Фланцевое соединение стальных конструкций

Обновлено: 04.05.2024

Доброго времени суток, господа инженеры.
У меня немного "странный" вопрос, но все же может кто-то тоже ищет на него ответ.
Все мы знаем виды соединений МК конструкций:
1. Болтовое соединение - тут все понятно, там где есть болты - там болтовое соединение;
2. Сварное соединение - тут тоже вроде все ясно - сварка есть, значит сварное соединение;
3. Фрикционное соединение - тут тоже все предельно ясно - соединение "работает" за счет сил трения;
4. Фланцевое соединение - вот здесь у меня и возникает вопрос, а какие именно соединение можно ЧЕТКО обозначить как фланцевые, а какие нет (с точки зрения норм, а не "художественной" литературы).
Вы начнете конечно "кричать", мол что это я не учился и т.д., но не все так просто мне кажется как есть на самом деле.
В нормах на самом деле нет четкого определения (юридического) какие именно соединения нужно относить к фланцевым.
Вот давайте порассуждаем на эту тему, у кого какие мысли? Где та "грань" когда четко и однозначно можно сказать, что узел является фланцевым соединением, а когда нет?
В нормах написано, как нужно считать и какую сталь и болты применять в ФС, но что такое ФС и когда именно оно становиться ФС к сожалению не написано.
Интуитивно мы как инженеры конечно "догадываемся", но вот это где-то "в воздухе", на интуитивном уровне.
Для дискуссии прикладываю узлы, которые на мой взгляд "работают" одинаково, но вот "интуитивно" их относят почему то к разным типам соединений. Давайте рассуждать почему?
Чем отличается (принципиально работа) узел 1 от узла 2 (хотя обычно узел 1 это фланец, а узел 2 обычное болтоваое)?
Узел 2 является фланцевым или болтовым с точки зрения НОРМ проектирования? У кого какие мысли?

Вот несколько определений из техэксперта:

Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки передаются между соединяемыми деталями за счет растяжения болта.
"ГОСТ 33169-2014 Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности" от 24.06.2015 г.

Неподвижное разъемное соединение трубопровода, герметичность которого обеспечивается сжатием соединяемых поверхностей трубопровода друг с другом.
Примечание - Уплотнительные поверхности трубопровода могут соединяться непосредственно друг с другом или через посредство расположенных между ними прокладок из более мягкого материала, сжатых крепежными деталями.
СТО НОСТРОЙ 2.23.83-2012 Объекты использования атомной энергии. Монтаж технологических трубопроводов на АЭС. Основные требования

По логике из первого источника, получается, что все три узла являются фланцевыми, со всеми вытекающими (высокопрочные болты с преднатягом + сталь соответсвующая), но так же никто не делает вот и получается парадокс с точки зрения "буквы закона".

Определение понятия "Фланцевое соединение"

Фланцевое соединение стальных конструкций

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ, ИЗГОТОВЛЕНИЮ И МОНТАЖУ
ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Главным инженером ЦНИИПроектстальконструкции им. Мельникова В.В.Ларионовым 14 сентября 1988 г.

Директором ВНИПИ Промстальконструкция В.Г.Сергеевым 13 сентября 1988 г.

Фланцевые соединения стальных строительных конструкций - наиболее эффективный вид болтовых монтажных соединений, их применение в конструкциях одно- и многоэтажных зданий и сооружений позволяет существенно повысить производительность труда и сократить сроки монтажа конструкций.

В рекомендациях изложены требования к качеству материала фланцев и высокопрочных болтов, основные положения по конструированию и расчету фланцевых соединений, особенности технологии изготовления и монтажа конструкций с фланцевыми соединениями.

При составлении рекомендаций использованы результаты экспериментально-теоретических исследований, выполненных во ВНИПИ Промстальконструкция, ЦНИИПроектстальконструкции им. Мельникова, а также другие отечественные и зарубежные материалы по исследованиям фланцевых соединений.

Рекомендации разработаны ВНИПИ Промстальконструкция (кандидаты техн. наук В.В.Каленов, В.Б.Глауберман, инж. В.Д.Мартынчук, А.Г.Соскин; ЦНИИПроектстальконструкцией им. Мельникова (канд. техн. наук И.В.Левитанский, доктор техн. наук И.Д.Грудев, канд. техн. наук Л.И.Гладштейн, инж. О.И.Ганиза) и ВНИКТИСтальконструкцией (инж. Г.В.Тесленко).

