В этой статье подробно описываются переменные, влияющие на надежность фланцевой арматуры, материалы ее изготовления, описываются способы выбора фланцев и принятые методы для использования и установки. Подробно рассмотрена классификация фланцевых соединений.

Арматура фланцевая позволяет осуществить сборку и обслуживание компонентов системы без необходимости резки и сварки труб.  Она играет важную роль в системах трубопроводов. Однако структурная целостность и герметичность водопроводных систем имеет самый слабый элемент, который часто представляет собой фланцевое соединение между различными клапанами и фитингами.

Тем не менее, поскольку системы трубопроводов подвержены многим типам нагрузок и состоят из множества материалов, понимание и прогнозирование рейтинга и производительности этих фланцевых соединений затруднено. Это еще больше осложняется тем, что различные уплотнительные механизмы, такие как прокладки, уплотнительные кольца и механические уплотнения могут существенно повлиять на рабочие характеристики соединений. 

Содержание

Геометрия фланцев
Типы фланцевой арматуры
Материалы фланцевой арматуры
Стандарты и классы фланцевой арматуры
Размеры фланцевой арматуры
Вывод

Геометрия фланцев

Арматура фланцевая представляет собой конструктивные элементы системы трубопроводов, которые выдерживают нагрузки на трубу, связанные с этой системой, поскольку элемент представляет собой жесткий или сдержанный шарнир. Фланцевое соединение не будет скользить или поворачиваться, и оно должно выдерживать внутренние усилия давления без какого-либо внешнего ограничения. Некоторые нажимные и механические соединения устройств, которые часто используются под землей, не сдерживаются. Это важное различие, которое влияет на опоры, якоря и блоки тяги, необходимые для многих систем.

Базовая арматура на большинстве клапанов и фитингов водопроводных труб, состоит из круглого кольца или фланца, приваренного к литому корпусу и трубе, или отлитого от него. Основные размеры фланца состоят из:

• наружного диаметра (OD)
• диаметра круга болта (BC)
• толщины (T)
• количества и размера отверстий болтов

Образец болта в клапанах и фитингах обычно опускается по вертикальной осевой линии. Фланцы двух фитингов соединяются вместе и герметизируются упругой прокладкой, которая плотно сжимается болтами, расположенными в круге, концентричном с наружным диаметром трубы. Чтобы получить герметичное уплотнение, болты должны выдерживать гидростатическое торцевое усилие трубы и сжимать прокладку до кратного максимального давления в системе.

Фланцевая арматура клапана с восемью отверстиями для фланцев с резьбой. Из-за формы корпуса некоторой арматуры фланцы клапанов часто содержат резьбовые отверстия вместо сквозных отверстий, что влияет на выбор болтов. Для эксцентрикового штепсельного клапана номинального размера трубы, требуется четыре резьбовых отверстия сверху и четыре резьбовых отверстия на нижней части фланца, поскольку гайки за фланцем будут мешать основной части корпуса клапана.

Типы фланцевой арматуры

Арматура должна быть достаточно прочной, чтобы передавать нагрузки на трубу, силы давления и прокладки с болтов на соединительную трубу, фитинг или клапан. Когда труба находится под напряжением внутри, гидростатические силы стремятся растянуть трубку и вытащить фланцы. Болты должны поддерживать контакт между сопрягаемыми фланцами и прокладками без чрезмерного растяжения.

Для поглощения этих нагрузок арматура имеет несколько типов фланцевых форм. Простейшим является кольцевой фланец, который состоит из плоской пластины с равномерной толщиной.

Фланец ступицы подобен кольцевому, но имеет дополнительный материал на основании корпуса, так что нагрузки распределяются более равномерно по трубе или фитингу. Кольцевая и втулочная арматура может быть прикреплена к трубе сваркой или резьбой.

Стальные фланцы высокого давления часто имеют увеличенную поверхность и наклонную втулку, которая оптимизирует соотношение прочности к весу арматуры. Они прикреплены к трубе с помощью стыковой сварки. Приподнятая часть фланца фокусирует нагрузку болта на меньшую площадь прокладки, что улучшает характеристики прокладки.

Материалы фланцевой арматуры

Оценки давления арматуры основаны на их материале конструкции. Это имеет смысл, потому что сталь может быть в два раза прочнее серого чугуна. Однако, чтобы понять, как прочность материала влияет на качество арматуры, важно понять фундаментальные механические свойства металлов.

Например, механические свойства серого чугуна и ковкого чугуна сильно отличаются, несмотря на то, что они оба являются сплавами железа. Для изготовления литой фланцевой арматуры ломаное железо расплавляется и объединяется с другими элементами, такими как углерод и кремний, для получения уникальных свойств. Когда серое железо затвердевает, его зерновая структура включает графит (углерод) в виде хлопьев. Эти хлопья придают серому железу прочность и твердость, но в то же время делают металл хрупким. Тем не менее, серое железо широко используется в фитингах и многих других продуктах, потому что структура графита поглощает шум и обладает хорошей устойчивостью к износу.

Напротив, когда литой чугун отливают, расплавленный металл обрабатывают магнием, что заставляет графит затвердевать в узлах. Форма дает высокую вязкость железу и более высокую хрупкость. Такие материалы, как ковкий чугун, склонны значительно отклоняться перед их разрушением. Эта тенденция, которая похожа на то, что происходит с резиновой лентой, называется пластичностью. Так как ковкий чугун может изгибаться, как сталь, он также обладает способностью поглощать удары, что помогает сократить разрывы в линиях водоснабжения. Это показывает, как знание материалов и их механических свойств позволяет инженерам создавать безопасные и предсказуемые конструкции арматуры для использования в различных отраслях.

Стандарты и классы фланцевой арматуры

Чтобы позволить компонентам внутри систем быть взаимозаменяемыми, инженеры разработали стандартные размеры для болтов и фланцевой арматуры для различных размеров труб и диапазонов давлений.

Соблюдение этих стандартов является добровольным, но их применение обеспечивает безопасность при указанных давлениях и температурах, а также равномерность, так что фланцевые клапаны и фитинги разных производителей могут быть взаимозаменяемы.

Стандарты обеспечивают размеры для различной фланцевой арматуры. Учитывая эти аспекты, организации по разработке стандартов устанавливают оценки давления для фитингов на основе материалов, из которых они изготовлены, и температуры, при которых они используются. Классы 125, 250, 300 и другие вызывают значительную путаницу в промышленности. Это связано с тем, что классы часто интерпретируются как номинальные давления для фланцевой арматуры.

Вместо этого эти классы являются «обозначениями», которые обычно представляют собой давление и температуру насыщенного пара:

• арматура класса 125 рассчитана на 50 кг на квадратный метр при 178⁰ По мере повышения температуры давление в арматуре уменьшается.
• арматура класса 150 рассчитана на 120 кг/кв. метр при условиях окружающей среды (38 ° C), 80 кг/кв. метр при 204 ° C, 50 кг – при 316 ° C и 34 кг/кв. метр 427ºC.

Когда температура повышается, номинальное давление снижается и наоборот. Необходимо использовать расчетные таблицы соответствующих стандартов, чтобы применить фланцевую арматуру к системе трубопроводов.

Во всех случаях, когда максимальная температура увеличивается, уровень давления фланца снижается. Металлы слабее при высоких температурах.

В большинстве случаев параметры давления не соответствуют обозначению класса арматуры при температуре 100 ° F (38 ° C).

Размеры фланцевой арматуры

Даже если каждый размер фланца и класс давления имеют точное значение, размеры арматуры обозначаются размером трубы, который выражается диаметром. Часто предполагается, что диаметр означает размер в миллиметрах трубы, но технически значение представляет собой безразмерное число, относящееся к эталонному номинальному диаметру (DN), используемому в международных стандартах.

Каждый стандарт фланцевой арматуры имеет ограниченный диапазон размеров для определенных условий системы трубопровода.

Арматура класса 125, 150, B, D и E имеет одинаковую форму болта и может соединяться вместе. То же самое относится к классам 250, 300 и класса F.

Арматура класса 125/150 является наиболее распространенной в водопроводной промышленности. В некоторых проектах указаны железные клапаны с фланцами 250/300, специально просверленные для сопряжения с образцом болта класса 125/150. Это делается для того, чтобы клапан мог иметь такой же номинал давления, что и стальной сопрягаемый фланец. Однако делать так нецелесообразно, поскольку он добавляет лишний вес к клапану и непригляден, когда диаметры арматуры не совпадают в трубопроводе. Лучшей практикой является определение фланца клапана класса 125/150 в ковкий чугун, который будет иметь рейтинг давления, аналогичный стальному монтажному фланцу.

Вывод

Фланцевая арматура является важным компонентом систем трубопроводов и поставляется как производителями клапанов, так и труб во многих конфигурациях. Полное знание дизайна и применимых стандартов имеет важное значение для успешной реализации системы трубопроводов.

В водопроводной промышленности фланцы клапанов и трубопроводов предусмотрены во многих альтернативных материалах и противоречивых обозначениях класса давления. Во избежание серьезных проблем конструкции и ненужных затрат требуется тщательное знание показателей фланцевой арматуры и спецификация фланцевых систем, которые отвечают требуемым требованиям к давлению и температуре системы трубопроводов.