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/см 2 , 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 р у не выше 40 кгс/см 2 . 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/см 2) 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 р у = 64 кгс/см 2 , 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.

Одним из главных вопросов при выборе трубопроводной арматуры является тип её присоединения к системе. Обычно уже существующая трубопроводная система сама диктует нам, какой тип соединения выбрать. Но если перед вами встала задача проектирования такой системы, то важно знать все возможные типы присоединения трубопроводной арматуры к системе, чтобы подобрать идеальный в ваших условиях вариант. Из нашей статьи вы узнаете обо всех видах, их плюсах и минусах, будете лучше ориентироваться в видах соединений. Начнём мы с самых популярных.

Фланцевое присоединение

Это соединение с помощью двух металлических пластин, прилегающих друг к другу. В пластинах есть отверстия, через которые проходят болты или шпильки, и затягиваются гайками с другой стороны, прижимая таким образом фланцы друг к другу. Для большей надёжности и герметичности соединения на пластинах делают выступы, пазы и т.д., а между металлическими пластинами устанавливают прокладки. Чаще всего пластины имеют округлую форму, но это не обязательно. Изредка можно встретить и квадратные фланцы, прямоугольные или с трёмя углами, но их изготовление дороже. Применяются такие формы фланцев лишь при острой необходимости, например если того требуют ограничения пространства. Используется на промышленных трубопроводах диаметром от ДУ 50 мм.

Произошло слово “фланец” от немецкого flansch, означающего то же самое, что и в русском языке – плоскую пластину из металла с отверстиями.

Фланцевое соединение – одно из самых популярных соединений в трубопроводной арматуре. Для изготовления фланцев применяют чаще всего чугун – серый или ковкий, а также сталь различных сортов. Серый чугун – наиболее недорогое решение, но ковкий чугун, как правило, выдерживает большее давление и спектр температур. Ещё более дорогое и стойкое решение – это литые фланцы из стали. Но при этом сталь больше подвержена пластическим деформациям, чем хрупкий, но отлично держащий форму чугун.

Видео: установка фланцевого шарового крана LD на трубу с помощью

Достоинства фланцевого соединения трубопроводной арматуры

• Прочное, надёжное соединение.
• Выдерживает высокое давление.
• Высокая герметичность. Но зависит от использованных уплотнителей.
• Можно монтировать и демонтировать многократно.

Недостатки

• Большие габаритные размеры фланцевого соединения. Большая масса.
• Большой расход металла и трудоёмкость производства, а следовательно и цена.
• Болты, прижимающие фланцы друг к другу, периодически нужно подтягивать для обеспечения должной герметичности. Особенно это важно в системах, где труба подвергается вибрациям (решается установкой перед фланцевым соединением) или перепадам температур.

Резьбовое, муфтовое соединение

Тоже одно из самых популярных видов присоединений, но для трубопроводных систем небольшого диаметра (обычно до ДУ 50) и небольших давлений (до 1,6 МПа). Очень часто встречается в бытовой трубопроводной арматуре, например для . Суть его проста: труба имеет резьбу и арматура имеет резьбу, последняя накручивается на первую.

На трубе можно нарезать резьбу с помощью специальных инструментов, если её нет и ранее оборудование не устанавливалось. Резьбовая трубопроводная арматура с одного конца выполняется в виде шестигранника для хвата разводным ключом и навинчивания арматуры на резьбу трубы.

Видео: как нарезать резьбу на металлической трубе и установить резьбовой шаровой кран

Бывают различные варианты исполнения резьбовых соединений: внутренняя или внешняя резьба. Арматура может иметь с одной стороны внутреннюю резьбу, а с другой – внешнюю, либо одинаковый тип с обоих сторон. А также есть различные стандарты резьбы, например ISO 228/1 или DIN 2999. Нужно учитывать это при выборе.

Слово “муфта” произошло от голландского слова mouw, означающего “рукав”.

Для обеспечения герметичности резьбовых типов соединений в них используют дополнительные уплотнители – специальные ленты ФУМ, льняную нить, а также особо густых смазок поверх них. Всё это наносится на внешнюю резьбу.

Штуцерное соединение

Это подвид резьбового соединения, который применяется на кранах крохотных размеров – до ДУ 5. При присоединении арматура с резьбой подтягивается к резьбе на трубе накидной гайкой. Используется для труб узкого назначения, например лабораторных. Также используется для вживления в трубопроводы различных измерительных устройств.

Достоинства резьбовых соединений трубопровдной арматуры

• Низкая цена.
• Не требуют дополнительных деталей для установки, как, например, фланцевый тип.
• Просто устанавливать, ещё проще заменить.

Недостатки

• Непригодны для высоких давлений.
• Чем больше диаметр, тем больше усилий нужно приложить, чтобы накрутить арматуру на резьбу с уплотнителем.

Приварное соединение

Если концы трубопроводной арматуры выглядят просто как трубы без каких-либо дополнений, то они присоединяются к системе с помощью сварки. Это самое надёжное и герметичное соединение, грамотно выполнив которое, можно получить абсолютное структурное соответствие материалов. Приварив задвижку или кран к трубе, вам не придётся подтягивать болты, как при фланцевом соединении, к тому же стоимость и вес такой арматуры будет значительно меньше.

