверстий.

Обычно данный показатель называют рядностью.  То есть, чтобы соединить две детали при помощи фланцев у них должен совпадать не только условный проход, но и быть одинаковая рядность.

Допустимый уровень максимального давления трубной магистрали

Показатель зависит от:

  • Материала изготовления
  • Есть или нет уплотнители, и из какого материала они сделаны
  • Геометрических размеров деталей

Диапазон рабочей температуры

Монтаж с нарушением этого показателя приведет к течи в месте стыковки. Рабочая температура и рабочее давление величины взаимосвязанные, допустимые показатели всегда указаны в документации приложенной к изделию.

Уплотнители (прокладки)

Выбор данного элемента делается на основании таких показателей, как химический состав транспортируемой жидкости и какая нагрузка на трубопровод.

Изготавливают уплотнители из:

  • Резины. Обладает высокой устойчивостью к агрессивным средам и температурам.
  • Паронит. Хорошо использовать при монтаже трубопровода транспортирующего жиросодержащие среды.
  • Фторопласт
  • Асбестовый картон
Источники

  • https://iseptick.ru/truby-i-fitingi/flancevoe-soedinenie-trub-iz-stali.html
  • https://portal-kolomna.ru/construction/stalnye-flancy-dla-santehniki-osobennosti-konstrukcii-raznovidnosti-i-mesta-ispolzovania.html
  • https://StoneTechnology.ru/montazh-i-obsluzhivanie/kak-krepyat-flancy.html
  • https://MetEkspert.ru/oborudovanie/privarka-flancev-k-stalnym-truboprovodam.html
  • https://rkc-parus.ru/aksessuary/shema-obtyazhki-flancevyh-soedinenij-truboprovodov-bolshih-diametrov.html
  • https://srtmx.ru/aksessuary/sborka-flancevyh-soedinenij.html
  • https://dymohod-msk.ru/flancevoe-soedinenie/
  • https://bph-saratov.ru/montazh/flancevoe-soedinenie.html
  • https://KotelSibir.ru/truby/flancevoe-soedinenie-trub.html
  • https://vodakanazer.ru/truboprovod/flancevye-soedineniya-truboprovodov.html
  • https://TrubaNet.ru/stalnye-truby/flancevoe-soedinenie-stalnykh-trub-ikh-plyusy-i-oblast-primeneniya.html
  • https://proriv-gbi.ru/aksessuary/zatyazhka-flancevyh-soedinenij.html
  • https://svarkaprosto.ru/tehnologii/flantsevoe-soedinenie
  • https://OmShantiDom.ru/radiatory-otopleniya/kak-flanec-krepitsya-k-trube.html
  • https://sgpo56.ru/stali/flancevoe-soedinenie-truboprovodov-foto.html
  • https://pipe-s.ru/ustanovka-flantsevykh-soyedineniy-v-stal-nykh-truboprovodakh/
  • https://kanalizaciyam.ru/flancevoe-soedinenie-trub.html

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию