Что такое фланец? - От типов до обработки

Фланец является важным компонентом во многих промышленных применениях, в основном служа методом соединения труб, клапанов, насосов и другого оборудования для формирования функциональной трубопроводной системы. По сути, фланец представляет собой приподнятый обод, воротник или ребро, которое часто проектируется как симметричный дискообразный компонент с отверстиями для болтов по периметру. Его основная функция заключается в обеспечении легкой сборки и разборки системы, облегчении технического обслуживания, осмотра и модификации. Соединение обычно достигается путем привинчивания двух фланцев друг к другу с прокладкой, помещенной между их поверхностями для создания надежного, герметичного и непроницаемого уплотнения, способного выдерживать различные давления и температуры. Фланцы широко используются, потому что они предлагают надежную и гибкую альтернативу постоянным методам соединения, таким как только сварка.

Мир фланцев разнообразен, характеризуется различными типами, предназначенными для удовлетворения конкретных потребностей применения, номинального давления и методов соединения. Понимание этих типов имеет решающее значение для выбора правильного компонента для любого инженерного проекта.

Одним из наиболее распространенных типов является приварной фланец. Этот фланец, узнаваемый по своему длинному коническому ступице, предназначен для стыковой сварки с трубой. Конический переход обеспечивает отличное распределение напряжений, что делает его предпочтительным выбором для применений с высоким давлением, высокой температурой или отрицательными температурами, где прочность и целостность имеют первостепенное значение.

Другим часто используемым типом является фланец скользящий. Этот фланец надевается на конец трубы, а затем закрепляется с помощью угловых сварных швов как внутри, так и снаружи. Хотя его легче выравнивать и требуется меньше точности при резке трубы по длине по сравнению с приварным фланцем, он, как правило, не подходит для применений с высокими нагрузками из-за его более низкой прочности и возможности утечек.

Фланец глухой представляет собой сплошной диск без отверстия, используемый для завершения конца трубопроводной системы, клапана или отверстия сосуда под давлением. Он позволяет расширить систему в будущем или обеспечить легкий доступ к трубопроводу. При использовании с надлежащей прокладкой он обеспечивает отличное уплотнение для целей изоляции.

Резьбовые фланцы, также известные как резьбовые фланцы, разработаны с внутренней резьбой, которая соответствует внешней резьбе на трубе. Они закрепляются просто путем навинчивания на трубу, исключая необходимость сварки. Это делает их идеальными для небольших диаметров труб, применений с низким давлением и легковоспламеняющихся или взрывоопасных зон, где сварка представляет опасность. Однако они не подходят для систем с высоким давлением или колебаниями температуры.

Фланцы под приварку в раструб имеют гнездо, в которое вставляется труба, прежде чем быть закрепленной одним угловым сварным швом вокруг ступицы. Они обычно используются для систем высокого давления на трубах меньшего размера, обеспечивая хорошую прочность и устойчивость к внутреннему давлению.

Фланцы с приварным встык соединением уникальны тем, что состоят из двух компонентов: патрубка, который приваривается встык к трубе, и свободного опорного фланца, который надевается на трубу. Свободный фланец обеспечивает вращение на 360 градусов, упрощая выравнивание отверстий для болтов, что особенно полезно в системах, требующих частой разборки для осмотра или технического обслуживания. Они часто используются с неферромагнитными трубопроводными системами, такими как алюминий или нержавеющая сталь, где сварка не требуется на самом фланце.

Помимо базовой структуры, фланцы также классифицируются по их обработка уплотнительной поверхности, которая представляет собой поверхность, на которой располагается прокладка для создания уплотнения. Основные типы поверхностей включают выпуклую поверхность (RF), наиболее распространенный тип, где небольшая секция вокруг отверстия приподнята, чтобы сконцентрировать усилие затяжки болтов на меньшей площади прокладки, увеличивая способность соединения удерживать давление. Фланец плоская поверхность (FF), с другой стороны, имеет полностью плоскую контактную поверхность и обычно используется для соединения с оборудованием с плоской поверхностью, часто с полноразмерной прокладкой. Поверхность кольцевого соединения (RTJ) имеет глубокую канавку, в которую сжимается металлическая кольцевая прокладка, обеспечивая чрезвычайно надежное уплотнение для работы при высоком давлении и высокой температуре. Другие типы включают Male and Female (M&F) и Tongue and Groove (T&G), которые используют взаимодополняющие поверхности, чтобы помочь выровнять и удержать прокладку.

Создание высококачественного, функционального фланца требует точного производства, часто включающего обработку с ЧПУ (числовое программное управление). Производственный процесс обычно начинается с выбора материала, который диктуется условиями эксплуатации — давлением, температурой и коррозионной активностью среды. Общие материалы включают углеродистую сталь, нержавеющую сталь и различные сплавы.

Заготовка фланца обычно создается с помощью таких процессов, как ковка, которая обеспечивает благоприятное направление волокон для прочности, или литье для более сложных геометрий. После формирования заготовки начинается процесс обработки. Обработка с ЧПУ жизненно важна для достижения жестких допусков и точной обработки поверхности, необходимых для герметичного уплотнения.

Основные операции обработки включают точение, сверление и торцевание. Операции точения, часто выполняемые на токарных станках с ЧПУ, используются для достижения точного наружного диаметра (OD), внутреннего диаметра (ID) и необходимой конической ступицы для приварных фланцев. Наиболее важным этапом обработки является обработка уплотнительной поверхности. Точность обработки поверхности, будь то концентрические или спиральные насечки на выпуклой поверхности или глубокая канавка RTJ, имеет первостепенное значение для герметизирующих характеристик прокладки. Станки с ЧПУ обеспечивают точное и последовательное достижение требуемой микрообработки. Наконец, отверстия для болтов точно просверливаются, а иногда зенкуются или рассверливаются с помощью сверлильных и фрезерных центров с ЧПУ, чтобы обеспечить идеальное выравнивание для сборки. Инспекция и контроль качества, соответствующие стандартам, таким как ASME и ASTM, являются заключительными этапами для проверки соответствия всех размеров и обработки поверхности строгим требованиям промышленных трубопроводных систем. Точность обработки с ЧПУ превращает необработанную металлическую поковку в критический, высокопроизводительный компонент, незаменимый в инфраструктуре по всему миру.