Фланец — вид крепёжной детали¶

Фланец — это плоская деталь круглой, квадратной или иной формы с отверстиями для болтов, привариваемая или привинчиваемая к концу трубы, корпусу аппарата, валу или фланцу другой детали для создания разъёмного соединения. Фланцевые соединения широко применяются в трубопроводах, котельном и сосудном оборудовании, насосах, компрессорах, вентиляции и машиностроении. Термин происходит от немецкого Flansch (также Flansche — «борт, обод»).

¶Происхождение и история

Понятие фланца как отдельного конструктивного элемента оформилось в XIX веке вместе с развитием парового котлостроения и трубопроводного транспорта. С распространением высоких давлений и температур встал вопрос о надёжных разъёмных соединениях труб — сварные швы того времени были недостаточно герметичны и не разбирались для обслуживания. Фланцевое соединение с прокладкой и болтовой стяжкой стало стандартным решением. В России массовое применение фланцев пришлося на период индустриализации 1930-х годов, когда строились нефтеперерабатывающие заводы, ТЭЦ и химические комбинаты.

¶Устройство фланцевого соединения

Классическое фланцевое соединение состоит из двух фланцев, прокладки между ними и крепежа (болтов, шпилек, гаек). Фланцы присоединяются к трубам сваркой, навинчиванием на резьбу, на «шпиговку» (уплотнение конической поверхности) или крепятся на патрубках аппаратов. При затяжке болтов прокладка деформируется и заполняет неровности, обеспечивая герметичность.

¶Классификация

По способу присоединения к трубопроводу фланцы делятся на:

• Сварные — привариваются к торцу трубы встык или внахлёст. Наиболее распространены в России сварные плоские фланцы по ГОСТ 33259-2015 (взамен ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80, ГОСТ 12822-80).
• Накидные (откидные) — надеваются на патрубок с приварным кольцом и прижимаются болтами; применяются там, где требуется быстрая разборка.
• Резьбовые — навинчиваются на наружную резьбу трубы; применяются в малых диаметрах и низких давлениях.
• Шпиговочные — уплотняются конической наружной поверхностью патрубка.

По форме различают круглые, квадратные, прямоугольные и овальные фланцы. По типу поверхности стыка — с плоской (FF), с возвышением (RF), с выступом и впадиной (TG), с соединением «шип-паз» (Tongue and Groove), с ложементом для овальной прокладки (О-ring).

¶Материалы и стандарты

Фланцы изготавливают из углеродистой стали (сталь 20, 09Г2С), нержавеющей стали (12Х18Н10Т, AISI 304/316), чугуна, а также из полимеров (ПВХ, полипропилен, фторопласт) для коррозионно-агрессивных сред. Основные российские стандарты:

Международные аналоги — DIN 2633/2634/2635 (Германия), ANSI/ASME B16.5 (США), EN 1092-1 (Европа). Российские ГОСТы во многом гармонизированы с европейскими стандартами.

¶Основные размеры и параметры

Ключевые параметры фланца — условный проход (Ду, DN), номинальное давление (PN, условное давление Pу), наружный диаметр, диаметр bolt circle (окружности расположения болтов), число и диаметр отверстий под болты, толщина и высота бортика. Например, приварной воротниковый фланец DN100 PN16 по ГОСТ 12821-80 имеет наружный диаметр 220 мм, 8 отверстий под болты М16, диаметр bolt circle 180 мм.

¶Применение

Фланцевые соединения применяются в трубопроводах пара и горячей воды, нефтегазопереработке, химической промышленности, пищевом производстве, водоснабжении и канализации, вентиляции и кондиционировании, судостроении, котлостроении и атомной энергетике. В машиностроении фланцы используются для присоединения подшипниковых узлов, редукторов, кожухов, колёс и валов.

¶Преимущества и недостатки

Преимущества: разборность, возможность замены участков трубопровода и оборудования, ремонтопригодность, широкий диапазон размеров и давлений, стандартизация. Недостатки: увеличение массы и габаритов по сравнению со сварным соединением, риск течи при недостаточной затяжке или повреждении прокладки, необходимость периодического подтягивания болтов, особенно при температурных циклах.

¶Интересные факты

В русском инженерном жаргоне фланцевое соединение иногда называют «фланцевым стыком», а прокладку между фланцами — «фланцевой прокладкой». Стандартные прокладки изготавливают из паронита, резины, фторопласта, а для высоких температур и давлений — из гибкого графита и металлоармированных композиций.

Источники:

• ГОСТ 33259-2015 «Фланцы трубопроводов. Общие технические условия»
• ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12821-80, ГОСТ 12822-80
• Справочник «Трубопроводная арматура и уплотнения», под ред. С.И. Косых
• Справочник химика и технолога, т. 3