Роз’ємні з’єднання в хімічній апаратурі. Вимоги до роз’ємних з’єднань. Основні конструкції фланців, їх порівняльна характеристика і застосування. Типи обтюрацій

Найбільш розповсюдженим видом роз'ємного з'єднання в хімічних апаратах є фланцеві з'єднання. Такі з'єднання повинні відповідати наступним вимогам:

- бути міцними;

- забезпечувати герметичність в апараті при заданих умовах експлуатації (тиску, температурі);

- дозволяти швидке і багаторазове збирання і розбирання;

- бути достатньо дешевими;

- бути технологічними, забезпечуючи можливість їх масового виготовлення.

Фланцеві з'єднання відповідають більшості із перерахованих вимог, але не завжди забезпечують швидке збирання-розбирання, а деякі їх конструктивні різновиди є порівняно дорогими.

різновиди фланців

Приварні встик фланці постачають конічною шийкою (втулкою), яка підвищує міцність фланця і забезпечує якісне зварення з обичайкою. Такі фланці є рекомендованими для відповідальної апаратури із вуглецевих і легованих сталей при надлишковому тиску 1,0…6,3 МПа, а під металеву прокладку – до16 МПа.

Плоскі приварні фланці є рекомендованими при надлишковому тиску до 1,6 МПа, інколи до 2,5 МПа. Для забезпечення міцності такі фланці що відповідно стандарту можуть постачатись циліндричною втулкою, яка має товщину більшу, ніж обичайка.

Суцільні фланці виготовляють заодно з обичайкою або трубою. Вони є характерними для литої чавунної та стальної кованої апаратури.

Приварні встик, плоскі приварні і литі або ковані фланці жорстко пов’язані з обичайками (трубами), отже, працюють спільно з ними,
завдяки чому самі фланці частково розвантажуються, а обичайки (труби) сприймають додаткове навантаження і, як наслідок, в останніх виникають додаткові напруження, які є небажаними особливо для важко навантажених з'єднань, що потребує прийняття заходів для забезпечення міцності елементів конструкції.

Вільні фланці жорстко не пов’язані з обичайками (трубами), отже останні ніяких додаткових навантажень не сприймають, але самі фланці є більш навантаженими в порівнянні з суцільними та приварними і потребують більшої товщини.

Вільні фланці на приварному бурті є рекомендованими в найбільш відповідальних випадках для зварної апаратури, що працює під тиском аж до декількох десятків мегапаскалей і при температурі до 500°С.

Вільні фланці на приварному кільці використовують для стальної апаратури і трубопроводів, що працюють під тиском до 2,5 МПа.

Стальні вільні фланці на відбортовці частіше використовують в апаратурі і трубопроводах із кольорових металів, наприклад із алюмінію, міді, латуні і ін., а також у випадках, коли є необхідність економити дорогі і дефіцитні конструкційні матеріали, наприклад високолеговану сталь, сплави кольорових металів і т.д. Такі фланці є рекомендованими для умовного тиску до 0,6 МПа.

Приклепані фланці в хімічній апаратурі зустрічаються рідко інколи їх частіше використовують в мідній апаратурі, значно рідше – в стальній.

Фланці на розвальцюванні та різьбі широкого розповсюдження не отримали оскільки існують більш надійні і дешеві види фланців, а фланці на розвальцюванні схильні до втрати щільності.

Слід зазначити, що крім перерахованих головних типів, існує велика кількість спеціальних типів фланців.

обтюрація

Для характеристики різновидів конструкцій ущільнень фланцевих з'єднань хімічної апаратури ынколи використовують терміни «обтюрація». Наприклад:

- ущільнення поміж корпусом і кришкою забезпечується за допомогою пластичного неметалевого обтюратора, розміщеного поміж ущільнювальними поверхнями типу шип – паз;

- ущільнення виконане за допомогою прижиму стального обтюратора, розміщеного поміж конічними поверхнями.

Герметичність фланцевого з'єднання в більшості випадків забезпечується стисканням певним зусиллям поверхонь, що ущільнюються, поміж якими знаходиться прокладка із більш м’якого матеріалу. В практиці конструювання має місце також обтюрація, яка забезпечує ущільнення шляхом безпосереднього стискання поверхонь, що ущільнюються, тобто прокладка, як така, відсутня.

Початкове зусилля стискання поверхонь, що ущільнюються, забезпечується болтами або шпильками.

В залежності від напрямку дії тиску середовища розрізняють обтюрацію без самоущільнення (коли сила стискання поверхонь, що

ущільнюються, при дії робочого тиску зменшується) і обтюрацію з самоущільненням (коли сила стискання поверхонь, що ущільнюються, при дії робочого тиску збільшується).

Обтюрація з самоущільненням є більш раціональною, оскільки потребує меншого зусилля при початковому стисканні, однак, в хімічному апаратобудуванні частіше використовують обтюрацію без самоущільнення, що пояснюється складністю конструктивного оформлення фланцевих з'єднань, що забезпечують самоущільнення. Слід зазначити, що в апаратах, які працюють під вакуумом, звичайне фланцеве з'єднання являє собою обтюрацію з самоущільненням.