Плоские и воротниковые фланцы соединяют детали трубопроводов между собой. Изделия применяют в локальных и пространственных системах: для подачи автомобильного топлива в ДВС, при монтаже производственных линий в нефтяной, химической, машиностроительной, энергетической отрасли.
Трубопроводную арматуру используют коммунальные предприятия для транспортировки энергоносителей (бытового газа, горячей и холодной воды). Кольца устанавливают в коммуникациях, которые отводят канализационные стоки.
На производстве арматуру присоединяют к рабочему оборудованию, контрольно-измерительным приборам, блокам управления. Переходные детали служат для подключения пневматических и гидравлических машин, насосов, валов, резервуаров, труб.
Кольца относят к трубопроводной арматуре, наряду с заглушками, фитингами, затворами, кранами, переходниками, прокладками. Изделия соединяют звенья технологической цепи, изменяют направление и скорость потока, создают ремонтопригодные (разъемные) соединения.
Детали трубопроводных систем разработаны на основе единых стандартов. Изделия классифицируют по размерам посадочных мест, материалам, способам монтажа, технологии производства и условиям эксплуатации.
Отличия воротниковых и плоских фланцев
Элементы трубопроводной системы разнятся конструкцией (расположением в пространстве), пограничными параметрами, характером распределения нагрузки, способами соединения, требованиями в регламентирующих документах.
ТУ, варианты конструкций и характеристики воротниковых и плоских фланцев перечислены в стандартах.
| Трубопроводные элементы | Условия применения | Регламентирующий документ |
| Тип | Уточнение | Условное давление в системе, Pу, кгс/см2 | Температурный режим (в зависимости от марки стали) | Номер | Примечание |
| Воротниковый | Приварной встык | 1-20 | от -253 до +600 0C | 12821-80 | Как национальный стандарт не действует |
| Плоский | Приварной | 1-25 | от -70 до +450 0C | 12820-80 |
| Фланцы арматуры | Размеры уплотнительных поверхностей | 1-20 | - | 12815-80 |
| Воротниковые и плоские фланцы | Общие положения | ≤ 25 | от -253 до +600 0C | 33259-2015 | Действующий |
Конструкция плоских элементов понятна из названия. Это стальные диски с параллельными плоскостями. Деталь насаживают на трубу. По краям прокладывают кольцевые сварные швы. Процесс занимает мало времени.
В отличие от плоских изделий, у воротниковых колец над основанием возвышается конусный выступ. Пьедестал называют «шеей», «юбкой», «воротником».
Один конец воротникового фланца приваривают к сопрягаемой детали (встык с трубой, в кольцо). Когда проводят ремонт, используют газовый резак или болгарку. Противоположный торец служит для создания разъемного соединения. Совмещают основания двух трубопроводных компонентов, продевают в отверстия крепеж, закручивают. Для профилактики шпильки или гайки демонтируют.
Достоинство воротниковых шайб — перераспределение напряжения в местах стыка. Плоские кольца не берут на себя часть усилий. Когда фланцы насаживают на трубу и подают рабочую среду, сопрягаемые участки подвергаются повышенному износу.
Регламент № 33259-2015 распределяет конструкции по типам.
| Название | Модификации | Тип |
| Название группы | Особенность |
| Плоский | Приварной | - | 01 |
| Свободные | На приварном кольце | 0,2 |
| На отбортовке | 0,3 |
| На хомуте под приварку | 0,4 |
| Воротниковый | Приварной встык | - | 11 |
| Литые (корпусов арматуры) | Стальные | 21 |
| Из серого чугуна |
| Из ковкого чугуна |
Основное преимущество плоских стальных колец — быстрый монтаж и низкая стоимость. Установка воротниковых фланцев требует больше времени. Достоинство объемной арматуры — надежность, работа в широком диапазоне давлений.
