Фланцевое соединения труб: типы фланцев и установка соединения. Типы фланцев Момент затяжки шпилек фланцевых соединений

СССР

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ СОСУДОВ И АППАРАТОВ
НА ДАВЛЕНИЕ СВЫШЕ 10 ДО 100 МПа
(СВЫШЕ 100 ДО 1000 КГС/СМ 2)

МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ЗАТЯЖКИ ШПИЛЕК

РД 26-01-122-89

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

Дата введения 01.01.90

Настоящий руководящий документ распространяется на фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2), работающих в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности и устанавливает методику расчета режимов затяжки шпилек фланцевых соединений с уплотнительными кольцами двухконусного, треугольного (дельта), восьмиугольного сечений и с плоскими прокладками.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящий руководящий документ распространяется на фланцевые соединения сосудов и аппаратов, уплотнительные кольца и шпильки которых изготовлены в соответствии с ОСТ 26-01-86 и ОСТ 26-01-138 ¸ ОСТ 26-01-144 . 1.2. Допускается применение руководящего документа для фланцевых соединений сосудов и аппаратов по конструкции и параметрам отличающихся от приведенных в ОСТ 26-01-86 при согласовании с ИркутскНИИхиммашем. 1.3. Эффективность использования руководящего документа обеспечивается при условии выполнения требований нормативных документов ОСТ 26-01-86 и ОСТ 26-01-138 - ОСТ 26-01-144 к качеству поверхностей контакта деталей фланцевого соединения сосуда или аппарата высокого давления. 1.4. В руководящем документе приведена методика расчета режимов затяжки шпилек фланцевых соединений сосудов и аппаратов высокого давления как методом предварительной осевой вытяжки с помощью гидродомкратов или других нагружающих устройств, так и методом, использующим при затяжке шпилек крутящий момент. 1.5. Применение других режимов затяжки шпилек, отличающихся от приведенных в руководящем документе, допускается после их согласования с ИркутскНИИхиммашем. 1.6. Величина усилия затяжки шпилек определяется в соответствии с РД 26-01-168. 1.7. Основные термины, использованные в руководящем документе, приведены в приложении 1. 1.8. Условные обозначения приведены в приложениях 2 и 3.

2. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ПРИ ЗАТЯЖКЕ ШПИЛЕК МЕТОДОМ ОСЕВОЙ ВЫТЯЖКИ

2.1. Последовательность расчета режимов затяжки

2.1.1. Определить величину усилия затяжки шпилек фланцевого соединения Q з в соответствии с РД 26-01-168. 2.1.2. Выбрать необходимое количество нагружающих устройств (гидродомкратов) i . Количество нагружающих устройств может быть принято: минимум - два и максимум - равное количеству шпилек затвора m . Принятое количество нагружающих устройств должно быть кратно количеству шпилек фланцевого соединения. Расчет начинают при i = 2. Необходимое количество нагружающих устройств уточняется в процессе расчета (п. 2.2.1.2). 2.1.3. Определить количество групп шпилек n (п. 2.2.1.1). 2.1.4. Определить окончательное усилие Q n , приходящееся на последнюю группу шпилек в конце процесса затяжки (п. 2.2.1.1). 2.1.5. Определить коэффициент относительной податливости уплотнительного кольца a . Для этого необходимо предварительно определить податливость уплотнительного кольца (п. 5.2) и группы шпилек при нагрузке на одну шпильку (п. 5.1.2). 2.1.6. Определить коэффициент разгрузки для каждой группы шпилек K z (раздел 4). 2.1.7. Определить величину текущего усилия нагружения каждой группы шпилек Q z . (п.п. 2.2.1., 2.2.2).

2.2. Расчет режимов затяжки

2.2.1. Однообходной режим затяжки шпилек. 2.2.1.1. Текущее усилие нагружения Q z , очередной группы шпилек определяют по формуле

. (1)

Текущее усилие нагружения одной шпильки определяют по формуле

Коэффициент разгрузки шпилек соответствующей группы определяют согласно раздела 4. В случае, когда нагружающее устройство имеет механизм для довертывания гаек с контролем величины крутящего момента, величину коэффициента разгрузки K z (м) определяют в соответствии с п. 4.3. Окончательное усилие Q n , приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки определяют по формуле

Количество групп шпилек n в затворе определяют по формуле

Коэффициент относительной податливости уплотнительного кольца (прокладки) a определяют по формуле

Для двухконусного уплотнительного кольца существует два вида осевой податливости в зависимости от его положения - свободного кольца и прижатого к упору - соответственно, существует и два вида коэффициента относительной податливости уплотнительного кольца (прокладки). Для свободного кольца

Для кольца прижатого к упору

Коэффициенты a с и a у используются в расчетах в зависимости от положения уплотнительного кольца. Коэффициенты осевой податливости уплотнительного кольца l о, , и группы шпилек l ш ( Q ) определяют согласно раздела 5. 2.2.1.2. Полученную величину текущего усилия нагружения одной шпильки первой группы сравнивают с величиной допускаемой нагрузки на одну шпильку [ Q ] ¢ , при этом должно соблюдаться условие

Величину допускаемой нагрузки [ Q ] ¢ принимают меньшей из двух величин: полученной из условия обеспечения прочности участка шпильки, воспринимающего нагрузку, имеющего минимальную площадь поперечного сечения, в частности монтажного участка резьбы шпильки

, (7)

Где K 1 = 10 6 (10 2); соответствующей рабочему усилию нагружающего устройства

[ Q ] ¢ £ Q ну . (8)

При невыполнении условия (6) необходимо произвести расчет при увеличенном количестве нагружающих устройств. Пример расчета однообходного режима затяжки шпилек приведен в приложении 12. Если при этом условие (6) не выполняется, то необходимо произвести расчет пообходно-уравнительного режима затяжки шпилек. 2.2.2. Пообходно-уравнительный режим затяжки шпилек. 2.2.2.1. Текущее усилие нагружения Q z ( N ) любой группы шпилек при любом обходе определяют по формуле

. (9)

Текущее усилие нагружения одной шпильки определяют по формуле

Допускаемую на группу шпилек нагрузку [ Q ] определяют по формуле

[Q ] = i × [Q ] ¢ . (11)

2.2.2.2. Необходимое количество обходов M определяют по формуле

. (12)

Коэффициент разгрузки шпилек К z 2 при пообходно-уравнительном режиме затяжки определяют согласно раздела 4.

2.3. Последовательность затяжки шпилек

2.3.1. Установить нагружающие устройства на первую группу шпилек. 2.3.2. Шпильки первой группы нагрузить текущим усилием для первой группы. 2.3.3. Довернуть до упора гайки. В случае, когда нагружающее устройство имеет механизм для довертывания, гайки довернуть моментом соответствующей величины (см. п. 4.3). 2.3.4. Усилия, развиваемые нагружающими устройствами, снизить до нуля. 2.3.5. Переставить нагружающие устройства на вторую группу шпилек согласно схемы (см. приложение 4). 2.3.6. Шпильки второй группы нагрузить текущим усилием для второй группы. 2.3.7. Повторить операции, указанные в пунктах 2.3.3 - 2.3.4. 2.3.8. Шпильки остальных групп фланцевого соединения нагружаются соответствующими им усилиями в той же последовательности. 2.3.9. При затяжке шпилек пообходно-уравнительным методом первый обход групп шпилек нагружающими устройствами производится в той же последовательности, что и при однообходном методе затяжки. При последующих обходах первая группа шпилек нагружается усилием той же величины, что и первая группа при первом обходе. Текущие же усилия нагружения каждой последующей группы шпилек при каждом обходе, имеют соответствующие значения (см. п. 2.2.2.1).

3. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ПРИ ЗАТЯЖКЕ ШПИЛЕК КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ

3.1. Расчет режимов затяжки

3.1.1. Методика позволяет произвести расчет текущего крутящего момента M z для моментной затяжки шпилек по соответствующим текущим усилиям нагружения одной шпильки , рассчитанным в соответствии с разделом 2. 3.1.2. При расчете текущих усилий нагружения каждой шпильки очередной группы в соответствии с формулами раздела 2, коэффициент разгрузки K z , принимается равным 1. Для случая использования только одного моментного ключа количество нагружающих устройств условно принимается равным 2. При количестве моментных ключей больше одного, в расчете учитывается фактическое количество ключей, используемое при затяжке, кратное количеству шпилек. 3.1.3. Текущий крутящий момент М z определяют по формуле

, (13)

Где K 2 = 10 3 . 3.1.3.1. Условный диаметр трения D Т торцевой поверхности гайки определяют по формуле:

. (14)

3.1.3.2. Коэффициент трения в резьбе f 1 и коэффициент трения на опорной поверхности гайки f 2 принимают в соответствии с табл. 1 .

