Vše o přírubových spojích a upevňovacích prvcích

Spolu se závitovými spoji jsou přírubové spoje jedny z nejběžnějších ve všech oblastech průmyslu, od pokládání procesních potrubí až po montáž raketových motorů.

Potěr ve dvou rovinách umožňuje získat pevné a těsné spojení, kde jsou všechny prvky zatíženy rovnoměrně a jsou schopny odolat značnému zatížení bez deformace, posunutí nebo zničení.

Podívejme se blíže na to, jak jsou přírubové spoje navrhovány a vybírány a co určuje jejich životnost a spolehlivost.

• Příruba pro nejpevnější spoje
• Vlastnosti přírubových spojů
• Сферы применения
• Požadované spojovací prvky
• GOST
• Hrozba nízké kvality

Vlastnosti přírubových spojů

Montáž na příruby je spojení dvou plochých dílů „proti sobě“ a symetrické utažení pomocí závitových spojek po obvodu ve stejné vzdálenosti od středu sestavy. Takové spoje nevyžadují vysokou rozměrovou přesnost a dodatečné operace (svařování, pájení, ohřev, rozšiřování).

Existují dva typy přírub: kontaktní a bezkontaktní. V prvním případě jsou díly spojeny přímo a ve druhém je mezi příruby umístěno těsnění z měkčího materiálu, které vlastní deformací spolehlivě utěsňuje sestavu.

V praxi se kontaktní příruby používají velmi zřídka, protože násilné sevření kovových výrobků jejich rovinami proti sobě vede k zadření a přilnutí, což velmi ztěžuje následnou demontáž. Proto i v mechanismech, kde těsnost není vůbec potřeba, se používají tenké lepenkové těsnění.

Podle tvaru nosných ploch jsou přírubové spoje:

• prsten (kulatý);
• pás (obdélníkový a čtvercový);
• tvarované (dělicí rovina litých pouzder).

Čím složitější je obrys povrchu, na kterém příruba přenáší zatížení na protilehlou část, tím větší množství spojovacích prvků bude potřeba k zajištění rovnoměrného tlaku po celém obvodu.

Klasický návrh přírubového spoje zahrnuje dva upnuté díly, ale v reálných podmínkách je toto pravidlo často porušováno, čímž se sestava rozšiřuje na tři nebo dokonce čtyři součásti. Pozoruhodným příkladem jsou průmyslové výměníky tepla (olejové chladiče, ohřívače páry, rekuperátory), kde jsou příruba skříně, deska svazku trubek a příruba krytu staženy v jeden celek. Velikost „sendviče“ je omezena pouze výškou všech prvků, protože s tím se zvyšuje délka závitových spojovacích prvků a zhoršuje se celková tuhost konstrukce.

Pracovní (přední) konce přírub mohou mít různé tvary podle toho, jaký typ těsnění je mezi nimi umístěn. V obecné praxi existuje několik možností:

• letadlo letadlem;
• výstupek/prohlubeň;
• čep/drážka (pro vysoce penetrující, hořlavá nebo toxická prostředí);
• s kónickým vybráním podél montážního otvoru (pro těsnění čočky);
• s koncovou drážkou (pro oválné těsnění, kroužek nebo šňůru).

Jako těsnění umístěné mezi protipřírubami je obvyklé používat následující:

• karton;
• paronit;
• guma;
• fluoroplast;
• azbest;
• měď;
• mosaz;
• nerez

Může to být buď ploché těsnění, které sleduje tvar kontaktních čelních rovin, nebo šňůra nebo kroužek vložený do koncové drážky. Při působení síly se poddajný materiál deformuje a utěsní spoj, utěsní spoj a eliminuje přímý kontakt mezi konci.

