Фланец на свободном кольце — это особый тип фланцевого соединения, разработанный для эксплуатации в условиях высоких давлений и температур, а также для облегчения монтажа и обслуживания, широко используемый в судостроении благодаря своим уникальным преимуществам.

Что такое фланец на свободном кольце?

Это конструкция, состоящая из двух отдельных элементов:

1. Свободное кольцо — собственно, сам фланец, который не приварен к трубе, а свободно надет на нее.

2. Приварная втулка — короткий отрезок трубы, один конец которой приварен к трубе (встык или внахлест), а второй конец имеет форму, соответствующую свободному кольцу (скошен под углом 45° или с буртиком).

Общий вид фланца на свободном кольце показан на рисунке 1.

Рис. 1. Общий вид фланца на свободном кольце

Кольцо и втулка изготавливаются, как правило, из разных материалов, что является ключевым преимуществом.

Принцип работы и монтажа

1. Сначала на трубу надевается свободное кольцо.

2. Затем к трубе приваривается втулка. Этот шов — единственная сварка в системе.
3. Втулка и кольцо сопрягаются друг с другом.

На рисунке 2 изображен эскиз свободного фланца в сборе.

Рис. 2. Эскиз свободного фланца в сборе

4. Соединение двух труб осуществляется стягиванием болтами двух свободных колец, между которыми находится прокладка для герметичности. Сами кольца давят на ответные части втулок, создавая герметичное соединение.

Применение в судостроении: почему они так популярны?

Судостроение предъявляет особые требования к трубопроводам: вибрации, подвижность корпуса, агрессивные среды (морская вода), стесненные условия монтажа и необходимость частого обслуживания. Фланцы на свободном кольце идеально подходят для этих условий.

1. Экономия дорогих материалов (главное преимущество)

В судовых системах часто используются трубы из коррозионно стойких материалов: аустенитные нержавеющие стали, медно-никелевые сплавы, никелевые сплавы, титан.

Свободное кольцо можно изготовить из обычной стали (Ст20, Ст09Г2С), а контактную втулку — из дорогого коррозионно стойкого материала, контактирующего с рабочей средой.

Это дает колоссальную экономию средств, особенно на крупных судах с километрами трубопроводов.

2. Упрощение монтажа и обслуживания

Легкая центровка при сборке: кольцо можно свободно провернуть вокруг трубы, чтобы совместить отверстия под болты, что критично в тесных трюмах и тоннелях гребных валов.

Быстрая замена и обслуживание: для разборки соединения не нужно резать или демонтировать трубы. Достаточно открутить болты. Это ускоряет ремонт, инспекцию и замену арматуры.

Отсутствие необходимости в точной подгонке длины трубы: небольшая погрешность компенсируется.

3. Снижение рисков при сварке

Единственный сварочный шов — это соединение втулки с трубой. Его можно выполнить в цеху в оптимальных условиях (поворотный сварной узел), обеспечив высочайшее качество.

На судне, в труднодоступных местах, требуется только болтовое соединение, что безопаснее и проще, чем выполнение ответственных круговых сварных швов в полевых условиях.

4. Компенсация напряжений

Поскольку кольцо не приварено к трубе, такая конструкция лучше воспринимает вибрационные и температурные нагрузки, снижая напряжения в районе сварного шва.

Типичные области применения на судах

1. Система забортной (забортной) воды: охлаждение главного и вспомогательных двигателей, конденсаторов.

2. Балластная система: трубопроводы большой диаметра.

3. Топливная система: особенно на участках, требующих периодической разборки.

4. Система смазки: подшипники гребного вала, двигатели.

5. Противопожарная система (морская вода).

6. Системы, работающие с коррозионными средами: где применяются дорогие сплавы.

Стандарты и материалы

В судостроении чаще всего применяются стандарты:

ISO 7005 (международный) — наиболее распространен.

ГОСТ 12822–80 (на давление PN от 0,1 до 20 МПа) и его аналоги.

А также зарубежные стандарты DIN 2642, DIN 2655, DIN 2656 (Германия).

ANSI B16.5 / ASME B16.5 (США).

Стандарты классификационных обществ: Российского Морского Регистра Судоходства, Lloyd's Register (LR), DNV-GL, ABS, Bureau Veritas (BV) и др., которые предъявляют дополнительные требования к материалам и качеству изготовления.

Материалы втулок: нержавеющая сталь, мельхиор, дуплексная сталь, титан.

Материалы свободных колец: углеродистая сталь, оцинкованная сталь, реже — нержавеющая сталь для специальных применений.

Недостатки (для полноты картины)

Более высокая начальная стоимость по сравнению с простыми приварными фланцами (из-за двух деталей).

Большие габариты и масса по сравнению с фланцами того же давления.

Необходимость высококачественной сварки контактной втулки, так как это основной силовой и герметизирующий элемент.

Ограниченное применение для очень низких температур, где могут возникнуть сложности с подбором разнородных материалов с одинаковыми коэффициентами расширения.

Заключение

Фланцы на свободном кольце — это инженерное решение, идеально адаптированное к реалиям судостроения. Они обеспечивают оптимальное сочетание экономической эффективности (за счет рационального использования материалов), технологичности монтажа и обслуживания в стесненных условиях и надежности соединения. Именно поэтому они являются одним из самых распространенных типов фланцевых соединений на современных морских и речных судах.

Литература:

1. ГОСТ 12815–80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на давление от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²). Типы, присоединительные размеры и общие технические требования» — 20 с.
2. ISO 7005–1 — Фланцы арматуры, соединительных частей трубопроводов на номинальное давление от PN 1 до PN 200. Конструкция, размеры и общие технические требования, 2011 г.
3. Гуревич Д. Ф. — Трубопроводная арматура. Справочник, 1981 г.
4. ГОСТ 12822–80 «Фланцы стальные свободные на приварном кольце на от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см)» — 30 с.