Таблица 1

3.2. Последовательность затяжки шпилек

3.2.1. Порядок операций при затяжке шпилек одним моментным ключом. С целью исключения возможного перекоса крышки в процессе затяжки шпилек одним моментным ключом, затяжка каждой шпильки одной группы производится в два приема, приложением крутящего момента попеременно к каждой шпильке группы. С целью определения порядкового номера затягиваемой шпильки в группе, перед затяжкой очередной группы шпилек должен замеряться осевой зазор между торцевыми поверхностями крышки и фланца корпуса в зоне шпилек затягиваемой группы. При этом первой затягивают шпильку, в зоне которой осевой зазор максимальный. Затем затягивают вторую шпильку группы. 3.2.1.1. Установить крышку параллельно плоскости фланца. Допуск параллельности согласно ОСТ 26-01-86 . Довернуть рукой до упора все гайки шпилек. 3.2.1.2. Установить на первую шпильку первой группы моментный ключ. 3.2.1.3. Нагрузить шпильку моментом, равным 50 % от величины крутящего момента, рассчитанного для одной шпильки первой группы. 3.2.1.4. Переставить ключ на вторую шпильку первой группы согласно схемы (см. приложение 5, черт. 3). 3.2.1.5. Нагрузить вторую шпильку первой группы расчетным моментом для одной шпильки первой группы. 3.2.1.6. Довернуть рукой до упора гайки остальных шпилек. 3.2.1.7. Переставить ключ опять на первую шпильку первой группы. 3.2.1.8. Нагрузить шпильку полным расчетным моментом для одной шпильки первой группы. 3.2.1.9. Довернуть рукой все гайки до упора. 3.2.1.10. Замерить зазоры между торцами крышки и фланца корпуса сосуда или аппарата в зоне шпилек второй группы. 3.2.1.11. Установить ключ на шпильку второй группы со стороны большего зазора. 3.2.1.12. Повторить операции п.п. 3.2.1.3 - 3.2.1.9 для шпилек второй группы с соответствующими данной группе величинами крутящих моментов. 3.2.1.13. Повторить операции п.п. 3.2.1.10 - 3.2.1.12 для шпилек остальных групп при соответствующих им величинах крутящих моментов. 3.2.2. Порядок операций при затяжке шпилек двумя моментными ключами. 3.2.2.1. Установить крышку параллельно плоскости фланца. Допуск параллельности согласно ОСТ 26-01-86 . Довернуть рукой до упора все гайки шпилек. 3.2.2.2. Установить на шпильки первой группы моментные ключи. 3.2.2.3. Нагрузить шпильки крутящим моментом соответствующей величины. 3.2.2.4. Довернуть рукой гайки остальных шпилек до упора. 3.2.2.5. Переставить ключи на шпильки второй группы согласно схемы (см. приложение 5, черт. 4). 3.2.2.6. Нагрузить шпильки второй группы крутящим моментом соответствующей величины. 3.2.2.7. Повторить операцию п. 3.2.2.4. 3.2.2.8. Шпильки остальных групп фланцевого соединения нагружаются соответствующими крутящими моментами в той же последовательности.

4. КОЭФФИЦИЕНТ РАЗГРУЗКИ ШПИЛЕК

4.1. Коэффициент разгрузки шпилек при однообходном режиме затяжки. Максимальную величину коэффициента разгрузки шпилек для рассматриваемых типов уплотнительных колец принимают равной K n = 1,5. Величину коэффициента разгрузки для соответствующего порядкового номера группы шпилек К z определяют по формуле

Величину коэффициента y z в зависимости от типа уплотнительного кольца, количества групп шпилек во фланцевом соединении и порядкового номера группы, определяют согласно приложений 10 и 11. Для фланцевых соединений с уплотнительным кольцом восьмиугольного сечения и плоской прокладкой коэффициент y z принимают равным 1. 4.2. Коэффициент разгрузки шпилек при пообходно-уравнительном режиме затяжки. Величину коэффициента разгрузки шпилек для первого обхода определяют аналогично п. 4.1. При последующих обходах величину коэффициента разгрузки для каждой группы шпилек принимают равной величине коэффициента разгрузки для последней группы первого обхода. 4.3. Коэффициент разгрузки шпилек при использовании довертывающего крутящего момента. В случае, когда нагружающее устройство имеет механизм для довертывания гаек с контролем величины крутящего момента, величину оптимального крутящего момента при вытянутой шпильке определяют по формуле

, (16)

Где K з = 10 10 (10 5). При этом величину коэффициента разгрузки шпилек K z (п. 4.1) уточняют по формуле

Величина коэффициента разгрузки K z ( M ) используется в разделе 2 при определении текущих усилий нагружения шпилек при использовании устройств с механизмом довертывания гаек.

5. КОЭФФИЦИЕНТЫ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

5.1. Коэффициент осевой податливости шпилек

5.1.1. Коэффициент осевой податливости одной шпильки при нагрузке определяют по формуле

. (18)

Коэффициент осевой податливости расчетной длины шпильки l ст определяют по формуле

Коэффициент удельной осевой податливости расчетной длины шпильки c выбирается для соответствующего типоразмера шпильки из приложения 6. Расчетная длина стержня шпильки l ст определяется по формуле

. (20)

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы соединений шпилька-гайка и шпилька-гнездо при соответствующей нагрузке на одну шпильку определяется в соответствии с приложением 9. Величины суммарного коэффициента осевой податливости резьбы при величинах нагрузки, заключенных между двумя последовательными табличными значениями указанных в приложениях, определяются при помощи линейной интерполяции. Нагрузку, равную усилию затяжки одной шпильки в конце процесса затяжки определяют по формуле

5.1.2. Коэффициент осевой податливости группы шпилек определяют по формуле

. (22)

5.2. Коэффициенты осевой податливости уплотнительных колец фланцевых соединений сосудов высокого давления

5.2.1. Коэффициент осевой податливости двухконусного кольца Коэффициент осевой податливости двухконусного свободного кольца выбирается для соответствующего типоразмера кольца из приложения 7. Коэффициент осевой податливости двухконусного кольца прижатого к упору крышки выбирается для соответствующего типоразмера кольца из приложения 7. Номер группы шпилек Z y , при котором двухконусное кольцо подходит к упору крышки и при этом изменяется величина его осевой податливости, определяют по формуле

. (23)

Окончательное усилие, приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки Q n , определяют в соответствии с разделом 2. Суммарное усилие в шпильках Q у , при котором внутренняя поверхность кольца подходит к упору крышки, определяют по формуле

При расчете текущих усилий по формуле (1) раздела 2, до порядкового номера затягиваемой группы шпилек Z = Z у следует использовать в выражении (5) значения , а при Z > Z у - значения . 5.2.2. Величину коэффициента осевой податливости кольца треугольного сечения (дельта) l от выбирают для соответствующего типоразмера кольца из приложения 7. 5.2.3. Величину коэффициента осевой податливости сопряжения фланец корпуса сосуда высокого давления - кольцо восьмиугольного сечения - крышка l ов выбирают для соответствующего типоразмера кольца из приложения 8. 5.2.4. Величину коэффициента осевой податливости плоской прокладки l оп определяют по формуле

Где K 1 = 10 6 (10 2). Площадь плоской прокладки F оп определяют по формуле

. (26)

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

1. Режим затяжки - последовательность нагружения шпилек фланцевого соединения текущими усилиями (текущими крутящими моментами) определенной величины. 2. Текущее усилие - усилие нагружения очередной группы шпилек. 3. Текущий крутящий момент - момент, соответствующий текущему усилию нагружения одной шпильки очередной группы. 4. Группа шпилек - количество шпилек, одновременно нагружаемых в процессе затяжки. 5. Однообходный режим затяжки - режим, при котором требуемая величина усилия затяжки шпилек соединения достигается при однократном приложении соответствующего текущего усилия (текущего момента) к каждой шпильке (группе шпилек). 6. Пообходно-уравнительный режим затяжки - режим, при котором требуемая величина усилия затяжки шпилек соединения достигается за несколько обходов, приложением текущих усилий (текущих моментов) к каждой группе шпилек, соответствующих своему обходу. 7. Допускаемая нагрузка - усилие, величина которого определяется прочностью монтажного участка резьбы шпильки или мощностью нагружающего устройства. 8. Коэффициент разгрузки шпилек - коэффициент, учитывающий уменьшение усилия в шпильках при переносе нагрузки на гайку после снятия нагрузки нагружающего устройства и численно равный отношению величины усилия, прикладываемого к шпильке к величине остаточного усилия в шпильке. 9. Довертывающий крутящий момент - момент, который прикладывается к гайке при растянутой шпильке с целью снижения величины коэффициента разгрузки. 10. Монтажный участок резьбы шпильки - резьбовая часть шпильки, используемая для закрепления тяги нагружающего устройства.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Q з - усилие затяжки всех шпилек затвора, МН (кгс); - усилие затяжки одной шпильки, МН (кгс); Q h - окончательное усилие, приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки, МН (кгс); Q z - текущее усилие нагружения очередной группы шпилек при однообходном режиме затяжки, МН (кгс); - текущее усилие нагружения одной шпильки очередной группы, МН (кгс); Q z (м) - текущее усилие нагружения очередной группы шпилек для соответствующего обхода при пообходно-уравнительном режиме затяжки, МН (кгс); - текущее усилие нагружения одной шпильки очередной группы, МН (кгс); [Q ] - допускаемая нагрузка на одну шпильку, МН (кгс); [Q ] - допускаемая нагрузка на группу шпилек, МН (кгс); Q ну - рабочее усилие нагружающего устройства, МН (кгс); М z - текущий крутящий момент для затяжки одной шпильки соответствующей группы, МН м (кгс м); М Кр.опт - оптимальный крутящий момент для довертывания гаек, МН м (кгс м); коэффициент осевой податливости двухконусного кольца: l - свободного, мм/МН (мм/кгс); l - прижатого к упору крышки, мм/МН (мм/кгс); l - коэффициент осевой податливости кольца восьмиугольного сечения, мм/МН (мм/кгс); l от - коэффициент осевой податливости кольца треуголь ного сечения (дельта), мм/МН (мм/кгс); l - коэффициент осевой податливости плоской прокладки, мм/МН (мм/кгс); l ш - коэффициент осевой податливости группы шпилек, мм/МН (мм/кгс); - коэффициент осевой податливости одной шпильки, мм/МН (мм/кгс); - коэффициент осевой податливости резьбового соединения шпилька-гайка и шпилька-гнездо (суммарный), мм/МН (мм/кгс); - коэффициент осевой податливости одной шпильки, на длине l ст мм/МН (мм/кгс); c - коэффициент удельной осевой податливости шпильки, на длине l ст мм/МН мм (мм/кгс мм); - предел текучести материала шпильки при 20 °С, МПа (кгс/см 2); - модуль упругости материала плоской прокладки при 20 °С, МПа (кгс/см 2); F ш - площадь сечения гладкой части шпильки, мм 2 ; F оп - площадь плоской прокладки, мм 2 ; b - угол конусности уплотнительных поверхностей (угол между осью вращения детали и образующей уплотнительной поверхности), град; l ст - расчетная длина шпильки, мм; H шб - высота шайбы, мм; H кр - толщина крышки, мм; h заз - зазор между торцем крышки и фланцем корпуса сосуда, мм; d о r - радиальный зазор между внутренней поверхностью обтюратора и упором крышки, мм; d 2 - средний диаметр резьбы, мм; h - высота плоской прокладки, мм; D - внутренний диаметр сосуда или горловины, мм; D 1 , D 2 - диаметральные размеры плоской прокладки; D г - диаметр наружной проточки гайки, мм; d шб - диаметр шайбы внутренний, мм; d р - диаметр резьбовой части шпильки, мм; d о - диаметр центрального отверстия в шпильке, мм; D т - условный диаметр трения торцевой поверхности гайки, мм; P - шаг резьбы шпильки, мм; m - количество шпилек во фланцевом соединении; i - количество одновременно действующих гидродомкратов; n - количество групп шпилек во фланцевом соединении; Z - порядковый номер группы шпилек; Z у - номер группы шпилек, при котором обтюратор изменяет свою податливость; M - количество обходов; N - порядковый номер обхода; K z 1 - коэффициент разгрузки шпилек при однообходном режиме затяжки для соответствующей группы; K z 2 - коэффициент разгрузки шпилек при пообходно-уравнительном режиме затяжки; K z (M) коэффициент разгрузки шпилек для соответствующей группы (при условии доворачивания гаек крутящим моментом); K 1 , K 2 , K 3 - коэффициент пропорциональности для перевода величин в единицы систем СИ и (МКС); a - коэффициент относительной податливости уплотнительного кольца (прокладки); a с - коэффициент относительной податливости двухконусного уплотнительного кольца свободного; a у - коэффициент относительной податливости двухконусного уплотнительного кольца прижатого к упору; f 1 , f 2 - коэффициент трения в резьбе и на опорной поверхности гайки; y z - коэффициент.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Обязательное

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ СОСУДОВ И АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

1 - корпус сосуда, 2 - крышка, 3 - двухконусное кольцо, 4 - шпилька, 5 - гайка, 6 - шайба

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

СХЕМЫ ПЕРЕСТАНОВКИ НАГРУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПРИ ОСЕВОЙ ВЫТЯЖКЕ ШПИЛЕК

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

СХЕМЫ ПЕРЕСТАНОВКИ КЛЮЧА ПРИ МОМЕНТНОЙ ЗАТЯЖКЕ ШПИЛЕК

Затяжка одним моментным ключом

1 - 1 - номер группы шпилек

Затяжка двумя ключами

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Обязательное

КОЭФФИЦИЕНТ УДЕЛЬНОЙ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ СТЕРЖНЯ ШПИЛЬКИ

Таблица 2

Диаметр резьбы d р , мм

Удельная осевая податливость стержня шпильки c × 10 мм/МН (10 6 мм/кгс мм)

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Обязательное

КОЭФФИЦИЕНТ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ

Таблица 3

Внутренний диаметр сосуда или горловины, мм

Податливость двухконусного кольца

Податливость кольца треугольного сечения l от, мм/МН (10 5 мм/кгс)

свободного , мм/МН (10 5 мм/кгс)

находящегося на упоре , мм/МН (10 5 мм/кгс)

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Обязательное

КОЭФФИЦИЕНТ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ УЗЛА УПЛОТНЕНИЯ С КОЛЬЦОМ ВОСЬМИУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

Таблица 4

Внутренний диаметр аппарата или горловины, мм

Давление, МПа (кгс/см 2)

Податливость узла уплотнения l ов , мм/МН (10 5 мм/кгс) в зависимости от размера сечения, соответствующего механическим свойствам материала уплотнительного кольца

230 МПа (2300 кгс/см 2) £ £ 300 МПа (3000 кгс/см 2)

³ 300 МПа(3000 кгс/см 2)

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

Обязательное

СУММАРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ШПИЛЬКА-ГАЙКА И ШПИЛЬКА-ГНЕЗДО

Таблица 5

Диаметр резьбы, мм, d р

5 × 10 -2 М H (5 × 10 3 кгс)

10 × 10 -2 МН (10 × 10 3 кгс)

15 × 10 -2 МН (15 × 10 3 кгс)

20 × 10 -2 МН (20 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

25 × 10 -2 М H (25 × 10 3 кгс)

30 × 10 -2 М H (30 × 10 3 кгс)

40 × 10 -2 М H (40 × 10 3 кгс)

50 × 10 -2 М H (50 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

60 × 10 -2 М H (60 × 10 3 кгс)

80 × 10 -2 М H (80 × 10 3 кгс)

100 × 10 -2 М H (100 × 10 3 кгс)

120 × 10 -2 М H (120 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

140 × 10 -2 М H (140 × 10 3 кгс)

160 × 10 -2 М H (160 × 10 3 кгс)

180 × 10 -2 М H (180 × 10 3 кгс)

200 × 10 -2 М H (200 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

250 × 10 -2 М H (250 × 10 3 кгс)

300 × 10 -2 М H (300 × 10 3 кгс)

350 × 10 -2 М H (350 × 10 3 кгс)

400 × 10 -2 М H (400 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

450 × 10 -2 М H (450 × 10 3 кгс)

500 × 10 -2 М H (500 × 10 3 кгс)

600 × 10 -2 М H (600 × 10 3 кгс)

700 × 10 -2 М H (700 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

800 × 10 -2 М H (800 × 10 3 кгс)

900 × 10 -2 М H (900 × 10 3 кгс)

1000 × 10 -2 М H (1000 × 10 3 кгс)

1100 × 10 -2 М H (1100 × 10 3 кгс)

Продолжение табл. 5

Диаметр резьбы, мм, d р

Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс)

1200 × 10 -2 М H (1200 × 10 3 кгс)

1300 × 10 -2 М H (1300 × 10 3 кгс)

1400 × 10 -2 М H (1400 × 10 3 кгс)

1500 × 10 -2 М H (1500 × 10 3 кгс)

ПРИЛОЖЕНИЕ 10

Обязательное

ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА Y z ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУПП И ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА ГРУППЫ ДЛЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ С ДВУХКОНУСНЫМ КОЛЬЦОМ

ПРИЛОЖЕНИЕ 11

Обязательное

ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА Y z ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУПП И ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА ГРУППЫ ДЛЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ С УПЛОТНИТЕЛЬНЫМ КОЛЬЦОМ ТРЕУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ (ДЕЛЬТА)

ПРИЛОЖЕНИЕ 12

Справочное

ПРИМЕР РАСЧЕТА ОДНООБХОДНОГО РЕЖИМА ЗАТЯЖКИ ШПИЛЕК ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ С ДВУХКОНУСНЫМ КОЛЬЦОМ

1. Исходные данные Внутренний диаметр сосуда - 1000 мм. Расчетное давление - 70 МПа. Прокладка медная - s см = 100 МПа. Средний диаметр уплотнения - D к = 1044,9 мм. Размеры двухконусного кольца: h 1 = 85 мм; h 2 = 42 мм. Количество шпилек - m = 12. Диаметр резьбы шпилек - d р М140×6. Диаметр шейки шпильки - d = 131 мм. Высота крышки - H кр = 280 мм. Высота шайбы - H шб = 38 мм. Зазор между крышкой и фланцем - h заз = 10 мм. 2. Суммарное усилие затяжки всех шпилек определяем в соответствии с РД 26-01-168 по формуле:

,

Где l - ширина уплотнительной поверхности,

мм.

Тогда

3. Принимаем количество нагружающих устройств (гидродомкратов) i = 2. 4. Количество групп шпилек в затворе определяется по формуле:

.

5. Окончательное усилие Q n , приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки, определяем по формуле:

МН.

6. Усилие затяжки одной шпильки в конце процесса затяжки

МН будет равна

Податливость группы шпилек равна

мм/МН.

7.2. Определяем по приложению 7 осевую податливость двухконусного кольца, соответственно, свободного и прижатого к упору:

7.3. Суммарное усилие в шпильках Q у , при котором внутренняя поверхность двухконусного кольца подходит к упору крышки, определяется по формуле:

МН,

Где d о r = 1,07 мм - средний зазор между двухконусным кольцом и упором крышки для диаметра уплотнения 1000 мм выбирается в соответствии ОСТ 26-01-86. 7.4. Величины относительной податливости уплотнительного кольца свободного a с и находящегося на упоре крышки a у будут равны:

.

7.5. Номер группы Z у при котором двухконусное кольцо подходит к упору крышки и при этом изменяется величина его осевой податливости, определяем по формуле

Следовательно, при затяжке шпилек первой группы, обтюратор подходит к цилиндрическому упору крышки и величина его осевой податливости изменяется. Таким образом, при расчете текущих усилий нагружения шпилек групп с 1 по 6 должна использоваться величина мм/МН. 8. Коэффициент разгрузки 8.1. Согласно п. 4.1 максимальная величина коэффициента разгрузки шпилек для фланцевого соединения с двухконусным кольцом равна K n = 1,5. 8.2. Коэффициент разгрузки шпилек для каждой группы. Согласно приложению 10 определяем для каждого порядкового номера группы коэффициент y z

1.1 , 1.2 3. РД 26-01-168-88 1.6 , 2.1.1, Приложение 12 4. ГОСТ 4366-76 3.1.3.2 5. ГОСТ 20799-75 3.1.3.2
1. Общие положения. 1 2. Расчет режимов при затяжке шпилек методом осевой вытяжки. 1 2.1. Последовательность расчета режимов затяжки. 1 2.2. Расчет режимов затяжки. 2 2.3. Последовательность затяжки шпилек. 3 3. Расчет режимов при затяжке шпилек крутящим моментом.. 4 3.1. Расчет режимов затяжки. 4 3.2. Последовательность затяжки шпилек. 4 4. Коэффициент разгрузки шпилек. 5 5. Коэффициенты осевой податливости элементов фланцевых соединений. 6 5.1. Коэффициент осевой податливости шпилек. 6 5.2. Коэффициенты осевой податливости уплотнительных колец фланцевых соединений сосудов высокого давления. 6 Приложение 1 Основные термины.. 7 Приложение 2 Условные обозначения. 8 Приложение 3 Условные обозначения основных размеров элементов фланцевого соединения сосудов и аппаратов высокого давления. 9 Приложение 4 Схемы перестановки нагружающих устройств при осевой вытяжке шпилек. 9 Приложение 5 Схемы перестановки ключа при моментной затяжке шпилек. 10 Приложение 6 Коэффициент удельной осевой податливости стержня шпильки. 11 Приложение 7 Коэффициент осевой податливости уплотнительных колец. 11 Приложение 8 Коэффициент осевой податливости узла уплотнения с кольцом восьмиугольного сечения. 11 Приложение 9 Суммарный коэффициент осевой податливости резьбовых соединений шпилька-гайка и шпилька-гнездо. 12 Приложение 10 Зависимость коэффициента Y z от количества групп и порядкового номера группы для фланцевого соединения с двухконусным кольцом.. 15 Приложение 11 Зависимость коэффициента Y z от количества групп и порядкового номера группы для фланцевого соединения с уплотнительным кольцом треугольного сечения. 15 Приложение 12 Пример расчета однообходного режима затяжки шпилек фланцевого соединения с двухконусным кольцом.. 16 Информационные данные. 18

ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ РД 26-01-122-89

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К проекту руководящего документа «Фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета режимов затяжки шпилек». (Окончательная редакция, представляемая на утверждение).

1. ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

План отраслевой стандартизации на 1988 год, тематический план института на 1988 год, шифр темы 7965-68-21. Проект руководящего документа соответствует техническому заданию на его разработку, утвержденному УкрНИИхиммашем 17.03.88 г.

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

Целью настоящей работы является пересмотр РД РТМ 26-01-122-79 «Фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета режимов затяжки шпилек» с внесением в него дополнений и изменений, возникших за время его действия, а также результатов научно-исследовательских работ, проведенных в последнее время. Разработка руководящего документа позволит решить задачу повышения надежности сосудов и аппаратов высокого давления, работающих в промышленности по производству минеральных удобрений и других отраслях промышленности. Пересмотр руководящего документа обеспечит соответствие его современному мировому научно-техническому уровню и требованиям действующих стандартов.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА СТАНДАРТИЗАЦИИ

Объектом стандартизации является методика расчета режимов затяжки шпилек фланцевых соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением свыше 9,81 до 98,1 Па. Руководящий документ разрабатывается взамен действующего РД РТМ 26-01-122-79. В последнее время разработан и введен в действие с 01.07.85 г. ГОСТ 26303-84 (СТ СЭВ 4350-83) «Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность», переработаны нормативные документы ОСТ 26-01-86-78 и ОСТ 26-01-87-78 соответственно в документы ОСТ 26-01-86-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Технические требования. Правила приемки. Методы контроля» и РД 26-01-168-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета на прочность и плотность», которые вводятся в действие с 01.01.89. Также переработан ОСТ 26-1360-75 в сборник ОСТ 26-01-136-81 ¸ ОСТ 26-01-144-81 «Изделия крепежные для сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Общие технические требования», который введен в действие с 01.07.82 г. Содержание перерабатываемого руководящего документа необходимо было привести в соответствие с вновь введенными в действие нормативными документами. Кроме того, за время действия руководящего документа РД РТМ 26-01-122-79 накоплен значительный опыт по расчету режимов затяжки шпилек и использованию данных режимов при эксплуатации фланцевых соединений сосудов и аппаратов высокого давления, что позволило заинтересованным организациям сделать некоторые замечания и предложения по совершенствованию методики расчета. В результате, в перерабатываемом руководящем документе учтены замечания и предложения организаций, изменения вновь введенных стандартов и результаты научно-исследовательских работ по уточнению величин коэффициентов осевой податливости уплотнительных колец и резьбовых соединений типов шпилька-гайка и шпилька-резьбовое гнездо фланца корпуса сосуда или аппарата (тема 84-09).

4. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

Руководящий документ разработан с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также опыта использования РД РТМ 26-01-122-79 и выполнен на современном научно-техническом уровне.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ ВНЕДРЕНИЯРУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

Технико-экономическая эффективность от внедрения руководящего документа обусловлена уточнением величин коэффициентов осевой податливости элементов затворов сосудов высокого давления которое позволяет более качественно проводить процесс затяжки шпилек (обеспечение заданного усилия затяжки при равномерном его распределении по всем шпилькам затвора), а следовательно и повышением надежности работы уплотнений сосудов и аппаратов высокого давления.

6. ВНЕДРЕНИЕ, ВВЕДЕНИЕ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА В ДЕЙСТВИЕ (СРОК ДЕЙСТВИЯ) И ПРОВЕРКА РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

Предполагаемая дата введения руководящего документа в действие с учетом времени на его издание и обеспечение им заинтересованных организаций и предприятий планируется с 01.01.90 г. Из опыта пользования стандартами установлено, что ограниченный срок действия нормативного документа 5 лет является наиболее оптимальным. За этот период могут быть разработаны новые или заменены старые стандарты, на которые были ссылки, а также возникнуть новые решения вопросов и т.д. Проверка руководящего документа проводится в установленном порядке, предполагаемый срок первой проверки 1993 г.

7. ВЗАИМОСВЯЗЬ С ДРУГИМИ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИМИ ДОКУМЕНТАМИ

Руководящий документ взаимосвязан с ГОСТ 26303-84, ОСТ 26-01-138-81 - ОСТ 26-01-144-81, ОСТ 26-01-86-88, РД 26-01-168-88, РД РТМ 26-01-122-79, который должен быть отменен в результате утверждения и введения в действие разработанного руководящего документа.

Первая редакция проекта руководящего документа разослана на отзыв 26 организациям и предприятиям министерства химического и нефтяного машиностроения и смежных отраслей промышленности. Получено 20 отзывов: 5 от предприятий и организаций МХНМ и 15 от организаций и предприятий смежных отраслей. Отзывов с замечаниями и предложениями получено 7, из них 2 от МХНМ (УкрНИИхиммаш и Уралхиммаш) и 5 от организаций других смежных отраслей. Подавляющее большинство замечаний и предложений принято при разработке окончательной редакции руководящего документа. По некоторым замечаниям сделаны пояснения. Составлена сводка отзывов. Принципиальных разногласий по замечаниям и предложениям нет.

9. СВЕДЕНИЯ О СОГЛАСОВАНИИ

Окончательная редакция проекта руководящего документа согласно технического задания согласована с НИИхиммаш, ГИАП, Министерством минеральных удобрений СССР, УкрНИИхиммаш, Госгортехнадзором СССР. В связи с тем, что принципиальных разногласий по документу нет (большинство замечаний и предложений приняты), согласительное совещание проводить не было необходимости.

10. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

При разработке руководящего документа использованы следующие технические материалы: ГОСТ 26303-84 (СТ СЭВ 4350-83) «Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность»; ОСТ 26-01-138-81 ¸ ОСТ 26-01-144-81 «Изделия крепежные для сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Общие технические требования»; ОСТ 26-01-86-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Технические требования. Правила приемки. Методы контроля»; РД 26-01-168-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2) . Методика расчета на прочность и плотность»; РД РТМ 26-01-122-79 «Фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета режимов затяжки шпилек»; Отчеты ИркутскНИИхиммаш по теме 0154-78-20 «Руководящий технический материал. Затворы для сосудов и аппаратов на давление свыше 100 до 1000 кгс/см 2 . Методика расчета режимов затяжки шпилек»; Отчеты ИркутскНИИхиммаш по теме 0154-84-09 «Проведение НИР по определению деформационных характеристик деталей затворов и разработка рекомендаций по пересмотру РД РТМ 26-01-122-79», 1985 г. Статья «Уточнение коэффициента разгрузки при затяжке резьбовых соединений», Румянцев О.З., Продан В.Д. и др. «Вестник машиностроения». Москва, 1974. Заместитель директора по научной работе В.И. Лившиц Заведующий отделом стандартизации В.И. Королев Заведующий отделом прочности А.К. Древин Заведующий лабораторией В.К. Погодин Руководитель темы, научный сотрудник В.П. Вирюкин

Предварительное нагружение (затяжка) необходимо для обеспечения герметичности уплотнительного фланцевого соединения в рабочих условиях.

Для герметизации узлов трубопроводов высокого давления, в основном применяют , изготавливаемые по .

Широкому использованию затворов с этими крепежными деталями способствовало следующее: простота и технологичность в изготовлении; надёжные методы расчета и проектирования; многолетние традиции проектирования и изготовления СВД. Недостатки этих затворов —высокая трудоемкость переборок, связанная с длительностью завинчивания соединяемых резьбовых деталей, а также трудность механизации и автоматизации процесса сборки и разборки затвора из-за большого числа шпилек. Стремление к снижению трудоёмкости процесса переборок и его механизации привело к созданию большого многообразия конструкций специальных устройств для предварительного нагружения (затяжки) шпилек или болтов и гаек .

Затяжка крепежа приложением крутящего момента

Основные преимущества способа затяжки крепежных деталей приложением крутящего момента заключаются в его универсальности, простоте и высокой производительности. Недостатки — довольно низкий КПД (лишь 10% всей затрачиваемой на затяжку резьбового соединения работы приходится на создание осевой силы) и возникновение в процессе затяжки в шпильке напряжений кручения, снижающих .

При затяжке соединения момент М кр, прикладываемый к гайке, расходуется на преодоление трения торца гайки о неподвижную опорную поверхность и трения контактирующих поверхностей витко врезьбы гайки и шпильки:

М кр = М т + М р, (1)

где М т — момент трения торца гайки о неподвижную опорную поверхность соединяемых деталей; М р - крутящий момент в резьбе;

М т = f Т Q 3 R Т, (2)

где f Т — коэффициент трения на торце гайки; Q 3 - усилие затяжки; R T - условный радиус трения гайки;

R T = (1/3)(D Г 3 - d шб 3) / (D Г 2 - d шб 2), (3)

где DT — диаметр наружной опорной поверхности гайки; d шб - внутренний диаметр . Крутящий момент в резьбе

M p = Q 3 (P / 2π + f p d 2 / 2), (4)

где Р — шаг резьбы; f р — коэффициент трения в резьбе; d 2 — средний диаметр резьбы. Для резьбовых соединений при смазывании контактирующих поверхностей индустриальным маслом и отсутствии на них электролитических покрытий f Т = 0,12, f p = 0,20.