Montáž na příruby může být provedena buď výhradně „okem“ – jednoduchým spojením a instalací spojovacích prvků do průchozích otvorů, nebo s předběžným vystředěním. To je implementováno dvěma způsoby:

• na jedné části je ponechána vyčnívající patka a na druhé části je ponechána prstencová drážka. Oba povrchy jsou zpracovány s přesností kvality 9..10, čímž je dosaženo úhledného lícování s mezerou. Límec zapadne do drážky a pár získá požadovanou prostorovou polohu. Tato možnost je vhodná pro kruhové příruby;
• díly s páskovým nebo tvarovým typem kontaktu jsou sestaveny na dvou čepech umístěných diagonálně vzhledem ke středu sestavy. Jsou zaraženy do přesahového uložení do spodní části a horní část je umístěna s minimální mezerou. Použití dvou čepů eliminuje zkosení nebo posunutí prvků.

Příruby mohou být přivařené (ty se obvykle montují na konce trubek) nebo představují přímou pracovní část dílu (skříň převodovky).

Existují dva typy přivařovacích přírub:

• ploché – vyrobené ve formě disku nebo čtvercové desky. Uprostřed je otvor pro přistání. Výrobek je nasazen na trubku a svařen dvěma T-svary – na zadní straně zvenčí a na přední straně zevnitř;
• límec – část jako duté sklo, na kterém je kulatý nebo čtvercový schod pro umístění montážních otvorů. Výrobek je instalován od konce ke konci trubky a svařen kruhovým švem.

Speciální produktovou kategorií jsou příruby s volnými kroužky. Vypadají jako prsten s vnitřním vybráním, které se opírá ramenem o základní část a při násilném utažení ji táhne s sebou.

Ve více než polovině všech případů jsou upřednostňovány ploché svařované příruby – jejich výroba a montáž je jednodušší. Obojky se používají pro zatížené podmínky. Výrobky na volných kroužcích jsou běžné v konstrukcích hydraulických silových válců – umožňují realizovat významnou upínací sílu s relativně malým zvětšením velikosti.

Moskva nebyla postavena najednou a schválení jakéhokoli přírubového spojení předchází přesný výpočet: na pevnost, odolnost a těsnost (pokud je to nutné). Pro práci s nádobami a přístroji pod tlakem byste se měli řídit metodikou v souladu s GOST R 52857.4-2007. Pro řešení nestandardních problémů může být brána jako základ.

• typ příruby (plochý, límec, volné kroužky);
• druh povrchu pro těsnění;
• maximální přípustný tlak v systému;
• proudové zatížení – vnější a vnitřní;
• vystavení pracovnímu prostředí;
• teplotní režim.

Výchozím bodem pro návrh je průměr otvoru. Právě od této velikosti začíná konstruktivní analýza všech ostatních geometrických komponent.

Pevnostní charakteristiky spoje budou přímo záviset na tloušťce spojovací části – je to šířka límce pro instalaci upevňovacích prvků, která rozlišuje příruby navržené pro stejný průměr otvoru a různé tlaky v systému.

Jednou z klíčových výhod přírubových spojů je relativní snadnost instalace. Podmíněné – protože jeho mechanicky jednoduché provedení v sobě skrývá celý seznam podmínek, jejichž pouze přísné splnění zaručuje pevnost a těsnost sestavy.

Při instalaci na konce trubek, montáži a utahování přírub byste měli dodržovat:

• přísná kolmost nosných rovin k ose potrubí;
• kvalita svarů;
• určitá úhlová poloha otvorů pro upevňovací prvky;
• instalace těsnění bez poškození měkkého materiálu s ostrými hranami nebo nástroji;
• instalace upevňovacích prvků bez zkreslení v průchozích otvorech;
• rovnoměrné a důsledné utažení.

Pokud během provozu bude spojení vystaveno vysokým teplotám a značnému silovému zatížení, je předepsáno dodatečné utahování matic, když se tlak v systému zvyšuje.

Požadovaná utahovací síla spojovacího prvku je dalším povinným prvkem výpočtu. Kritické komponenty se montují výhradně pomocí momentových klíčů, pečlivě sledují točivý moment a zaznamenávají skutečné indikátory do notebooku.