Сравнение применения воротникового (тип 01) и плоского (11) фланца при разных напорах (РN). В строках указаны численные значения максимального и минимального условного прохода (DN).
| Тип | PN1 | PN2.5 | PN6 | PN10 | PN16 | PN25 | PN40 | PN63 | PN100 | PN160 | PN200 | PN250 |
| 01 | 10-2400 | 10-2400 | 10-2000 | 10-1600 | 10-1200 | 10-800 | - | - | - | - | - | - |
| 11 | 10-1600 | 10-4000 | 10-3600 | 10-3000 | 10-2000 | 10-2000 | 10-1600 | 10-1200 | 10-500 | 10-400 | 15-250 | 10-250 |
Сходства плоских и воротниковых фланцев
В стандарте указан один список для выбора материала. Элементы изготавливают из серого и ковкого чугуна, а также нержавейки, сплавов обыкновенного качества, легированных составов. Выбор марки зависит от условий эксплуатации и бюджета.
Вся трубопроводная арматура имеет сходства:
- назначение: работа при определенном давлении, температуре, нагрузках, характеристиках среды;
- форма основания: квадратная или круглая;
- конфигурация опорной поверхности: с пазом, выступом, другие варианты;
- способ установки и демонтажа;
- комплектацию.
Соединительные изделия используют в промышленных трубопроводах и системах многоцелевого назначения. Максимальная величина номинального давления магистрали — 250 кгс/см2.
Плоские и воротниковые фланцы похожи конфигурацией. В середине диска находится проход. На равном расстоянии от центра расположены крепежные отверстия. Для соединения сопрягаемых компонентов используют шпильки, гайки, болты.
Производители поставляют компоненты систем комплектами: насаженные на трубы, в паре с контрфланцем («папа»-«мама»), с фланцевой заглушкой: деталь закрывает проходное отверстие во время ремонта. КОФ имеет одинаковые присоединительные поверхности, прокладки, крепеж.
Для изготовления арматуры используют прокат круглой или квадратной формы. В зависимости от вида, получают разные основания. Выбор формы зависит от удобства монтажа и величины напора. Стандарт рекомендует применять изделия квадратных форм с 4 крепежными отверстиями для магистралей, которые пропускают поток номинальным давлением — не более 40 кгс/см2.
Чтобы усилить прочность стыка, воротниковые и плоские фланцы изготавливают с типовыми уплотнительными поверхностями. Между основаниями сопрягаемых изделий укладывают резиновые, паронитовые, графитовые, спирально-навитые, металлические, или волновые уплотнители. При выборе товара учитывают требования к технологическому процессу, цену, свойства рабочей среды (жидкости или газа).
В стандарте показаны 10 конфигураций уплотнительных поверхностей для воротниковых и плоских фланцев. Буква напротив строки указывает на тип исполнения. В списке значатся уплотнительные поверхности:
- плоскость — «A»;
- соединительный выступ — «B»;
- паз — «D» и «M»;
- шип — «C» и «L»;
- впадина — «F»;
- выступ — «E»;
- под линзовую прокладку — «K»;
- под овальный вкладыш — «J».
Самая низкая стоимость — у плоских деталей типа «А».
Краткое сравнение воротниковых и плоских фланцев
Перед покупкой отдел планирования анализируют несколько вариантов трубопроводной арматуры, В диапазоне PN1-PN25 воротниковые и плоские фланцы используют в сходных условиях.
Упрощенными конструкциями комплектуют стандартные производственные процессы. Для покупателя главное — сэкономить время на ремонтах и частых переналадках. Технологические требования отвечают условиям:
- низкий напор (до PN25);
- неагрессивная рабочая среда;
Воротниковые фланцы выбирают заказчики, которым важна стабильность производственного процесса. Арматура выдерживает повышенные нагрузки. В диапазоне PN40-PN250 воротниковым фланцам нет альтернативы. Сложности создают факторы:
- высокое давление рабочей среды и динамические нагрузки;
- изгибающие усилия;
- чрезмерно низкая или высокая температура;
- рабочая среда с химически активными веществами;
- окружающая обстановка, вызывающая коррозию металла.
При организации производства покупатели воротниковых фланцев вкладывают большую сумму, но экономят на ремонтах.
Такими аргументами руководствуются потребители, когда выбирают детали для трубопроводных систем.