Затяжка крепежных деталей приложением осевых усилий к стержню болта или шпильки

От недостатков рассмотренного способа свободен способ затяжки резьбовых соединений приложением осевых усилий к стержню шпильки. Метод заключается в растяжении стержня шпильки специальным устройством (гидродомкратом)с последующим свободным завинчиванием гайки для фиксации стержня шпильки в растянутом состоянии.

Особенность метода состоит в том, что после довертывания гайки без приложения крутящего момента ненагруженными остаются элементы соединения: резьба соединения шпилька — гайка и микронеровности сопряжений гайка — шайба и . Вследствие этого после снятия растягивающей шпильку нагрузки происходит нагружение этих элементов и их деформация, в результате которой уменьшается остаточное усилие затяжки.

Измерение степени уменьшения усилия в шпильке при помощи коэффициента разгрузки

Степень уменьшения усилия в шпильке оценивают коэффициентом разгрузки . Коэффициент разгрузки шпилек учитывает уменьшение усилия в шпильках при переносе нагрузки на основную гайку после снятия нагрузки нагружающего устройства и равен отношению усилия, растягивающего шпильку, к остаточному усилию в ней.

Последовательность затяжки крепежных изделий в фланцевом соединении

В связи с тем, что при затяжке практически нагружается одновременно лишь одна или несколько шпилек (группа шпилек) то необходимо соблюдать определенную последовательность при затяжке каждой шпильки или отдельных групп одновременно затягиваемых шпилек. Соблюдение определенной последовательности при затяжке шпилек обусловлено особенностями затяжки группового резьбового соединения, которые состоят в следующем. Затяжка на трубопроводах высокого давления приводит к осевому смещению уплотняемой поверхности фланца или заглушки вследствие уменьшения линейных размеров уплотнительного кольца в осевомирадиальном направлениях, деформации микронеровностей контактирующих поверхностей, к сжатию материалов фланца корпуса сосуда и крышки в зоне уплотнительных поверхностей и к другим деформациям. В результате этих деформаций происходит осевое перемещение плоскости крышки, на которую опираются гайки основного крепежа.

Последовательное уменьшение силы затяжки фланцевого крепежа

Режимы нагружения шпилек фланцевого соединения

Режимы нагружения шпилек фланцевого соединения подразделяют на

  • единовременный и
  • групповой.

Единовременный режим затяжки фланцевого крепежа

Наиболее быстрым, надежным и идеальным с точки зрения обеспечения точности и равномерности нагружения является метод единовременной затяжки всех шпилек соединения. При этом все шпильки соединения нагружаются одновременно усилиями равных текущих значений.

Групповые методы затяжки шпилек или болтов фланцевых соединений

При невозможности создания единовременного режима нагружения используют групповые режимы. При групповом режиме затяжки все шпильки затворов делят на группы одновременно затягиваемых шпилек . Группы шпилек должны быть равномерно распределены по периметру болтовой окружности. Число шпилек в группе должно быть кратно общему числу шпилек фланцевого соединения.

Групповой режим затяжки может быть

  • однообходным и
  • многообходным.

Групповой однообходный режим затяжки крепежных изделий фланцевого соединения

При однообходном режиме нагрузку прикладывают последовательно к каждой группе одновременно затягиваемых шпилек только один раз. При этом нагрузка на шпильки каждой группы изменяется от максимальной (для первой группы) до расчетного усилия затяжки (для последней группы). Преимущество такого режима затяжки: сравнительно малая продолжительность процесса затяжки шпилек, а так же более высокая точность нагружения (по сравнению с многообходным режимом), вследствие большого числа обходов и связанных с этим погрешностей нагружения. Основной недостаток — относительно большое усилие нагружения шпилек первой группы по сравнению с усилием нагружения последней группы (нередко различаются в 8-10 раз ).

В связи с указанными недостатками препятствием для использования однообходного режима затяжки могут являться:

  • недостаточная мощность нагружающего устройства ;
  • недостаточная прочность монтажного хвостовика шпильки , которая должна соответствовать усилию нагружения шпилек первой группы.

Групповой многообходный режим затяжки фланцевых шпилек с гайками

В таком случае применяют многообходный режим групповой затяжки . Этот режим заключается в проведении нескольких, следующих последовательно один за другим обходов нагружения шпилек всех групп соединения. Усилие нагружения шпилек при этих обходах зависит от принятого варианта многообходного режима затяжки. Наиболее распространенный вариант многообходного режима затяжки - пообходно-уравнительный .

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)

где K z 1 - коэффициент разгрузки шпилек соответствующей группы; Q n - 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 Q n , приходящаяся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки,

Q n = Q 3 /n, (6)

где Q 3 — суммарная сила затяжки всех шпилек затвора.

Коэффициент относительной податливости уплотнительной прокладки

α =λ 0 / λ Ш (Q ), (7)

λ 0 и λ Ш (Q ) - осевые податливости уплотнительной прокладки и группы шпилек. Текущее значение силы нагружения одной шпильки соответствующей группы

Q z = Q z / 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 σ 20 ТШ F Ш, (10)

где σ 20 ТШ - предел текучести материала шпильки при температуре 20°С; F Ш -площадь поперечного сечения монтажного участка шпильки;

2. или по рабочему усилию нагружающего устройства (гидродомкрата)

[Q" ] ≤ Q н.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)

- порядковый номер обхода;

[Q ] = i [Q" ]. (13)

Необходимое число обходов

(14)

где K z2 - коэффициент разгрузки шпилек при пообходно-уравнительном режиме затяжки.

Коэффициент разгрузки шпилек для фланцевых соединений

Различие коэффициента разгрузки фланцевого крепежа для уплотнительных прокладок различного сечения

Максимальные значения коэффициента К n разгрузки шпилек при однообходном режиме затяжки (первой группы крепежа) для уплотнительного кольца соответствующего типа приведены в таблице ниже.

Максимальные значения коэффициента разгрузки фланцевого крепежа при однообходном режиме затяжки для стальной уплотнительной прокладки различного сечения
Вид сечения стальной прокладки Максимальное значение K n
прокладка двухконусная 1,4
прокладка треугольного сечения 1,45

Рис. 1. Зависимость коэффициента ψ z от
числа n групп и порядкового номера z группы
для фланцевого соединения
в виде двухконусного кольца.

С увеличением нагрузки осевые податливости фланцевых деталей уменьшаются , а следовательно, уменьшается и коэффициент разгрузки шпилек . В связи с этим коэффициенты разгрузки шпилек разных групп соединения различны.

Для первой группы шпилек, которую нагружают максимальной нагрузкой, коэффициент разгрузки минимален; для последней группы шпилек коэффициент разгрузки максимален.

Коэффициент разгрузки для группы шпилек соответствующего порядкового номера

K z = ψ z К n , (15)

где ψ z — коэффициент, зависящий от типа уплотнительного кольца, числа групп шпилек в фланцевом соединении и порядкового номера группы (рис.6.35,6.36).

Рис. 1. Зависимость коэффициента ψ z от
числа n групп и порядкового номера z группы
для фланцевого соединения
со стальной уплотнительной прокладкой
треугольного сечения.

Для затворов с уплотнительным кольцом восьмиугольного сечения и с плоской металлической прокладкой принимают

ψ z = 1, так как разность усилий нагружения групп шпилек невелика и, следовательно, коэффициент разгрузки практически постоянен и равен максимальном узначению К n . Коэффициент разгрузки шпилек для первого обхода при пообходно-уравнительном режиме затяжки определяют, как и для однообходного режима затяжки. При последующих обходах коэффициент разгрузки для каждой группы шпилек принимают равным коэффициенту разгрузки для последней группы шпилек первого обхода. Если нагружающее устройство (гидродомкрат)снабжено механизмом для завинчивания гаек с контролем крутящего момента, то при растянутой шпильке этот момент определяют по эмпирической формуле

M Kpz = 7,7.10 6 F ш d p , (16)

где M Kpz - крутящий момент, H·м; F ш - площадь сечения шпильки, м 2 ; d p - диаметр резьбы крепежного изделия, м.

При этом коэффициент разгрузки шпилек (болтов)

K zM = 0,85 (K z - 1) + 1. (17)

Заключение

Применение рассмотренных методов последовательной затяжки фланцевого крепежа обеспечивает равномерность обжима уплотнительной прокладки, а следовательно, надежность и герметичность фланцевого соединения.

Список литературы

  1. Бояршинов С. В. Основы строительной механики машин.. - М. : Машиностроение, 1973. - 456 c.
  2. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем / В. Г. Бабкин, А. А. Зайченко, В. В. Александров и др... - М. : Машиностроение, 1977. - 120 c.

Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете

Герметичность фланцевого соединения достигается по средством правильной установки прокладки, обеспечением нужного момента затяжки у болтов, а распределение общего напряжения от затяжки должно быть однородным по всей площади фланца.

При правильном моменте затяжки болта появляется возможность реализовать его упругие свойства. Болт должен вести себя как пружина после затяжки, это позволяет ему в полной мере выполнять поставленную задачу.

Динамометрический ключ

Динамометрический ключ – это общее наименование для ручного завинчивающего инструмента и используется для точного закручивания гаек или болтов.

Для закручивания болтовых соединений используют следующие инструменты:

  • Ручной ключ
  • Пневматический гаечный ключ ударного действия
  • Накидной ключ
  • Гидравлический динамометрический ключ
  • Динамометрический гаечный ключ с регулированием предельного момента затяжки
  • Гидравлический болтовой натяжитель

Потеря крутящего момента (Ослабление затяжки)

Потеря крутящего момента возможно в любом типе болтового соединения. Совокупный эффект осадки и ползучести болтов составляет примерно 10% от общей натяжки в первые 24 часа после установки, смещение прокладки, вибрация системы, тепловое расширение и упругое взаимодействие при затяжке болтов также способствует потере крутящего момента.

Когда потеря крутящего момента достигает предела, внутренне давление превышает силу сжатия удерживая прокладку в одном положении и вызывает протечки или разрывы прокладки.