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Рекомендации следует соблюдать при проектировании, изготовлении и монтажной сборке фланцевых соединений (ФС) несущих стальных строительных конструкций производственных зданий и сооружений, возводимых в районах с расчетной температурой минус 40 °С и выше.

Рекомендации не распространяются на ФС стальных строительных конструкций:

эксплуатируемых в сильноагрессивной среде;

воспринимающих знакопеременные нагрузки, а также многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с количеством циклов 10 и более при коэффициенте асимметрии напряжений в соединяемых элементах .

1.2. ФС элементов стальных конструкций, подверженных растяжению, изгибу или их совместному действию, следует выполнять только с предварительно напряженными высокопрочными болтами. Такие соединения могут воспринимать местные поперечные усилия за счет сопротивления сил трения между контактирующими поверхностями фланцев от предварительного натяжения болтов и наличия "рычажных усилий".

1.3. ФС элементов стальных конструкций, подверженных сжатию или совместному действию сжатия с изгибом при однозначной эпюре сжимающих напряжений в соединяемых элементах (в дальнейшем ФС сжатых элементов), следует выполнять на высокопрочных болтах без предварительного их натяжения, затяжкой болтов стандартным ручным ключом. Такие соединения могут воспринимать сдвигающие усилия за счет сопротивления сил трения между контактирующими поверхностями фланцев, возникающих от действия усилий сжатия соединяемых элементов.

1.4. В рекомендациях приведены сортаменты ФС растянутых элементов открытого профиля - широкополочные двутавры и тавры, парные уголки, замкнутого профиля - круглые трубы, изгибаемых элементов из широкополочных двутавров, которые следует, как правило, применять при проектировании, изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций.

1.5. ФС следует изготавливать в заводских условиях, обеспечивающих требуемое качество, в соответствии с требованиями, изложенными в разделе 6 настоящих рекомендаций, а также с учетом положительного опыта освоенной технологии изготовления ФС Белгородским, Кулебакским, Череповецким заводами металлоконструкций Минмонтажспецстроя СССР и Восточно-сибирским заводом металлоконструкций (г.Назарово) Минэнерго СССР.

1.6. Материалы рекомендаций составлены на основе экспериментально-теоретических исследований, выполненных в 1981-1987 гг. во ВНИПИ Промстальконструкция, ЦНИИПроектстальконструкции им. Мельникова и ВНИИКТИСтальконструкции. В рекомендациях отражен опыт внедрения ФС, выполненных в соответствии с "Руководством по проектированию, изготовлению и сборке монтажных фланцевых соединений стропильных ферм с поясами из широкополочных двутавров" (ЦНИИПроектстальконструкция, 1982).

2.1. Металлопрокат для элементов конструкций с ФС следует применять в соответствии с требованиями главы СНиП II-23-81*, постановления Государственного строительного комитета СССР от 21 ноября 1986 г. N 28 о сокращенном сортаменте металлопроката в строительных стальных конструкциях и приказа Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР от 28 января 1987 г. N 34 "О мерах, связанных с утверждением сокращенного сортамента металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях".

Основные профили для элементов конструкций с ФС: сталь уголковая равнополочная по ГОСТ 8509-72, балки двутавровые по ГОСТ 8239-72*, балки с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83, швеллер горячекатаный по ГОСТ 8240-72*, сталь листовая по ГОСТ 19903-74*, профили гнутые замкнутые сварные, квадратные и прямоугольные по ТУ 36-2287-80, электросварные прямошовные трубы по ГОСТ 10704-76 и горячедеформированные трубы по ГОСТ 8732-78* (для сооружений объектов связи).

2.2. Для фланцев элементов стальных конструкций, подверженных растяжению, изгибу или их совместному действию, следует применять листовую сталь по ГОСТ 19903-74* марок 09Г2С-15 по ГОСТ 19282-73 и 14Г2АФ-15 по ТУ 14-105-465-82 с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката.