Такой тип соединений можно часто встретить на трубопроводных системах, транспортирующих опасные для здоровья жидкости и газы, где нельзя допускать малейших утечек и необходима абсолютная герметичность. Для приварного соединения характерно высказывание “поставил и забыл”. Главное – качественно соединить трубу с арматурой, чтобы место сварки не было слабее, чем стенка трубы.

Концы труб необходимо подготавливать перед сваркой, причём каждый металл подготавливается по-своему. Предлагаем вам видео с самым простым способом сварки.

Достоинства приварного соединения

• Абсолютная герметичность при правильном выполнении процедуры приварки.
• Низкая стоимость арматуры.
• Малый вес.
• Небольшой размер, соединение не занимает много места в пространстве.

Недостатки

• Нужен квалифицированный персонал, что увеличивает итоговую стоимость установки такой арматуры.
• Трудоёмкий процесс демонтажа, такие задвижки или краны нужно устанавливать один раз и навсегда.

Кламповое быстросъёмное соединение (Tri-Clamp)

Современное быстросъемное соединение для трубопроводной арматуры, применяемое в основном в пищевой промышленности, фармакологии и других отраслях, где важна стерильность, чистота. Ведь этот тип присоединения позволяет регулярно снимать и чистить, дезинфицировать оборудование, установленное этим креплением.

Кламповое соединение состоит из двух штуцеров, уплотнителя и хомута. Хомут прижимает два штуцера к уплотнителю и друг к другу, в результате чего образуется герметичное соединение. Что представляет из себя такой зажим, мы предлагаем вам изучить по видео.

Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка вместе с самим фланцем, а не было присвоено на основании каких-то аналогий. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками). Привычнее, когда эта пластина круглая, но одним диском форма фланцев не ограничивается. Используются, например, квадратные и треугольные фланцы. Но круглые изготовить легче, поэтому применение прямоугольных или треугольных фланцев можно оправдать действительно весомыми причинами.

Материал, типы и особенности конструкции фланцев определяются условным диаметром, давлением рабочей среды и целым рядом других факторов.

Для изготовления фланцев трубопроводной арматуры используют серый и ковкий чугун, разные сорта стали.

Фланцы из ковкого чугуна рассчитаны на более высокое давление и широкий диапазон температур, чем фланцы, сделанные из серого чугуна. Еще более стойкими к воздействию этих факторов являются литые стальные фланцы. Стальные приварные, столь же легко перенося высокие температуры, уступают литым фланцам в максимально допустимом давлении.

Особенностями конструкции фланцев может быть наличие выступов, фасок, шипов, кольцевых выборок и т. д.

Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа. Соблазн добавить к существительному «монтаж» прилагательное «легкий» несколько убавляется, если вспомнить о том, сколько болтов потребуется открутить и закрутить при разборке и стыковке фланцев больших диаметров (фланцевые соединения обычно используют при диаметре труб от 50 мм). Хотя и в этом случае трудоемкость монтажных работ не выйдет за пределы разумного.

Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений. Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.

Нельзя сбрасывать со счетов деформации. Причем фланцы, выполненные из разных материалов, подвержены им в неодинаковой степени, поэтому материал, из которого он сделан, является важнейшим параметром фланца. Так, пластичные стальные фланцы деформируются легче, чем выполненные из более хрупкого, но при этом гораздо лучше держащего форму чугуна.

Недостатки фланцевой арматуры являются продолжением ее достоинств. Высокая прочность оборачивается значительными габаритными размерами и массой, которые, в свою очередь, означают повышенный расход металла (при изготовлении фланцев крупных размеров приходится использовать толстый металлический лист или круглые профили большого диаметра) и трудоемкость производства.

Арматура под приварку

К приварке арматуры прибегают, когда надежность и герметичность других видов соединений признается неудовлетворительной. Особенно востребована сварка при устройстве трубопроводных систем, в которых рабочей средой являются токсичные, ядовитые или радиоактивные жидкости и газы. В этом случае сварочное соединение, при правильном исполнении обеспечивающее 100-процентнуюгерметичность, может оказаться оптимальным, а зачастую и единственно приемлемым решением. Важно только, чтобы такой участок системы не нуждался в частом демонтаже оборудования, выполнение которого всякий раз будет приводить к полному разрушению сварных соединений.

Благодаря сварке, объединяющей фрагменты трубопроводной системы в единое целое, удается обеспечить гармонию, или, говоря техническим языком, структурное соответствие между всеми ее элементами ─ трубами и трубопроводной арматурой. Главное, чтобы из-за различий механических свойств сварного соединения и других составляющих трубопроводной системы оно не стало ее слабым звеном.

Присоединительные концы арматуры подготавливают под приварку, выравнивая и зашлифовывая поверхность свариваемых фрагментов, снимая требуемые фаски.

Сварные соединения могут быть выполнены в раструб и встык. В первом случае сварочный шов располагается на внешней стороне трубы. Такой вариант обычно используется для стальной арматуры сравнительно небольшого диаметра, монтируемой в трубопроводах, работающих при высоком давлении и температуре рабочей среды.

Во втором случае соединение может дополняться подкладным кольцом, исключающим перекос соединяемых деталей. Именно такие, отличающиеся надежностью и абсолютной герметичностью соединения используются при монтаже трубопроводных систем опасных производственных объектов, например, энергоблоков атомных электростанций.

Важными достоинствами сварных соединений, особенно по сравнению с фланцевыми, являются минимальный вес, компактность и экономия пространства.

Арматура муфтовая

Одним из наиболее распространенных в технике является муфтовое соединение арматуры.

Его применяют для различных типов арматуры малого и среднего диаметра, работающих при низких и средних давлениях, корпус которых изготовлен из чугуна или сплавов цветных металлов. Если давление высокое, то предпочтительнее использовать цапковую арматуру.

В присоединительных патрубках муфтовой арматуры резьба находится с внутренней стороны. Как правило, это трубная резьба ─ дюймовая резьба с мелким шагом. Ее формируют различными способами ─ накаткой, нарезкой, штамповкой. Важно, что при мелком шаге резьбы высота зубьев не зависит от диаметра трубопровода.

Снаружи присоединительные концы оформляют в виде шестигранника, чтобы было удобно пользоваться ключом.

Слово «муфта» пришло в русский язык из немецкого, а, возможно, из голландского языка, где mouw означает рукав. Муфта, как и клапан, - пример того, как портняжное дело и производство трубопроводной арматуры используют каждый в своей специальной терминологии одинаковые по звучанию, но несущие разную смысловую нагрузку слова. В технике муфтой называют не рукав, а короткую металлическую трубку, обеспечивающую соединения цилиндрических частей машин.

Мелкая резьба муфтового соединения плюс использование специальных вязких смазок, льняных прядей или фторопластового уплотнительного материала (ленты ФУМ) гарантируют его высокую герметичность. Муфтовое соединение не требует использования дополнительных крепежных деталей (например, болтов или шпилек, как во фланцевом соединении). Но нельзя не учитывать, что наворачивание муфты на резьбу с уплотнением требует немалых усилий, тем больших, чем больше диаметр трубопровода.

Штуцерная арматура

Немецкое происхождение термина «штуцер» от глагола stutzen (подрезать, нарезать) выдает даже его звучание. Так из-за наличия нарезного ствола именовали использовавшиеся для вооружения армий вплоть до XIX столетия мушкеты. В современной технике это существительное применяется для определения короткого отрезка трубы (другими словами ─ втулки) с резьбой на обоих концах, служащего для присоединения труб и трубопроводной арматуры к агрегатам, установкам и резервуарам. В штуцерном соединении присоединительный конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого (с номинальным диаметром до 5,0 мм) диаметров. Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом. С помощью штуцерного соединения в трубопроводные сети «вживляются» различные контрольно-измерительные приборы (КИП), монтируются испарители, термостаты, многие виды оборудования, входящие в состав технологических линий химического производства.

Цапковая арматура

Термин «цапковое соединение» вошел в широкий обиход в конце XIX столетия. Его главные атрибуты для трубопроводной арматуры ─ присоединительные патрубки с наружной резьбой и наличия буртика. Конец трубопровода с буртиком накидной гайкой прижимается к торцу патрубка арматуры.

Цапковое соединение используется для арматуры высокого давления небольших размеров, в частности, приборов КИП. Оно эффективно при ввинчивании арматуры в корпус сосудов, аппаратов, установок или машин. Его герметичность обеспечивается наличием прокладок и специальными смазками.

Примером цапкового соединения может служить подсоединение пожарного рукава к пожарному гидранту.

Всем резьбовым соединениям свойственны такие достоинства как минимальное количество присоединительных элементов, малая металлоемкость и, соответственно, небольшая масса, технологичность. Эффективный монтаж резьбовых соединений требует совпадения внутренней и наружной резьбы, использование мягких или вязких материалов для уплотнения. Но при этом следует учитывать, что нарезка резьбы уменьшает толщину стенки трубы, поэтому такой тип соединения плохо подходит для тонкостенных труб.

Кроме перечисленных существуют и другие способы присоединения арматуры. Так, в трубопроводных системах могут применяться дюритовые соединения. Это соединения посредством цилиндрических муфт, состоящих из нескольких слоев прорезиненной ткани (говоря простыми словами ─ фрагментов шлангов), надвигаемых на сделанные на патрубках выступы и фиксируемых с помощью металлических хомутов.

Еще один способ присоединения арматуры ─ пайка, которую применяют для медных труб с небольшим диаметром. Конец трубопровода, обработанный припоем, вставляется в выполненную в патрубке проточку.

Функциональные возможности, работоспособность и надежность трубопроводной системы определяется не только параметрами входящей в ее состав арматуры, но и тем, насколько качественно выполнено соединение арматуры, выбору и выполнению которого всегда следует уделять повышенное внимание.