Сферы применения

Oblast použití přírubových spojů je rozdělena nerovnoměrně: podíl kontaktních přírub (bez těsnění) nepřesahuje 15% z celkového objemu konstrukcí, kde inženýři stanovili tento princip párování dílů. Pozoruhodným příkladem je montáž ojnic a výrobků krabicového tvaru karoserie.

Mnohem šířeji jsou zastoupeny bezkontaktní příruby, ohraničené těsněními z těsnících materiálů. Používají se všude tam, kde je alespoň náznak potrubních systémů nebo práce s uzavřenými nádobami pod tlakem a také tam, kde je třeba zabránit slepení dělicích rovin.

• inženýrské sítě a inženýrské sítě;
• potrubní doprava;
• lodní potrubí;
• technologické potrubí v palivovém a energetickém komplexu;
• zařízení pro výměnu tepla;
• zařízení v chemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu;
• mazací a chladicí potrubí průmyslových zařízení;
• zařízení na výrobu a zpracování ropy/plynu;
• dopravní technologické potrubí;
• hydraulické a pneumatické sítě;
• ohřívače vysokých pecí;
• převodovky, kompresory, čerpadla.

Právě pomocí přírubových spojů se připevňují uzavírací, regulační a uzavírací a regulační ventily – škrticí, obtokové, vyrovnávací ventily. Potěr na přírubách umožňuje sestavit modulární konstrukce s možností jejich rychlé výměny v případě poruchy konkrétního prvku.

Zajímavým příkladem jsou také přírubové spojky. Někdy se jim říká příčně konvoluční. Standardní zařízení jsou vyráběna v souladu s GOST 20761-96 a jsou navržena pro přenos točivého momentu od 8 do 40 000 Nm.

Jedná se o jeden z nejuniverzálnějších typů mechanických spojek. Konstrukce obsahuje dvě poloviny spojky zajištěné šrouby. Montážní otvor každého z nich má drážku pro pero pro instalaci na výstupní konec hřídele. Rotace v axiálním směru je přenášena díky tuhé instalaci šroubů z M8 na M24 a v jedné polovině spojky je šroub usazen s minimální vůlí a druhý prochází a je utažen maticí.

Taková tuhá konstrukce eliminuje flexibilní kompenzaci pohybů, deformací a vibrací během instalace a provozu, ale poskytuje vysokou nosnost. Přírubové spojky našly místo v konstrukcích těžkých průmyslových strojů, energetických turbín a mlýnů. Mohou být dokonce použity jako brzdové bubny a řemenice.

Požadované spojovací prvky

Protilehlé příruby mají stejný počet průchozích otvorů umístěných podél jedné dráhy vzhledem ke středu sestavy. Konstrukce může zahrnovat různé typy spojovacích prvků:

• šrouby – pro jednoduché a málo zatížené sestavy pracující v podmínkách do +200°C;
• šrouby – pro ojedinělé případy, kdy jsou celkové rozměry zařízení přísně omezeny a není kam umístit běžné matice (hydraulika a pneumatika);
• svorníky jsou optimální a univerzální možností, vhodnou pro všechna průmyslová odvětví a aplikace;
• sklopné šrouby – pro rychlospojky, kdy je třeba často odstraňovat kryt zařízení;
• hladké čepy – pro centrování složitých sestav;
• šestihranné a křídlové matice;
• pérové ​​podložky (pěstitel).

Čepy mají klíčovou výhodu oproti šroubům a šroubům – jednostupňový tvar profilu. Při zvýšeném ohřevu zatěžují tahová napětí spojovací prvky v menší míře než výrobky s hlavami.

GOST 20700-75 poskytuje speciální sadu upevňovacích prvků speciálně pro přírubové spoje pracující v podmínkách do +650 °C. To zahrnuje svorníky (GOST 9066), podložky (GOST 9065) a matice (GOST 9064). Tato sada závitových dílů je vhodná pro montáž různých potrubí, armatur, přístrojů a přístrojů, kotlů, parních a plynových turbín.

U přírubových spojů s těsněním čočky jsou svorníky instalovány v souladu s GOST 10494. Jsou schopny odolat tlaku až 100 MPa a ohřevu +510°C. A procesní potrubí v jaderných elektrárnách je vybaveno svorníky v souladu s GOST R 54786-2011.

Při výpočtu rozměrů a požadovaného počtu spojovacích prvků vezměte v úvahu:

• výkonové zatížení (systém je posuzován parametrem vnitřního tlaku nebo maximálního točivého momentu);
• vliv teploty;
• schéma rozložení spojovacích prvků (obdélník, kruh, složitý tvar);
• bezpečnostní rozpětí (400..450 %, ne méně než 280 %);
• pevnost v tahu materiálu, ze kterého bude spojovací prvek vyroben.

K vyřešení jakéhokoli technického problému zpravidla stačí rozsah standardního hardwaru. Sjednocení také pomáhá vyhnout se problémům v budoucnu – když během oprav budou muset být závitové části zcela změněny. Ale v některých případech, kdy je nutné zajistit nějaké speciální vlastnosti nebo funkce, budete muset objednat nestandardní spojovací prvky.

GOST

Ve všech oblastech průmyslu se inženýři snaží vybrat přírubový spoj ze standardizovaného sortimentu. To zjednodušuje navrhování a výrobu konstrukcí a v budoucnu i opravy a restaurování.

Při výběru přírub se řiďte následujícími dokumenty:

• GOST 12820 – ploché příruby určené pro tlaky od 0,1 do 2,5 MPa;
• GOST 12821 – límcové příruby určené pro tlaky od 0,1 do 20 MPa;
• GOST 12822 – volné příruby na svařovaném kroužku, určené pro tlaky od 0,1 do 2,5 MPa;
• GOST 9399 – příruby se závitovým montážním otvorem, které vydrží tlaky od 20 do 100 MPa;
• GOST 28759.2 – ploché příruby, určené pro tlaky od 0,3 do 1,6 MPa, v teplotním rozsahu od -70 do +300 ° C;
• GOST 28759.3 – příruby nákružkové, určené pro tlaky od 0,6 do 6,3 MPa, v teplotním rozsahu od -70 do +540 ° C;
• GOST 28759.4 – příruby nákružkové určené pro tlaky od 6,3 do 16 MPa, v teplotním rozsahu od -70 do +540 ° C.

Obecně se konstruktéři a konstruktéři řídí regulačními údaji GOST 12815, které definují typy, provedení a rozměry typických přírub. Tato norma je navržena pro následující parametry:

• tlak v systému – od 0,1 do 20 MPa;
• jmenovitý průměr průchodu potrubí – od 10 do 3000 mm;
• okolní teplota – od -253 do +600 ° С;
• upevňovací prvky (šrouby a čepy) – od M10 do M72.

GOST 12815 lze nazvat univerzální – je použitelný téměř ve všech oblastech průmyslu. Jedinou výjimkou jsou přírubové spoje pro procesní potrubí dopravní a speciální techniky. A GOST 1536 a GOST 4433 se vztahují na součásti lodního potrubí.

K dispozici je také soubor dokumentace pro evropské návrhy:

• DIN EN 1092-1 – pro ocelové výrobky;
• DIN EN 1092-2 – pro výrobky ze šedé a tvárné litiny;
• DIN EN 1092-3 – pro výrobky ze slitin mědi (mosaz a bronz);
• DIN EN 1092-4 – pro příruby z hliníku a hliníkových slitin.

S potrubími a zařízeními vyrobenými v zahraničí se můžete setkat jak v Moskvě, tak v nejvzdálenějších provinciích, takže byste měli používat i evropské normy.