2.3. Фланцы могут быть выполнены из других марок низколегированных сталей, предназначенных для строительных стальных конструкций по ГОСТ 19282-73, при этом сталь долина удовлетворять следующим требованиям:

категория качества стали - 12;

относительное сужение стали в направлении толщины проката %, минимальное для одного из трех образцов %.

Проверку механических свойств стали в направлении толщины проката осуществляет завод строительных стальных конструкций по методике, изложенной в приложении 8.

2.4. Фланцы сжатых элементов стальных конструкций следует изготавливать из листовой стали по ГОСТ 19903-74*.

2.5. Качество стали для фланцев (внутренние расслои, грубые шлаковые включения и т.п.) должно удовлетворять требованиям, указанным в табл.1.

Сборка и установка фланцевых соединений на стальных трубопроводах

Большинство трубопроводов различного назначения монтируют сваркой, обеспечивающей надежность и долгий срок службы стыков. Но когда по условиям прокладки этот способ неприемлем или в процессе эксплуатации требуется периодическая разборка, используется соединение фланцевое. По надежности и долговечности оно не уступает сварному варианту, а монтируется проще.

Назначение и область применения

Устанавливать фланцевые соединения можно на трубопроводы диаметром больше 32 мм. Таким способом монтируются разветвленные системы на промышленных и химических предприятиях, в газовой и нефтедобывающей отрасли, распределительные сети ЖКХ. Для прокладки внутридомовых трубопроводов соединение этого вида применяют редко.

Фланцевые стыки нужны для того, чтобы:

соединять трубы между собой или с оборудованием из разнородных материалов;
устанавливать запорную и регулирующую арматуру;
проводить очистку трубопроводов;
врезать измерительные приборы;
отсекать участок трубы для ремонта.

Из чего состоит фланцевое соединение

Комплект для одного стыка состоит из двух одинаковых фланцев с центральными отверстиями, соответствующих диаметрам труб, прокладки, набора болтов или шпилек с гайками и шайбами. При необходимости защиты трубопровода от блуждающих токов, на болты надевают изоляционные втулки, а прокладку устанавливают из диэлектрического материала. Если давление в трубопроводе не превышает 2,5 МПа, фланцы стягивают болтами. Шпильки равномерней распределяют усилие затяжки и удобней для работы в неудобных местах. Фланцевые соединения на шпильках применяют при давлении до 4 МПа.

Что такое фланец и какие бывают виды

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

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

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

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

При монтаже трубопроводов применяют несколько типов фланцев:

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

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

Конструктивные особенности фланцев

Выбирая фланцы для трубопровода необходимо учитывать некоторые особенности:

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

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

Прокладки для фланцевых соединений

Герметичность соединения обеспечивается прокладкой, которую вставляют между фланцами. В зависимости от характеристик среды, температуры и давления ее делают из соответствующих материалов:

резины, стойкой к продуктам нефтепереработки:
паронита общего назначения;
теплостойкой резины;
асбестового картона;
паронита, стойкого к маслу и бензину;
кислото и щелочеустойчивой резины;
графита;
фторопласта;
металла (алюминия, меди);
металлографита.

Подготовка фланцев для установки

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

Сборка фланцевого соединения

Чтобы стыки на трубопроводе были надежными, все виды фланцевых соединений собирают в строго определенном порядке. Сначала с небольшим усилием затягивают произвольно выбранный болт, затем диаметрально противоположный. Следующая пара должна отстоять от первой на четверть окружности. Остальные болты затягивают в таком же порядке. Если на фланцах только 4 отверстия затяжка выполняется крестообразно.

Чтобы усилие распределялось равномерно, завершающую часть монтажа проводят инструментами, позволяющими его контролировать:

гидравлическим натяжным устройством;
пневматическим гайковертом;
ручным динамометрическим ключом;
гидравлическим динамометрическим ключом.

Ручную затяжку доверяют только опытным работникам. В течение первых суток работы из-за вибраций, усадки материала прокладки, изменения температуры прочность соединения снижается до 10%. Поэтому в этот период требуется проведение подтяжки гаек.

Монтаж всех видов фланцевого соединения несложен, однако его проведение разрешается только специально обученным слесарям. При прокладке или ремонте трубопроводов с агрессивными средами или работающих под высоким давлением, ход работы должен контролировать инженер. Сборка безнапорных систем (канализация, полив) может проводиться неквалифицированными работниками.

Читайте также: