Присоединения арматуры к трубопроводу (рис. 13.2) бывают разъемными (фланцевое, муфтовое, цапковое) и неразъемными (сварное и паяное). Наиболее распространено фланцевое присоединение. Преимущества фланцевого присоединения арматуры — возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, хорошая герметизация стыков и удобство их подтяжки, большая прочность и применимость для очень широкого диапазона давлении и проходов. Недостатки фланцевого соединения — возможность ослабления затяжки и потери герметичности со временем (особенно в условиях вибрации), повышенная трудоемкость сборки и разборки, большие габаритные размеры и масса. Эти недостатки фланцев особенно сказываются на трубопроводах больших диаметров, рассчитанных на средние и высокие давления.
При сборке такого соединения затягивают специальным инструментом десятки шпилек большого диаметра. Для затяжки таких фланцевых соединений часто требуется бригада слесарей. С увеличением условного давления и проходного сечения фланцев увеличивается масса как самой арматуры, так и всего трубопровода (с учетом ответных фланцев) и повышается расход метала. В связи с указанными недостатками фланцевых соединений, а также увеличением диаметров трубопроводов и их рабочих давлений, все большее распространение получает арматура с патрубками под приварку. Такой арматурой в частности, оснащают магистральные газо- и нефтепроводы.
Преимущества присоединения арматуры к трубопроводу сваркой велики, что, прежде всего полная и надежная герметичность соединения, что особенно важно для трубопроводов, транспортирующих взрывоопасные, токсичные и радиоактивные вещества. Кроме того, сварное соединение не требует никакого ухода и подтяжки, что очень важно для магистральных трубопроводов, где желателен минимум обслуживания. Сварное соединение дает большую экономию металла и снижает массу арматуры и трубопровода. Особенно эффективно применение арматуры с концами под приварку на таких трубопроводах, где сам трубопровод монтируется целиком при помощи сварки.
Недостатком сварных соединений является повышенная сложность демонтажа и замены арматуры, так как для этого ее приходится вырезать из трубопровода.
Для мелкой арматуры, особенно чугунной, наиболее часто применяют муфтовое присоединение. При этом концы арматуры имеют вид муфт с внутренней резьбой. Поскольку для мелкой арматуры фланцы имеют относительно большую массу (часто одного порядка с массой арматуры без фланцев), то применение фланцев в таких условиях ведет к неоправданному увеличению расхода металла. Кроме того, затяжка болтов у фланцевых соединений небольшого диаметра более трудоемка, чем затяжка муфтового соединения, и требует применения специальных тарированных ключей.
Рис. 13.2. Основные типы присоединения арматуры к трубопроводу:
а — фланцевое (фланцы литые с соединительным выступом и плоской прокладкой); б — фланцевое (фланцы стальные приварные встык с уплотнением типа выступ — впадина с плоской прокладкой); в — фланцевое (фланцы литые с уплотнением типа шип — паз с плоской прокладкой); г — фланцевое (фланцы стальные плоские приварные с плоской прокладкой); д — фланцевое (фланцы стальные литые с линзовой прокладкой); е — фланцевое (фланцы стальные литые с прокладкой овального сечения); ж — муфтовое; з – цапковое.
Муфтовое соединение используют обычно в литой арматуре, ибо литьем проще всего получить наружную конфигурацию муфты (шестигранник под ключ). В связи с этим основная область применения муфтовых соединений - арматура низких и средних давлений. Для мелкой арматуры высоких давлений, которую обычно изготовляют из поковок или проката, чаще всего применяют цапковое соединение с наружной резьбой под накидную гайку.
Фланцевые соединения трубопроводов и арматуры, рассчитанные на условное давление 1-200 кгс/см2, стандартизованы. При этом стандартизуют типы фланцев (ГОСТ 1233-67), их присоединительные размеры (ГОСТ 1234-67), конструкции, исполнительные размеры и технические требования. В особых, технически обоснованных случаях (при ударной или повышенной нагрузке, кратковременности срока службы, специфических свойствах среды - токсичности, взрывоопасности, химической агрессивности и др.) стандартом разрешается изготовление фланцев по отраслевым нормалям или чертежам, отступающим от ГОСТ, но с обязательным выполнением присоединительных размеров по ГОСТ 1234-67.
Фланцы, как правило, выполняют круглыми. Исключение составляют только чугунные фланцы, стягиваемые четырьмя болтами, рассчитываемые на давление ру не выше 40 кгс/см2. Их допускается выполнять квадратными.
Стандартные фланцы арматуры разделяют на несколько типов по конструкции прокладочного соединения. Простейший из них - с гладкой лицевой поверхностью (с соединительным выступом или без него), незащищенного типа, без выточки под прокладку. Эти фланцы наиболее просты для монтажа и демонтажа арматуры и для замены прокладок, однако герметичность создаваемого ими соединения наименее надежна.
Фланцы, рассчитанные на высокие давления (от 40 до 200 кгс/см2) применяют с зубчатыми стальными прокладками, на низкие - с мягкими или имеющими мягкую сердцевину прокладками. Для защиты мягких прокладок от выбивания давлением рабочей среды в арматуре применяют фланцы с впадиной под прокладку. Ответные фланцы при этом выполняют с выступом, так что снаружи прокладки фланцы образуют защищающий ее замок. Такие фланцы применяют с мягкими прокладками или металлическими, имеющими мягкую сердцевину. Третий тип фланцев арматуры, рассчитанный на такие же прокладки, что и предыдущий, - фланцы с пазом под прокладку. Ответные фланцы имеют шип. Таким образом, прокладка защищена замком фланцев как снаружи, так и изнутри, что повышает надежность соединения. Однако монтаж, демонтаж арматуры и замена прокладок здесь несколько затруднены по сравнению с фланцами первого типа.
Для высоких давлений, начиная с ру = 64 кгс/см2, во фланцах применяют уплотнения еще двух стандартных типов - под линзовую прокладку и под прокладку овального сечения. Эти уплотнения более экономичны и надежны при высоких давлениях, чем обычные плоские прокладки. В таких фланцевых соединениях прокладки касаются уплотнительных поверхностей фланцев теоретически по линии, а практически по весьма узкому кольцу. Это позволяет при равных габаритных размерах фланцев и усилиях затяжки создавать большие удельные давления на уплотнении. Таким образом, становится возможным применение массивных стальных прокладок высокой прочности и долговечности в место обычных мягких.
