Крепеж фланцевых соединений

Фланцы входят в число разъемных соединений, получивших в промышленности наибольшее распространение. С их помощью соединяются составные части уже находящихся в эксплуатации технологических агрегатов и вновь создаваемых конструкций. Также фланцы применяются для скрепления отдельных сегментов трубопроводов, технических устройств, относящихся к группе трубопроводной арматуры, и, кроме того, датчиков контрольно-измерительного оборудования и приборов. Их основным достоинством является возможность многократно осуществлять монтаж/демонтаж.

Что означает термин «крепеж»

На территории нашей страны действует ГОСТ 27017-86, устанавливающий терминологию, касающуюся сферы метизов. Определение понятия «крепежное изделие» в нем сформулировано кратко и однозначно – это детали, служащие для формирования соединения. К ним принято относить большинство элементов соответствующего функционала, выпускаемых металлургической отраслью, начиная с разнообразных винтов и традиционных имеющих шестигранную головку болтов, включая шурупы и шпильки, и заканчивая гайками различной формы.

А сам фланец – это крепежное изделие, по форме представляющее собой стальной диск, в центре которого имеется отверстие для транспортировки рабочей среды. По всему его периметру расположены с определенным шагом отверстия под болты/винты.

На рынке стройматериалов присутствует много разновидностей соединительных деталей, посредством которых осуществляется монтаж фланцев. Поэтому подходить к их выбору нужно со всей тщательностью.

Основные факторы

Правильный подбор стержневого крепежа для создания надежного фланцевого соединения предполагает учет следующих факторов:

давление, под воздействием которого будет передвигаться рабочая субстанция;
температура перемещаемой рабочей среды;
особенности движущегося по трубопроводу вещества, включая его химические свойства;
условия работы: на открытом воздухе, во влажном либо сухом помещении, вид нагрузок и т.д.

При этом нужно также принимать во внимание следующие рекомендации экспертов:

когда сопряжение будет работать под условным давлением (Д_у), не превышающем 25,0 кгс/см. кв., допускается использование как шпильки с резьбой, так и болта. Если Д_у >25,0 кгс/см. кв., применять болты нельзя;
при формировании крепежной пары, включающей резьбовую шпильку совместно с гайкой, показатель твердости первого метиза должен превышать не меньше, чем хотя бы на 20 единиц величину данной характеристик второго изделия.

В таблице представлены размеры болтов для формирования фланцевых соединений, работающих под воздействием различных давлений.

Диаметр (условный) фланца, мм	Давление (условное), воздействующее на фланец, кгс/см. кв. (Д_у)
	25,0	16,0	10,0	6,0	1,0;1,5
1200	------------	M48×160	M36×160	M30×110	M27×90
1000	M52×90	M42×150	M30×130	M27×100
900	M48×180	M36×140	M30×120
800	M42×170
700	M42×160		M27×110	M24×90	M24×80
600	M36×150
500	M36×140	M30×130	M24×90	M20×80	M20×75
450	M30×130	M27×120
400		M27×110
350	M30×120	M24×100	M20×80	M20×75	M20×70
300	M27×110	M24×90
250	M27×100		M20×75	M16×70	M16×65
225		M20×80		M16×65	M16×60
200	M24×100
175	M24×90
150			M20×70	M16×60	M16×55
125		M16×70
100	M20×80	M16×70	M16×65	M16×55	M16×50
80	M16×70	M16×65	M16×60
65				M12×50	M12×45
50			M16×55
40	M15×65	M16×60
32	M16×60
25	M12×55	M12×50		M10×45	M10×40
20
15	M12×50	M12×45	M12×45		M10×35
10			M12×40

Следующий важный фактор выбора метиза – предполагаемая температура работы фланцевого соединения. В таком случае критичной характеристикой крепежных элементов является материал их изготовления. Нормы ГОСТа 20700-75 подразделяют в данном аспекте металл на три категории:

стали углеродистые, соответствующие техническим требованиям к метизам общего назначения, выполненным с точностью, соответствующей нормам класса «B», диаметр резьбы которых не превышает 48 миллиметров, с расчетной рабочей температурой металлического крепежного элемента до 200°С – это категория №1;
стали углеродистые, на основе которых производятся стержневые метизы и гайки с показателем точности, соответствующим классу «A», с резьбовым диаметром d<48 мм при расчетной рабочей температуре металлического сплава Т≤300°С – это вторая категория;
в третью категорию входят качественные стали среднеуглеродистые улучшенного состояния, используемые для производства стержневого крепежа, а также гаек любой конфигурации всех допустимых размеров, установленных действующими ГОСТами, с расчетной рабочей температурой сплава метиза Т≤400°С при условии, что температура технологического процесса отпуска металла, по крайней мере, на 100 градусов выше.

Соответствующие указанным критериям марки стали и их рабочие характеристики приведены в таблице.

