Фланцы являются важнейшими элементами трубопроводов, от правильного подбора размеров которых зависит безопасность и надежность всей системы. В этой статье подробно рассмотрены основы расчета допустимых предельных размеров фланцев по ГОСТ 12820-80.
Классификация и конструкция фланцевых соединений
Фланцевые соединения предназначены для неразъемного стыкования трубопроводов, а также присоединения к ним различного рода арматуры и оборудования. Они обеспечивают герметичность и прочность конструкции, а также возможность демонтажа отдельных участков.
По ГОСТ 12815-80 фланцы подразделяются на следующие исполнения:
- с выступом под прокладку;
- с впадиной под прокладку;
- с выступом и впадиной под прокладку (герметизирующие);
- с уплотнительным выступом (шипом);
- с уплотнительной впадиной (пазом);
- под овальное уплотнение;
- под выступ (шип);
- под впадину (паз);
- гладкие.
По материалу исполнения фланцы делятся на стальные, чугунные, цветные металлические и неметаллические. Наиболее распространены стальные фланцы.
Основными элементами фланцевого соединения являются:
- фланцы (плоские круглые диски с отверстием посередине);
- прокладка (обеспечивает герметичность);
- болты или шпильки с гайками (стягивают фланцы).
К достоинствам фланцевых соединений относятся:
- возможность разборки для осмотра или замены элементов;
- ремонтопригодность;
- простота изготовления фланцев;
- широкая номенклатура.
К недостаткам можно отнести:
- необходимость подтяжки соединения;
- ограничение по давлению и температуре;
- потери на утечки.
Фланцевые соединения применяются:
- в трубопроводах различного назначения;
- для присоединения арматуры к трубопроводам;
- в качестве разъемных соединений агрегатов;
- для заглушки торцов трубопроводов.
К фланцевым соединениям предъявляются следующие основные требования:
- герметичность при рабочих параметрах среды (давлении и температуре);
- прочность и способность выдерживать рабочие и испытательные нагрузки;
- технологичность конструкции;
- ремонтопригодность и взаимозаменяемость.
Расчет допустимых размеров фланцев
Размеры фланцев регламентируются ГОСТ 12815-80 и зависят от параметров трубопровода:
- диаметр условного прохода (DN);
- условное давление (Пу);
- температура рабочей среды.
Основными геометрическими параметрами фланцев являются:
- наружный диаметр Дн;
- внутренний диаметр d;
- толщина S;
- диаметр и число крепежных отверстий;
- ширина опорного бурта B.
Наружный диаметр Дн принимается по таблицам ГОСТ в зависимости от DN. Внутренний диаметр d должен быть больше DN на величину зазора Δd. Обычно Δd составляет 2-4 мм для стальных фланцев.
Толщина фланцев определяется из условия прочности, исходя из допускаемых напряжений для материала фланца. Рекомендуемые значения толщины фланцев приведены в таблице:
| DN, мм | 50 | 80 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 |
| Толщина S, мм | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
Число крепежных отверстий и их диаметр выбираются по таблицам в зависимости от DN и Пу. Ширина опорного бурта B зависит от длины обжимаемой части болта и обычно составляет 25-30 мм.
После определения основных размеров следует выполнить проверочный расчет фланца на прочность методом расчета дисков. В результате проверяется, что эквивалентные напряжения во фланце не превышают допускаемых.
Для нестандартных условий эксплуатации размеры фланцев могут рассчитываться индивидуально исходя из требований прочности, жесткости и герметичности.
Ниже приведен пример расчета фланца DN100 на давление Пу=1 МПа при температуре 100°C из стали 20:
- По таблице определяем: Дн = 180 мм
- Принимаем: d = 104 мм, Δd = 4 мм
- По таблице толщин: S = 8 мм
- Количество отверстий - 8, диаметр М12
- Ширина бурта B = 25 мм
- Выполняем расчет на прочность - условия выполняются
Таким образом, размеры рассчитанного фланца DN100 составят:
- Дн = 180 мм;
- d = 104 мм;
- S = 8 мм.
Особенности изготовления и монтажа фланцев
Фланцы изготавливают методами штамповки, гибки или механической обработки из заготовок. При этом контролируют геометрические размеры, механические свойства материала, качество поверхности. Фланцы принимают партиями с оформлением сертификатов.
Перед монтажом фланцев необходимо очистить сопрягаемые поверхности и убедиться в отсутствии вмятин и забоин. Рекомендуется использовать специальный инструмент для центровки фланцев.
Основные ошибки при монтаже фланцев:
- Неравномерная затяжка крепежа;
- Повреждение прокладок;
- Несоосность соединяемых элементов.
При эксплуатации фланцевых соединений необходим регулярный осмотр на отсутствие подтеканий, коррозии, ослабления крепежа. Поврежденные прокладки подлежат обязательной замене. При капитальном ремонте фланцы могут быть заменены.
Таким образом, фланцы являются надежным и удобным видом разъемных соединений, широко применяемым в трубопроводах. Правильный расчет размеров фланцев под конкретные условия эксплуатации - залог долговечности и безопасности фланцевого соединения.