Ключевым фактором сокращения воздействия этих эффектов является правильная установка прокладки. Точная сборка фланцев, параллельная установка прокладки, закрепляемая минимум четырьмя болтами с применением правильного момента натяжки, при условии правильной последовательности монтажа, повышает возможность снижения эксплуатационных затрат и повышение безопасности.

Также важен выбор правильной толщины прокладки. Если прокладка толще необходимого, то это может привести к сползанию прокладки, а это увеличивает шанс потери крутящего момента. К фланцам с поверхностью по стандарту ASME рекомендуют прокладку толщиной 1,6 мм. Более тонкая прокладка будет принимать на себя большую нагрузку, а, значит, и увеличивается внутреннее давление.

Смазка, снижающая трение

Смазка уменьшает трение во время затяжки болтов, уменьшает проблемы при установке болтов и увеличивает их срок работы. Изменение коэффициента трения влияет на уровень предварительной нагрузки, достигнутого в определенный крутящий момент. Высокий уровень трения приводит к образованию меньшего крутящего момента для предварительной нагрузки.

Коэффициент трения, обеспечиваемый используемыми смазочными материалами, необходимо максимально точно рассчитывать, так как это поможет установить нужное значение крутящего момента.

Смазку необходимо наносить на обе поверхности, как закручиваемой гайки, так и резьбы.

Последовательность затяжки фланцев

Сначала необходимо затянуть первый болт, после перейти на 180° и закрутить второй болт, затем перейти на ¼ оборота по кругу (90°) и закрутить третий болт, перейти к болту напротив – четвертый — и затянуть. Продолжать последовательность, пока они не будут закручены все по кругу.

При использовании фланца с четырьмя отверстиями под болты, закручивание болтов осуществляется «крест-накрест».

Фланцевое соединения труб: типы фланцев и установка соединения

Конструктивные особенности

Фланцы имеют некоторые конструктивные особенности, как и другие трубные или запорные арматуры. Во время выбора фланца нужно разбираться в расшифровках и отличительных особенностях:

Условный проход

Условный проход - это внутренний диаметр трубы, запорной арматуры, на которую приваривают фланец, или фасонной части. Его принимают только исходя из условного прохода трубы.

Плоские фланцы, у которых условный проход равен 100, 125 и 150, исполнение обозначают буквой (А, Б, В). Буква указывает внешний диаметр трубы. В случае неуказанной буквы по умолчанию выбирают букву А.

Ряды

Геометрический размеры фланца зависят от условного прохода. Для одного и того же фланца могут быть два различных способа производства - ряд1 и ряд2. В двух случаях различаются межосевые расстояния между присоединительными отверстиями, а в отдельных случаях отличны диаметры соединительных отверстий. По умолчанию фланцы изготовляют по ряду 2.

Давление

Одна из функций фланцевого соединения - выдерживать давление системы и не допускать появление протечки или разрушений. Этот показатель называют условным давлением, и он зависит от геометрических размеров, исполнения, материалов фланца и прокладки для уплотнения.

Температура

Температура фланца зависит от рабочей температуры жидкости. Нужно учитывать - параметры давления и температуры обратно пропорциональны. Взаимозависимость выражают линейной интерполяцией. Специальные ГОСТы приводят таблицы зависимости рабочей температуры и давления для каждого фланца.

Обозначение фланцев

Каждый вил фланцев обозначается по-своему:

Плоские приварные фланцы

Разберем на примере обозначение плоских приварных фланцев:

Фланец 1-65-25 09Г2С ГОСТ 12821-80

Фланец плоский приварной исполнения 1 с условным проходом(Ду) – 65мм, рассчитан на условное давление в 25кгс/см2 , изготовлен из стали 09Г2С в соответствии с ГОСТ 12821-80.

При выборе фланца под фторопластовую прокладку после цифры Ду, указывают букву Ф.

Воротниковые фланцы

Фланец 1-1000-100 ст. 12х18н10т ГОСТ 12821-80

Обозначает фланец исполнения 1, с условным проходом 1000, рассчитан под давление 100кгс/см2, изготовлен из стали 12х18н10т, которая является конструкционной нержавеющей сталью.

Для квадратных фланцев дополнительно в названии указывают – фланец квадратный.

Также как и в плоских фланцах при использовании фторопластовой прокладки указывают букву Ф.

Свободные фланцы на приварном кольце

Фланец 50-6 СТ20 ГОСТ 12822-80

Кольцо 1-50-6 СТ 35 ГОСТ 12822-80

Здесь: 50 – условный проход, условное давление 6кгс/см2, фланец изготовлен из стали ст20, кольцо из стали ст35.

Для условного прохода 100, 125, 150 необходимо также указывать букву(А, Б, В), по умолчанию – А.

Прокладки для фланцевых соединений

Важно герметизировать узел и соединения, которые находятся под превышающем норму давлением, часто взаимодействующие с агрессивной средой.

Вид фланца или давление, температура и прочие факторы обуславливают тип герметизирующих прокладок:

  • КЩ(7338-77) – резина техническая кислотощелочная;
  • МБ(7338-77) – резина маслобензостойкая;
  • Т(7338-77) – резина техническая теплостойкая;
  • ПОН(481-80) – паронит общего назначения;
  • ПМБ(481-80) – паронит маслобензостойкий;
  • Картон асбестовый;
  • Фторопласт-4.

Затяжка фланцевых соединений

К затяжке фланцевых соединений требуется отнестись с вниманием - нужна точность всех деталей для лучшей герметизации.

Подготовка элементов

Поверхность фланцев нужно очистить и обезжирить, также ее проверяют на царапины, вмятины, впадины. Убеждаются, что не коррозии на фланце и крепежных элементах (болтах, гайках), удаляют заусеницы с резьбы: перед эти можно "прогнать" по резьбе каждую гайку и болт. Смазывают резьбу болта или шпильки, подготавливают и устанавливают прокладку. Требуется тщательная установка прокладки ровно по центру.

Последовательность затяжки

Надежную и правильную фиксацию фланца обеспечит правильный порядок затяжки болтов. Для этого слегка затените первый болт, следующий болт выбираете с противоположной стороны, затяжка также провести слегка. Третий болт, который затягиваете, отстает от первого на четверть оборота(90°) или близкий к этому углу. Четвертый – напротив третьего. Последовательность продолжить пока не будут затянуты все болты. При затяжке фланцев с креплением на 4 болта используют технику – крест-накрест.

Момент затяжки

Чтобы получить максимально герметическое соединение, болты должны иметь необходимый момент затяжки. Напряжение от затяжки должно быть равномерно распределится по фланцу. Во время затяжки на болт действует растягивающие усилие противоположное усилию затяжки соединения. При избыточном усилии затяжки можно сорвать резьбу на болте или оборвать сам болт.

Для регулировки усилия затяжки используют разные техники затяжки:

  • гидравлической натяжной механизм;
  • гидравлический динамометрический ключ;
  • пневмогайковерт;
  • ручной динамометрический ключ.

Фланец - это способ соединения труб, задвижек, насосов и другого оборудования, для формирования системы трубопроводов. Такой способ соединения обеспечивает простой доступ для очистки, осмотра или модификации. Фланцы обычно имеют резьбовое или сварное соединение. Фланцевое соединение состоит из закрепленных с помощью болтов двух фланцев и прокладки между ними, для обеспечения герметичности.

Фланцы труб изготавливаются из различных материалов. Фланцы имеют обработанные поверхности, изготавливаются из литого чугуна и чугуна с шаровидным графитом, но наиболее используемый материал, это кованная углеродистая сталь.

Наиболее используемые фланцы в нефтяной и химической промышленности:

  • с шейкой для приварки
  • сквозной фланец
  • приварной с впадиной под сварку
  • приварной внахлест (свободновращающийся)
  • резьбовой фланец
  • фланцевая заглушка


Все типы фланцев, кроме свободного, имеют усиленную поверхность.

Специальные фланцы
За исключением фланцев, о которых было сказано выше, есть еще ряд специальных фланцев, таких как:

  • фланец диафрагмы
  • длинные приварные фланцы с буртиком
  • расширительный фланец
  • переходный фланец
  • кольцевая заглушка (часть фланцевого соединения)
  • дисковые заглушки и промежуточные кольца (часть фланцевого соединения)
Материалы фланцев
Наиболее распространенные материалы, используемые для производства фланцев это углеродистая сталь, нержавеющая сталь, чугун, алюминий, латунь, бронза, пластик и т.д. Кроме того, фланцы, как арматура и трубы для специального применения иногда имеют внутреннее покрытие в виде слоя материала совершенно другого качества, чем сами фланцы. Это футерованные фланцы. Материал фланцев, чаще всего, устанавливается при выборе труб. Как правило, фланец делают из того же материала, что и сами трубы.

Пример приварного фланца с буртиком 6" - 150#-S40
Каждый фланец, соответствующий стандарту ASME B16.5, имеет определенное количество стандартных размеров. Если конструктор из Японии, или человек готовящий проект к запуску в Канаде, или монтажник трубопровода в Австралии говорит о приварном фланце 6"-150#-S40 соответствующий стандарту ASME B16.5, то он имеет ввиду фланец, который изображен ниже.

В случае заказа фланца поставщику хотелось бы знать качество материала. Например, ASTM A105 - фланец из штампованной углеродистой стали, в то время как A182 - фланец из штампованной легированной стали. Таким образом, по правилам, для поставщика должны быть указаны оба стандарта: Сварной фланец 6"-150#-S40-ASME B16.5/ASTM A105.

КЛАСС ДАВЛЕНИЯ

Класс давления или классификация для фланцев будет представлена в фунтах. Для обозначения класса давления используют разные названия. Например: 150 Lb или 150Lbs или 150# или Класс 150, обозначают одно и то же.
Кованные стальные фланцы имеют 7 основных классификаций:
150 Lbs - 300 Lbs - 400 Lbs - 600 Lbs - 900 Lbs - 1500 Lbs - 2500 Lbs

Концепция классификации фланцев ясна и очевидна. Фланец класса 300 может работать при больших давлениях, чем фланец класса 150, потому что фланец класса 300 имеет большее количество металла и выдерживает большие давления. Однако, есть ряд факторов, которые могут повлиять на предельное давление фланца.

