Соединение узлов и деталей с помощью фланцев является разъемным, относится к числу самых надежных. Широко используется в промышленности и коммунальном хозяйстве, в том числе при подключении насосного оборудования к трубопроводам или рукавам высокого давления.
Устройство соединения
Фланец представляет собой плоскую пластину с большим отверстием по центру и несколькими малыми по краям под крепеж. Большое отверстие предназначено для монтажа детали на впускной и выпускной патрубок насоса. Способ монтажа – резьбовое соединение или сварка.
Фланцы используют попарно. Ответный фланец расположен на конце подсоединяемого трубопровода. Малые отверстия обеих деталей совмещают, устанавливают крепежные болты или шпильки, затем затягивают гайкой.
Насос с фланцевым соединением
Предварительно между фланцами ставят подходящую уплотнительную прокладку, не допуская смещений. Материал прокладки подбирают в соответствии с температурой и составом рабочей среды. В перечне вариантов металл, резина, пластик, комбинированный материал.
При разборке и последующей сборке соединения прокладку обязательно заменяют, даже если она еще не пришла в негодность. Смену прокладок выполняют после разгонки соединений с помощью разгонщика фланцев, для центровки используют выравниватели.
В качестве альтернативного варианта уплотнения выступает анаэробный гель-герметик. Гель наносят на сопрягаемые поверхности фланцев, при этом герметик скрывает дефекты поверхности и покрывает герметизируемую площадь равномерным слоем.
Применение геля-герметика сокращает время сборки соединения в 2–3 раза. Анаэробный герметик обеспечивает герметичность соединения, устойчив к перепадам температуры и давления, безопасен для питьевой воды.
Фланцы у отдельных образцов насосного оборудования имеют выводы для подключения манометров или контрольных датчиков.
Требования к соединению
В отношении правил монтажа и эксплуатации фланцев у насосов мало отличий, требования стандартны. Основные пункты требований:
- Соответствие изделий ГОСТ Р 54432 —2011, ГОСТ 33259-2015, стандарту DIN Немецкого института по стандартизации, американскому стандарту ANSI/ASME, иным действующим стандартам
- Обладание необходимым запасом прочности и защищенность от коррозии, чтобы выдержать давление и агрессивное воздействие рабочей среды в трубопроводной системе
- Подходящий тип исполнения уплотнительной поверхности под установку прокладки
Встречаются ситуации, когда к соединению предъявляют дополнительные требования. Например, фланец нефтяного баррельного насоса по распространенному стандарту API Американского института нефти должен выдерживать двойные нагрузки по сравнению с рабочими. Соблюдение данного условия гарантирует максимум надежности и безопасности.
В соответствии с правилами безопасной эксплуатации насос после монтажа проходит проверку готовности к работе. Оборудование испытывают на гидравлическом стенде, и если в соединении появляется течь или болты дают трещины, то эксплуатация запрещается. Агрегаты, устанавливаемые на ответственных участках трубопровода, могут проходить исследования ультразвуком.
Гидравлический стенд для испытаний насосного оборудования
В период эксплуатации крепеж фланцев периодически подтягивают, чтобы избежать снижения герметичности.
Преимущества фланцевого соединения
Безальтернативный вариант крепления. Фланцевое соединение используют в тех условиях, когда все остальные способы по какой-либо причине не годятся. Так, сварка по причине небезопасности неприемлема в огне- или взрывоопасных условиях. Фитинги рассчитаны на более низкое давление и не обеспечивают нужного уровня герметичности или же устанавливаются неразборным способом. Последний пункт также относится к клеевому соединению.
Легкое и быстрое техническое обслуживание оборудования. При поломке болтовое крепление упрощает разбор соединения. Быстрая замена вышедшего из строя оборудования или пришедших в негодность запчастей позволяет не прерывать надолго процесс производства.
Устойчивость к резкому повышению динамической нагрузки. Такая ситуация возникает на краткий период времени, но регулярно, при гидроударе в момент включения и отключения оборудования.