Přes širokou škálu standardizovaných výrobků jsou rozšířena i nestandardní přírubová spojení. Především jsou to dělicí roviny na skříních převodovek a dále čerpací a kompresorové zařízení. Existují obecná doporučení pro návrh takových dílů, ale 70 % návrhu spoje, centrování a upevnění je určeno vlastní vizí konstruktéra.

Hrozba nízké kvality

Přírubový spoj snese značné zatížení díky své vlastní tuhosti a maximální jednoduchosti. Ale to vše bude možné pouze se správným výběrem vysoce kvalitních komponent.

Před objednáním přírub byste měli věnovat čas pečlivé analýze provozních podmínek a výpočtu všech použitelných zatížení. Zkušení konstruktéři mohou zanedbávat podrobný výpočet výkonu každé jednotky na základě standardních produktů GOST a spoléhat se pouze na dva ukazatele: maximální tlak v systému a průměr vrtání potrubí. Musíte také vzít v úvahu materiál a výrobní technologii – kvalita výrobků přímo závisí na nich.

V jednoduchých případech budou stačit oceli jako St3sp, 09G2S nebo 10G2, ale pro vysoké zatížení a teploty budete muset vybrat ocelový výrobek z vážnějších jakostí – 20Х3МВФ, 25Х1МФ, 30ХМА, 38ХА, 45. Potrubí jsou potrubí vybavené díly z nerezové oceli 12H18N9Т, 10Х17Н13М3Т a 06ХН28МДТ. Někdy jsou límcové příruby odlévány z litiny jakosti SCh20 a KCh33-8.

Standardní výrobky jsou vyráběny převážně lisováním. Odlévání se používá velmi zřídka – riziko vzniku skrytých vad v relativně tenké stěně je příliš velké. Pro malosériovou a individuální výrobu lze příruby soustružit z válcovaného materiálu. Někdy, aby se ušetřily obrobky, se výrobky vyrábějí svařované ze dvou součástí: pouzdra (sklo) a opěrného kroužku.

Nekvalitní příruby představují řadu nebezpečí:

• nepřesnost rozměrů znesnadní nebo dokonce znemožní montáž se stávajícím zařízením;
• neudržovaná rovinnost nosných konců způsobí nerovnoměrné rozložení napětí při potěru. Koncentrace zatížení zase povede k předčasnému zničení kovu;
• nedbale opracované těsnící plochy mohou při montáži poškodit pružná těsnění, což zkrátí životnost před výměnou těsnění;
• materiál s nedostatečnou pevností v tahu nevydrží zatížení a začne se deformovat, což nejprve povede k zaseknutí (namísto demontáže bude muset být celá sestava odříznuta) a poté k nouzovému selhání.

Někteří bezohlední výrobci mohou za účelem snížení nákladů změnit materiál výroby, aniž by o tom spotřebitele informovali. Zaměřují se pouze na povrchovou tvrdost kovu jako jedinou mechanickou vlastnost, kterou lze kontrolovat při přejímce hotových výrobků.

Ale tvrdost a pevnost nejsou zdaleka totožné pojmy, i když spolu souvisí. Nesprávná výměna materiálu způsobí, že příruba bude fungovat úplně jinak.

To platí zejména pro vysoce legované nerezové oceli, které reagují odlišně na různá oxidační prostředí s relativně podobnými ukazateli pevnosti. Pokud je přírubové spojení plánováno pro chemickou výrobu, pak přechod z 06HN28МДТ na levnější 12H18Н9Т může být fatální, ačkoli obě slitiny vykazují vysokou odolnost proti korozi.

Kupujte standardizované sériové příruby výhradně od velkých a odpovědných výrobců, kteří jsou připraveni poskytnout podrobné pasy a certifikáty pro své produkty. Náklady na chybu při práci s tlakem – a tam se nejčastěji umísťuje přírubový spoj – mohou být příliš vysoké.