ПРИМЕР
Фланцы могут выдерживать различные давления при различных температурах. При росте температуры, класс давления фланца уменьшается. Например, фланец класса 150 рассчитан на давление приблизительно 270 PSIG в условиях окружающей среды, 180 PSIG при 200 °C, 150 PSIG при 315 °C, и 75 PSIG при 426 °C.

Дополнительными факторами является то, что фланцы могут быть сделаны из различных материалов, таких как: легированная сталь, литой и ковкий чугун, и т.д. Каждый материал имеет различные классы давления.

ПАРАМЕТР "ДАВЛЕНИЕ-ТЕМПЕРАТУРА"
Класс давление-температура определяет рабочее, максимально допустимое избыточное давление в барах при температуре в градусах Цельсия. Для промежуточных температур допускается линейная интерполяция. Интерполяция между классом обозначений не допускается.

Классификации по температуре-давлению
Класс Температура-Давление применим к фланцевым соединениям, который соответствует ограничениям на болтовых соединениях и прокладках, которые сделаны в соответствии с надлежащей практикой для сборки и центровки. За использование этих классов для фланцевых соединений, не удовлетворяющих этим ограничениям, обязанность ложится на пользователя.

Температура, показанная для соответствующего класса давления это температура внутренней оболочки детали. В основном, эта температура такая же, как у содержащейся жидкости. В соответствии с требованиями действующих кодексов и правил, при использовании класса давления соответствующего температуре, отличающейся от текущей жидкости, вся ответственность ложиться на заказчика. Для любой температуры ниже -29 °C, класс должен быть не выше, чем при использовании в -29 °C.

В качестве примера, ниже вы найдете две таблицы с группами материалов в соответствии с ASTM и две другие таблицы с классом температура-давление для этих материалов в соответствии с ASME B16.5.

Материалы ASTM группы 2-1.1
Номинальное обозначение
Штамповка
Литье
Пластины
C-Si A105 (1) A216 Gr.WCB(1)
A515 Gr.70(1)
C-Mn-Si A350 Gr.LF2(1) - A516 Gr.70(1),(2)
C-Mn-Si-V A350 Gr.LF6 Cl 1(3) - A537 Cl.1(4)
3½Ni
A350 Gr.LF3
- -
ЗАМЕЧАНИЯ :
  • (1)При длительном воздействии температуры выше 425°C, карбидная фаза стали может преобразоваться в графит. Допустимо, но не рекомендуется длительное использование свыше 425°C.
  • (2)Не использовать при температуре свыше 455°C
  • (3)Не использовать при температуре свыше 260°C
  • (4)Не использовать при температуре свыше 370°C
Класс Температура-Давление для материалов ASTM группы 2-1.1
Рабочее давление по классам
Температура °C 150 300
400
600
900
1500
2500
от 29 до 38
19.6 51.1 68.1 102.1 153.2 255.3 425.5
50 19.2 50.1 66.8 100.2 150.4 250.6 417.7
100 17.7 46.6 62.1 93.2 139.8 233 388.3
150 15.8 45.1 60.1 90.2 135.2 225.4 375.6
200 13.8 43.8 58.4 87.6 131.4 219 365
250 12.1 41.9 55.9 83.9 125.8 209.7 349.5
300 10.2 39.8 53.1 79.6 119.5 199.1 331.8
325 9.3 38.7 51.6 77.4 116.1 193.6 322.6
350 8.4 37.6 50.1 75.1 112.7 187.8 313
375 7.4 36.4 48.5 72.7 109.1 181.8 303.1
400 6.5 34.7 46.3 69.4 104.2 173.6 289.3
425 5.5 28.8 38.4 57.5 86.3 143.8 239.7
450 4.6 23 30.7 46 69 115 191.7
475 3.7 17.4 23.2 34.9 52.3 87.2 145.3
500 2.8 11.8 15.7 23.5 35.3 58.8 97.9
538 1.4 5.9 7.9 11.8 17.7 29.5 49.2
Класс Температура-Давление для материалов ASTM группы 2-2.3
Рабочее давление по классам
Температура °C 150 300
400
600
900
1500
2500
от 29 до 38
15.9
41.4
55.2
82.7
124.1
206.8
344.7
50 15.3
40
53.4
80
120.1
200.1
333.5
100 13.3
34.8
46.4
69.6
104.4
173.9
289.9
150 12
31.4
41.9
62.8
94.2
157
261.6
200 11.2
29.2
38.9
58.3
87.5
145.8
243
250 10.5
27.5
36.6
54.9
82.4
137.3
228.9
300 10
26.1
34.8
52.1
78.2
130.3
217.2
325 9.3
25.5
34
51
76.4
127.4
212.3
350 8.4
25.1
33.4
50.1
75.2
125.4
208.9
375 7.4
24.8
33
49.5
74.3
123.8
206.3
400 6.5
24.3
32.4
48.6
72.9
121.5
202.5
425 5.5
23.9
31.8
47.7
71.6
119.3
198.8
450 4.6
23.4
31.2
46.8
70.2 117.1
195.1

ПОВЕРХНОСТЬ ФЛАНЦА

От формы и исполнения поверхности фланца будет зависеть, где будет расположено уплотнительное кольцо или прокладка.

Наиболее используемые типы:

  • поверхность с выступом (RF)
  • плоская поверхность (FF)
  • паз под кольцевое уплотнение (RTJ)
  • с наружной и внутренней резьбой (M&F)
  • шпунтовое соединение (T&G)
ВЫСТУП (RF- Raised Face)

Поверхность с выступом, наиболее применимый тип фланца, который легко определить. Данный тип называется так, потому что поверхность прокладки выступает над поверхностью болтового соединения.

Диаметр и высота определяются по стандарту ASME B16.5 с помощью класса давления и диаметра. В классе давления до 300 Lbs высота равна, примерно 1,6 мм, а в классе давления от 400 до 2500 Lbs высота составляет около 6,4 мм. Класс давления фланца определяет высоту выступа поверхности. Предназначением (RF) фланца является концентрация большего давления на меньшую площадь прокладки, увеличивая тем самым предельное давление соединения.

Для параметров определяющих высоту всех описанных в данной статье фланцев используются размеры H и B, за исключением фланца с нахлесточным соединением, это необходимо понять и запомнить следующее:

В классах давления 150 и 300 Lbs, высота выступа составляет около 1,6 мм (1/16 дюйма). Почти все поставщики фланцев этих двух классов указывают в своих брошюрах или каталогах размеры H и B, включая поверхность выступа (см. Fig.1 ниже)

В классах давления 400, 600, 900, 1500 и 2500 Lbs высота выступа равна 6,4 мм (1/4 дюйма). В этих классах многие поставщики указывают размеры H и B, не включая высоту выступа (см. Fig.2 сверху)

В этой статье вы найдете два размера. Верхний ряд размеров не включает высоту выступа, а размеры в нижнем ряду включают высоту выступа.

ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ (FF - Flat Face)
У фланца с плоской поверхностью (вся поверхность) прокладка находится в той же плоскости, что и болтовое соединение. Чаще всего, фланцы с плоской поверхностью используют там, где ответный фланец или фиттинг - литой.

Фланец с плоской поверхностью никогда не соединяется с фланцем, у которого есть выступ. Согласно ASME B31.1, при соединении плоских фланцев из чугуна с фланцами из углеродистой стали, выступ на стальном фланце должен быть убран, и вся поверхность должна быть уплотнена прокладкой. Это делается для сохранения тонкого, хрупкого чугунного фланца от образования трещин из-за выступа стального фланца.

ФЛАНЕЦ С ПАЗОМ ПОД КОЛЬЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ (RTJ - Ring Type Joint)
У RTJ фланцев прорезаны пазы в их поверхности, в которые вставлены стальные уплотнительные кольца. Фланцы герметизируются за счет того, что при затяжке болтов прокладка между фланцами вдавливается в пазы, деформируется, создавая тесный контакт - металл-К-металлу.

У RTJ фланца может быть выступ со сделанным в нем кольцевым пазом. Данный выступ не служит в качестве какого-либо уплотнения. Для RTJ фланцев, которые герметизируются с помощью кольцевых уплотнений, выступающие поверхности соединенных и затянутых фланцев могут контактировать друг с другом. В этом случае сжатая прокладка больше не будет нести дополнительных нагрузок, затяжка болтов, вибрация и смещения не смогут больше раздавить прокладку и уменьшит усилие затяжки.
Металлические уплотнительные кольца подходят для использования при высоких температурах и давлениях. Они сделаны с учетом правильного выбора материала и профиля и всегда применяются в соответствующих фланцах, обеспечивая хорошее и надежное уплотнение.

Кольцевые уплотнения изготовлены так, что герметизация осуществляется посредством "начальной линии контакта" или заклинивания между сопряженным фланцем и прокладкой. За счет применения давления на уплотнение через болтовую затяжку, более мягкий метал прокладки проникает в мелкодисперсную структуру более жесткого материала фланца, и создает очень плотное и эффективное уплотнение.

Наиболее используемые кольца:

Тип R-Oval согласно ASME B16.20
Подходит для фланцев ASME B16.5 класса давления от 150 до 2500.

Тип R-Octagonal согласно ASME 16.20
Улучшенная конструкция по сравнению с начальной R-Oval. Однако они могут использоваться только для плоских фланцев с пазом. Подходит для фланцев ASME B16.5 класса давления от 15 до 2500.

ФЛАНЦЫ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ВЫСТУП-ВПАДИНА (LMF - Large Male Face; LFF - Large Female Face)


Фланцы этого типа должны совпадать. У одной поверхности фланца есть область, которая выходит за обычные пределы поверхности фланца (папа ). Другой фланец, или ответный фланец имеет соответствующее углубление (мама ), сделанном в его поверхности.