Удобство сборки в ограниченном пространстве. Если в помещении буквально негде повернуться, фланцевое соединение имеет заметное преимущество перед резьбовым или сваркой.
Где применяют насосы с фланцевым соединением
Разнообразие материалов, из которых изготавливают фланцы, дает возможность использовать фланцевое соединение при перекачке почти любой агрессивной рабочей среды или в крайне тяжелых внешних условиях.
Насосы с таким соединением незаменимы при эксплуатации трубопроводов большого диаметра, работающих в условиях высоких температур или под сильным давлением. В трубопроводах малого диаметра применение оборудования с фланцами неоправданно, так как резьбовое соединение дешевле и отвечает требованиям безопасности и надежности.
Циркуляционные насосы с фланцевым соединением используются для кругооборота жидкости в замкнутой системе – контурах отопления или горячего водоснабжения, бассейнах, искусственных водоемах, при организации мойки или полива. Нередко устанавливаются в системах вентиляции и кондиционирования.
Химический насос с магнитной муфтой и фланцевым соединением
Оборудование шестеренного типа с фланцами применяют в смазочных системах машин и механизмов, в гидравлических приводах, при перекачке темных и светлых нефтепродуктов.
Корпус полупогружных насосов для перекачки чистой воды, фекальных масс, жидкостей с твёрдыми включениями и строительных шламов соединяется с погружной колонной с помощью фланцев. Такое соединение позволяет более точно выполнить центровку оборудования, ускоряет сборку-разборку.
Приведенные примеры лишь частично описывают возможные направления использования насосов с фланцами, на самом деле сфера применения подобного оборудования гораздо шире.
Характеристики фланцев
Форма фланца – чаще круглая, реже квадратная или прямоугольная.
Расположение фланца:
- Прямое
- Под углом 90°
Количество болтов соответствует числу отверстий, а размер крепежа зависит от класса давления и типа фланца.
Классификация по способу установки на насос:
- С наружной резьбой на шейке
- С внутренней резьбой на центральном отверстии
- Со штуцером под приварку
Тип резьбы – дюймовая или метрическая.
Выбор материала определяется внешними условиями и характеристиками рабочей среды. Как правило, фланец и проточную часть оборудования изготавливают из одного и того же материала. Иногда на внутреннюю поверхность наносят покрытие, отличающееся от материала самой детали. Такие фланцы называют футерованными.
Из каких материалов выпускают фланцы:
- Чугун
- Сталь – углеродистая, нержавеющая, легированная
- Цветные металлы (алюминий, латунь, бронза)
- Пластик
- Композитные материалы
От исполнения фланцевой поверхности зависит форма и расположение уплотнительной прокладки, а также уровень герметичности соединения.
Типы исполнения поверхности:
- Плоскость. Наиболее простое исполнение, не слишком высокая герметичность. Прокладка кольцевая или плоская по всей поверхности.
- С соединительным выступом. Позволяет при затяжке сконцентрировать давление на меньшем участке. Прокладка обычно кольцевая, ставится между двумя выступами.
- С шипом. Имеется выступающее кольцо. Исполнение рассчитано на высокое давление, перекачку агрессивных материалов, гарантирует высокую надежность стыковки. Возможна установка прокладки из фторопласта.
- С пазом. Сделана кольцевая выборка. Ответная деталь для исполнения с шипом, характеристики аналогичны. Возможна установка прокладки из фторопласта. Может стыковаться с плоской поверхностью.
- С выступом. Соединение обеспечивает соосность насоса с трубопроводом.
- С впадиной. Стыкуют с ответным фланцем с выступом.
- Под овальную или восьмиугольную прокладку. Металлическая прокладка располагается в прорезанной канавке. Мягкий материал уплотнителя при затяжке проникает в более жесткую фланцевую поверхность, качество уплотнения возрастает. Пригодно для высоких температур и давления.
- Под линзовую прокладку. Центральное отверстие выполнено с внутренней фаской, имеет конусообразный вид.
При обработке поверхность оставляют шероховатой, чтобы после установки прокладки получить уплотнение высокого качества. Гладкие поверхности, как правило, используют для металлических прокладок.