Сталь марки	Предельные значения параметров
	Гайки		Стрежневой крепеж, хомуты, а также пробки
	Условное давление (Д_у), МПа	Температура среды, градусы Цельсия, до	Условное давление (Д_у), МПа	Температура среды, градусы Цельсия, до
10X11H22TЗMP	Ограничения не установлены	650,0	Ограничения не установлены	650,0
XH35BT
31X19H9MBБT		625,0		625,0
08X16H13M2Б
20X1M1Ф1БP		580,0		580,0
20X1M1Ф1TP
18X12BMБФР		560,0		560,0
18X11MHФБ
20X12BHМФ
15X11MФ
25X2M1Ф		565,0		535,0
13X11H2B2MФ		540,0		510,0
25X1MФ
20X13		510,0		450,0
35XM, 30XMA
40X, 35X	20,	450,0	20,0	425,0
Ст.45	20,0	425,0	10,0	425,0
Ст.40, Ст.35, Ст.30
Ст.25
Ст.20	10,0	400,0	1,6	400,0
Ст.10	2,5	350,0	-------------	-------------
ВСт5сп5	-------------	-------------	2,5
BCт5сп2
BCт4сп5
BCт4спЗ	2,5	350,0	1,6	350,0
BCтЗсп5

Очередной критерий выбора крепежа фланцевых соединений – химические свойства транспортируемой рабочей среды. Речь идет, прежде всего, о степени ее негативного воздействия на металл соединительных деталей. Для работы в агрессивной среде следует применять крепеж, изготовленный из нержавеющей стали.

Но здесь есть один момент. Результаты контакта с химически-активными веществами таких сталей разных марок отличаются. Поэтому не любая нержавейка может подойти для определенной рабочей среды. В таблице приведен пример касательно двух популярных на территории нашей страны сплавов. Для сокращения в ней приняты такие обозначения:

символ «!» – высокая коррозионная стойкость;
символ «?» – возможен вариант повреждения крепежа. Все определяется концентрацией агрессивного компонента в веществе, подлежащем транспортировке через фланцевое соединение;
символ «-» – для работы с веществом не подходит.

Рабочая среда	Формула	Сталь 12х18н10т	Сталь 08Х18Н10
Хлорное железо	FеСl3	-	-
Серная кислота	Н₂SО₄	-	-
Соляная кислота	НСl	-	-
Лимонная кислота	C₆H₈O₇	?	!
Муравьиная кислота	HCOOH	?	?
Перекись водорода	Н₂О₂	!	!
Поваренная соль	NаСl	?	?
Азотная кислота	НNО₃	!	?
Бензол	С₆Н₆	!	!
Гипохлорит кальция	Сa(СlО)₂	?	?
Гидроокись калия	КОН	!	!
Гидрохлорид натрия	NaОСl	-	-
Дихлорид олова	SnСl₂	-	!
Диоксид серы	SО₂	!	!

Выбор крепежа фланцевых соединений предполагает рассмотрение вариантов исполнения деталей, скрепляющих элементы конструкции. Актуальность такого подхода обусловлена схожестью по внешнему виду и предназначению образцов данной продукции, соответствующих требованиям большинства нормативных документов.

В качестве примера приведем ГОСТ 22042-76, устанавливающий технические характеристики шпилек, посредством которых соединяются конструктивные элементы, имеются монтажные отверстия без резьбы. Его положения допускают производство этих крепежных деталей с отличающимся диаметром гладкого срединного сегмента:

v исполнение 1 требует идентичность номинального резьбового диаметра с этим параметром гладкой части;

v второе исполнение устанавливает требование, чтобы диаметр гладкого участка приблизительно был равен среднему диаметру метрической резьбы.

Правила затягивания

Равномерное затягивание предусматривает закручивание стержневых крепежных элементов в определенной, проверенной многолетней практикой, последовательности.

Сначала слегка завинчивается первый, причем любой, болт.
Потом нужно тоже с небольшим усилием затянуть болт с противоположной стороны.
Далее затягивается (тоже слегка) третья стержневая крепежная деталь в отверстии, находящемся на конце радиуса, проведенного под прямым углом к диаметру, соединяющему первые два болта.
Затем такая же операция выполняется с четвертым болтом, установленным диаметрально напротив третьего.

Проще говоря, затяжка стержневого крепежа на фланце с 4-мя отверстиями проводится по схеме «крест-накрест». Такие же начальные манипуляции проделываются с изделием, имеющим 6 монтажных отверстий. Потом затягивается пятый болт, расположенный (см. рисунок) между третьим и вторым. Последний болт, который необходимо завинтить, находится между четвертой и первой крепежной деталью.

Все это – предварительный этап. По его завершению необходимо обеспечить герметичность соединения. С этой целью болты плотно затягиваются в последовательности, описанной выше. При этом важно не разрушить резьбу. Кроме того, нужно создать равномерную затяжку. С этой целью следует использовать специальный инструмент:

натяжной механизм, оснащенный гидроприводом;
гайковерт пневматического типа;
гидравлический либо обыкновенный динамометрический ручной ключ.

Заключение

На первый взгляд может показаться, что сформировать фланцевое соединение совсем несложно. Но людям, не имеющим опыта, качественно выполнить эту работу, скорей всего, не удастся. Поэтому лучше прибегнуть к услугам профессионалов. Особенно актуально это для случаев, когда объектами установки являются трубопроводы, по которым транспортируются опасные вещества, например, бытовой газ. Такой подход исключит возникновение в будущем неприятностей.

Товары каталога:

	Дюбель (анкер) рамный металлический
	Болт ГОСТ 7805 HDG-горячеоцинкованный
	Дюбель-гвоздь
	Болт башмачный ГОСТ 11674-75
	Анкерный болт с крюком