Полусвободная прокладка

  • Глубина выточки (выемки) обычно равна или меньше чем высота выступающей части, чтобы предотвратить контакт металл-металл при сжатии прокладки
  • Глубина выемки обычно не более чем на 1/16" больше чем высота выступа

ФЛАНЕЦ С УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТИПА ШИП-ПАЗ
(Выступ - Tounge Face - TF; Впадина - Groove Face - GF)


Фланцы этого типа тоже должны совпадать. У одного фланца есть кольцо с выступом (шип) сделанном на поверхности этого фланца, в то время, как на поверхности ответного проточен паз. Такие поверхности обычно встречаются на крышках насосов и крышках вентилей.

Зафиксированная прокладка

  • Размеры прокладки такие же или меньше чем высота паза
  • Прокладка шире паза не больше чем на 1/16"
  • Размеры прокладки будут совпадать с размерами паза
  • При разборке соединение должно разжиматься отдельно
Основные поверхности фланцев, такие как: RTJ, T&G и F&M никогда не соединяют вместе.

ПЛОСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ПАЗ


Зафиксированная прокладка

  • Одна поверхность - плоская, другая - с выемкой
  • Для применения там, где требуется точный контроль сжатия прокладки
  • Рекомендуются только упругие прокладки - спиральные, полые кольцевые, приводимые в действие давлением, и прокладки с металлической оболочкой

КОНЕЧНАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ФЛАНЦА
По коду ASME B16.5 требуется, чтобы поверхность фланца (выступ и плоская поверхность) имели определенную шероховатость, чтобы данная поверхность при совмещении с прокладкой обеспечивала уплотнение высокого качества.

Конечное рифление, концентрическое, либо в виде спирали, требует от 30 до 55 канавок на дюйм, что в результате дает шероховатость между 125 и 500 микро-дюймами. Это позволит производителям фланцев делать обработку места под прокладку металлического фланца любого класса.

Для трубопроводов, транспортирующих вещества групп А и Б технологических объектов I категории взрывоопасности, не допускается применение фланцевых соединений с гладкой уплотнительной поверхностью за исключением случаев применения спирально-навитых прокладок.

НАИБОЛЕЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Черновая обработка

Наиболее часто используемая при обработке любого фланца, потому что она подходит практически для всех обычных условий эксплуатации. При сжатии мягкая поверхность прокладки будет входить в обработанную поверхность, что поможет создать уплотнение, кроме того, возникает высокий уровень трения между соединенными частями. Конечная обработка для этих фланцев делается с помощью радиусного резца радиусом 1,6 мм при скорости подачи 0,88 мм на оборот для 12". Для 14" и более, обработка производится с помощью 3,2 миллиметрового радиусного резца при подаче 1,2 мм на оборот.

Спиральная насечка
Это может быть непрерывная или фонографическая спиральная канавка, но от черновой обработки она отличается тем, что канавка получается за счет использования 90 градусного резца, который создает V-образный профиль с углом рифления 45°.

Концентрическая насечка.
Как следует из названия, обработка состоит из концентрических канавок. Используется 90° резец и кольца распределяются равномерно по всей поверхности.

Гладкая поверхность.
Такая обработка визуально не оставляет следов инструмента. Такие поверхности, как правило, используются для прокладок с металлической поверхностью, к примеру: с двойной оболочкой, из полосовой стали, или гофрированного металла. Гладкая поверхность помогает создать уплотнение и зависит от плоскостности противоположной поверхности. Как правило, это достигается за счет контактной поверхности прокладки, сформированной непрерывной (иногда называемой фонографической), спиральной канавкой, сделанной 0,8 миллиметровым радиусным резцом, на подаче 0,3 мм на оборот, глубиной 0,05 мм. Это приведет к шероховатости между Ra 3,2 и 6,3 микрометра (125-250 микро-дюйма)

ПРОКЛАДКИ
Для того, чтобы сделать герметичное фланцевое соединение, необходимы прокладки.

Прокладка представляет собой сжатые листы или кольца, используемые для создания водонепроницаемого соединения между двумя поверхностями. Прокладки изготавливаются для работы при экстремальных температурах и давлениях, и доступны в исполнении из металлических, полуметаллических и неметаллических материалов.
К примеру, принцип уплотнения может заключаться в сжатии прокладки между двумя фланцами. Прокладка заполняет микроскопические пространства и неровности поверхности фланцев и, затем, образует уплотнение, которое предотвращает утечки жидкостей и газов. Требуется правильная и бережная установка прокладки, для того, чтобы предотвратить утечки во фланцевом соединении.

В этой статье будут описаны прокладки соответствующие ASME B16.20 (Металлические и полуметаллические прокладки для фланцев труб) и ASME B16.21 (Неметаллические, плоские прокладки для фланцев труб)

БОЛТЫ
Для соединения двух фланцев друг с другом необходимы болты. Количество будет определяться числом отверстий во фланце, а диаметр и длина болтов зависит от типа фланца и его класса давления. Наиболее часто применяемые болты в нефтяной и химической промышленности для фланцев ASME B16.5 это шпильки. Шпилька состоит из стержня с резьбой и двух гаек. Другой доступный тип болтов это обычный болт с шестигранной головкой и одной гайкой.

Размеры, допуски на размеры и т.п. были определены в стандартах ASME B16.5 и ASME B18.2.2, материалы - в различных ASTM стандартах.

МОМЕНТ ЗАТЯЖКИ

Чтобы получить герметичное фланцевое соединение, необходима правильная установка прокладки, болты должны иметь необходимый момент затяжки, а общее напряжение от затяжки должно равномерно распределяться по всему фланцу.

Необходимое растяжение осуществляется за счет момента затяжки (приложение предварительной нагрузки к креплению за счет поворота его гайки).

Правильный момент затяжки болта позволяет наиболее лучшим образом использовать его упругие свойства. Чтобы хорошо выполнять свою задачу болт должен вести себя подобно пружине. Во время работы, процесс затяжки оказывает осевую, предварительную нагрузку на болт. Конечно же эта растягивающая сила равна противоположным силам сжатия, приложенным к компонентам сборки. Она может называться усилием затяжки или растягивающим усилием.

ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ
Динамометрический ключ это общее название для ручного инструмента, который используется для приложения точного усилия затяжки соединений, будь то болт, или гайка. Это позволяет оператору измерять вращательное усилие (крутящий момент) приложенное к болту, которое должно совпадать со спецификацией.

Выбор техники правильной затяжки болта фланца требует опыта. Правильное применение любой из техник также требует квалификации, как инструмента, который будет использоваться, так и специалиста, который будет выполнять работу. Ниже приводятся наиболее часто используемые способы затяжки болтов:

  • затяжка от руки
  • пневмогайковерт
  • гидравлический динамометрический ключ
  • ручной динамометрический ключ с коромыслом или с зубчатой передачей
  • гидравлический натяжной механизм для болтов
ПОТЕРЯ МОМЕНТА ЗАТЯЖКИ
Потеря момента затяжки присуща любому болтовому соединению. Комбинированный эффект ослабления болтового соединения, (около 10% во время первых 24 часов после установки), ползучесть прокладки, вибрации в системе, температурное расширение и упругое взаимодействие во время затяжки болта способствуют потере момента затяжки. Когда потери момента затяжки достигают критических, внутреннее давление превышает силу сжатия, которое удерживает прокладку на своем месте, в этом случае может произойти подтекание либо прорыв.

Ключом к уменьшению этих эффектов является правильная установка прокладки. При установке прокладки, необходимо объединить вместе фланцы и плавно и параллельно, с наименьшим усилием затяжки, затянуть 4 болта, следуя правильной последовательности затяжки. Это даст снижение эксплуатационных затрат и повысит безопасность.

Также важна правильная толщина прокладки. Чем толще прокладка, тем выше ее ползучесть, что, в свою очередь, может привести к потере момента затяжки. По стандарту ASME для фланцев с рифленой поверхностью, как правило, рекомендуют прокладку толщиной 1,6 мм. Более тонкие материалы могут работать при более высоких нагрузках на прокладку и, следовательно, больших внутренних давлениях.

СМАЗКА УМЕНЬШАЕТ ТРЕНИЕ
Смазка уменьшает трение во время затяжки, уменьшает срывы болта во время установки и увеличивает срок службы. Изменение коэффициента трения влияет на величину предварительного натяга, достигаемого на определенном моменте затяжки. Больший коэффициент трения приводит к меньшему преобразованию момента в предварительный натяг. Значение коэффициента трения, обеспечиваемое производителем смазки должно быть известно, чтобы точно установить требуемую величину крутящего момента.

Смазка или противозаклинивающие соединения должны наноситься и на поверхность гайки подшипника, и на наружную резьбу.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЗАТЯЖКИ
Первый проход, слегка затянуть первый болт, затем следующий, находящийся напротив него, затем на четверть оборота по кругу (или 90 градусов), чтобы подтянуть третий болт и, напротив него, четвертый. Продолжайте эту последовательность до тех пор, пока не затянете все болты. При затяжке фланцев с четырьмя болтами, используйте схему крест-накрест.

ПОДГОТОВКА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ФЛАНЦА
Чтобы достичь герметичности во фланцевых соединениях, необходимо, чтобы все компоненты были точными.

Перед началом процесса соединения необходимо сделать следующие шаги, чтобы избежать проблем в будущем:

  • Очистить поверхности фланцев и проверить на царапины, поверхности должны быть чистыми и на них не должно быть никаких дефектов (неровности, ямки, вмятин и т.д.)
  • Осмотрите все болты и гайки на наличие повреждений или коррозию резьбы. Замените или отремонтируйте болты или гайки при необходимости
  • Удалите заусенцы со всех резьб
  • Смажьте резьбы болтов или шпилек и поверхности гаек, прилегающих к фланцу или шайбе. В большинстве приложений рекомендуется применять закаленные шайбы.
  • Установите новую прокладку и убедитесь, что она лежит по центру. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ СТАРУЮ ПРОКЛАДКУ, или же используйте несколько прокладок.
  • Проверьте соосность фланцев по стандарту процессных трубопроводов ASME B31.3
  • Отрегулируйте положение гаек, чтобы убедиться в том, что 2-3 витка резьбы возвышаются над ее верхней частью.
Независимо от того какой способ затяжки используется, сначала нужно сделать все проверки и подготовки.

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!