Фланцы поставляются в комплекте с насосом или отдельно. Типоразмеры фланцев и агрегата по давлению должны совпадать.
Возможные неисправности
Чрезмерные нагрузки приводят к напряженному состоянию в передающих усилия деталях оборудования, возникают деформации. К числу особо напряженных деталей относятся фланцы патрубков.
Так, по статистике наибольшее количество отказов погружных электроцентробежных насосов происходит из-за аварий во фланцевых соединениях. Причины аварий связаны с усталостным разрушением под действием знакопеременных нагрузок от работающего оборудования.
Допустимые нагрузки на патрубки указаны в стандартах ISO 9905:1994, ISO 5199:2002, API 610 / ISO 13709:2009.
Применение вибровставок
Вибровставка – приспособление с фланцевым креплением. Ставится в месте присоединения насоса к трубопроводу, допускает угловое и продольное смещение конца трубопровода, эффективно предупреждает возникновение неисправностей.
Насосы с вибровставками
Положительные последствия установки:
- Защита оборудования от механических разрушений
- Гашение вибрации
- Снижение уровня шума
- Гальваническая развязка (электроизоляция) трубопровода
- Предотвращение разрушения корпуса и креплений из-за повисания оборудования на фланцах при установке на виброопорах
- Предохранение от последствий подвижек почвы в сейсмоопасных районах
Вибровставка устанавливается в системах холодного и горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования, трубопроводах для перекачки кислот, щелочей, спиртов, солевых растворов, сыпучих продуктов.
Проточная часть изготовлена из жаростойкой резины EPDM или NBR, армированной нейлоном, на обоих концах расположены фланцы. Для перекачки углеводородов резиновая вибровставка не годится.
Виды предотвращаемых деформаций:
- Вибрация
- Растяжение
- Сжатие
- Осевое смещение (сдвиг)
- Угловое смещение (изгиб)
Вибровставки нельзя использовать для компенсации изначально допущенных неточностей при монтаже трубопровода, приведших к смещению фланцев по центру. Предварительное сжатие, растяжение или скручивание резиновой части при установке также не допускается.
Фланцевое подключение механизмов к насосу
Данные соединения стоят особняком, предназначены для неподвижной соосной фиксации валов насоса и подключаемого механизма, передают крутящий момент. Положения, касающиеся трубопроводов, сюда не относятся.
Соединение электродвигатель-насос
Глухая фланцевая муфта. Простой и надежный способ стыковки валов насоса и двигателя, применяется на электромоторах большой мощности. Непременное требование – безупречная соосность валов. Даже небольшое расхождение осей ведет к возникновению ощутимой вибрации, быстрой изнашиваемости деталей, поломкам.
Глухая фланцевая муфта состоит из двух полумуфт. Полумуфты насаживаются на концы валов, фиксируются шпонкой, потом фланцы стягиваются друг с другом крепежными болтами.
Пример модели глухой муфты с прорезью под шпонку
Компенсирующая втулочно-пальцевая муфта. Конструктивно похожа на глухую, однако полумуфты прижимаются неплотно, а на соединительные пальцы одной из них надеты упругие прокладки.
Применяется для частичного погашения вибрации и продления рабочего ресурса подшипников валов, значительно увеличивает срок службы электродвигателей и насосов.
Категории фланцев двигатель-насос по типоразмеру:
- Для 1 группы оборудования
- Для 2 группы оборудования
- Для 3 группы оборудования
По каждой из групп существует еще несколько типоразмеров в зависимости от мощности электродвигателя.
Соединение карданный вал-гидравлический насос
Подключение оборудования к карданному валу производится при установке крана-манипулятора на базу автомобиля. Через фланцевое соединение передается крутящий момент от карданного вала, приводимого в движение коробкой отбора мощности, к гидронасосу.
Внутренние шлицы фланца при монтаже совмещаются с внешними шлицами вала насоса. Такой способ крепления предотвращает произвольное проворачивание фланца на валу.
