ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Предлагаемая полезная модель относится к области фланцевых соединений сосудов, аппаратов и трубопроводов и может быть использована в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известно фланцевое соединение деталей (RU 2123631, 20.12/1998, F16L 23/02 (2006.01)), включающее уплотнительный элемент из эластичного материала, концевыми участками установленный в кольцевых канавках трапецеидального профиля, образованных во фланцах, соответствующих форме этих участков, а средняя его часть, соединяющая концевые участки, имеет прямоугольный профиль.
Недостатками этого аналога является низкая термостойкость, возможность разгерметизации соединения после снятия тепловой нагрузки и необходимость постоянной точной подтяжки крепежных элементов во время эксплуатации.
Известно фланцевое соединение (Справочник / А.А. Волошин, Г.Т. Григорьев. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отд, 1979, страница 11), состоящее из двух симметрично расположенных фланцев, закрепленных на соединяемых частях корпуса, установленной между ними мягкой прокладки, обеспечивающей герметичность соединения, ограничительного кольца, расположенного за диаметром болтовой окружности, и крепежных деталей (болтов или шпилек, гаек и шайб).
Недостатком этого фланцевого соединения являются незначительные герметизирующие его свойства при термических нагрузках. При превышении рассчитанного диапазона изменения температур не исключается утечка среды. Поэтому при использовании полимерных прокладок, его необходимо постоянно подтягивать, чему будет препятствовать ограничительное кольцо.
Наиболее близким к полезной модели аналогом (прототипом) является фланцевое соединение (Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов /под общей редакцией А.С. Тимонина/. - Калуга: Издательство «Ноосфера», 2014, страница 84, фиг 2.5.3б), состоящее из двух симметрично расположенных фланцев, закрепленных на соединяемых частях корпуса и имеющих на уплотняемых поверхностях выступ и впадину, установленной между ними прокладки, обеспечивающей герметичность соединения, и крепежных деталей (болтов или шпилек, гаек и шайб).
Недостатком указанного фланцевого соединения является малый диапазон термических нагрузок. Это связано с тем, что прокладка выполнена из материала, твердость которого значительно меньше, чем у материала, замыкающего прокладку элементов (фланцев) и, как правило, ее материал имеет более высокое значение коэффициента термического расширения, чем материал (обычно сталь) замыкающих прокладку деталей. При постоянной рабочей температуре среды, разность значений коэффициентов термического расширения материалов элементов соединения не отражается на его работе. При изменении ее температуры изменяется и температура элементов соединения, а следовательно, и нагрузка на них. Так, при увеличении температуры в условиях жесткой связи отдельных элементов соединения увеличивается нагрузка и на прокладку, что увеличивает степень герметичности соединения за счет термического самоуплотнения. Однако при снижении температуры нагрузка на все элементы соединения падает. Снижение нагрузки на прокладку, а также ее остаточная деформация, возникшая при увеличении нагрузки с ростом температуры, приводит к нарушению герметичности соединения.
Цель полезной модели - повышение рабочего диапазона термических нагрузок при надежной работе фланцевого соединения.
Поставленная цель достигается тем, что во фланцевом соединении устанавливается мягкая прокладка с кольцевой проточкой, выполненной на ее внешнем контуре, где размещено кольцо (или сегменты) определенной высоты, коэффициент термического расширения материала которого меньше коэффициента термического расширения материала замыкающих прокладку деталей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлено фланцевое соединение.
в
Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев 1, закрепленных на соединяемых частях корпуса и имеющих выступ и впадину, установленной между ними мягкой прокладки 2 высотой h, с кольцевой проточкой, выполненной на ее внешнем контуре, где размещено кольцо (или сегменты) 3 высотой h, коэффициент термического расширения материала которого меньше коэффициента термического расширения материала замыкающих прокладку фланцев 1 и крепежных элементов 4.
п
д
п
д
Для нормальной работы фланцевого соединения в условиях изменения термической нагрузки необходимо компенсировать разность между коэффициентами термического расширения материала прокладки α и замыкающих прокладку элементов α, т.е. обеспечить условие, что α=α.
п
д
В применяемых на практике фланцевых соединениях ад материала болтов и фланцев одинаков, а у материала прокладки α>α. Так как длина шпильки равна сумме толщин двух фланцев и прокладки, толщина которой h, то изменение нагрузки на элементы соединения при изменении температуры происходит за счет разности осевых температурных деформаций прокладки и равного ее высоте длины участка шпильки.
в
в
д
в
в
Для обеспечения равенства этих температурных деформаций в кольцевую проточку прокладки 2 вставлено кольцо 3 высотой h, коэффициент термического расширения материала которого α<α. Определяя высоту h кольца 3, или при заданной высоте - требуемый его материал (α), при условии, что высота прокладки, а также ее материал и материал замыкающих деталей известны, обеспечивают равенство коэффициентов термического расширения деталей соединения и суммареый прокладки.
Технический результат при использовании заявляемой полезной модели заключается в надежной работе фланцевого соединения с мягкой прокладкой при изменении рабочих температур за счет выравнивания осевой деформации прокладки и замыкающих ее деталей.