Поверхность фланца и обработка RF, FF, RTJ

Фланцевая поверхность - это площадь поверхности, на которой расположена прокладка. Доступны 6 типов фланца: совершенно гладкая (FF), с соединительным выступом (RF), с впадиной под прокладку овального сечения (RTJ), с выступом и с впадиной (M&F), с пазом и шипом (T&G). Фланцы с различными поверхностями требуют разных прокладок и никогда не должны быть соединены, чтобы предотвратить утечку соединения. Фланцы RF и FF могут иметь различные типы «отделки» (то есть шероховатости на поверхности): гладкие, матовые и зубчатые.

Типы поверхностей фланцев

В стандартах ASME B16.5 и ASME B16.47 упоминается несколько различных типов поверхностей фланцев:

• Фланец с совершенно гладкой уплотнительной поверхностью (FF)
• Фланец с соединительным выступом (приподнятая) уплотнительная поверхность (RF)
• Фланец с впадиной под прокладку овального сечения (RTG)
• Фланец приварной внахлест (свободный)
• Фланец с выступом и с пазом (M&F)
• Фланец с малым и крупным шипом и пазом (T&G)

Рассмотрим подробнее различные типы фланцевых поверхностей: RF, FF, свободный , муфтовое соединение, с пазом:

Фланец с соединительным выступом (приподнятая поверхность) (RF)

Фланец с соединительным выступом (RF) легко узнать, поскольку площадь поверхности прокладки расположена над линией крепления фланца.

Фланец с соединительным выступом совместим с широким диапазоном фланцевых прокладок, от плоских до полуметаллических и металлических типов (например, прокладок с обшивкой и спирально-навитых прокладок), либо кольцевых, либо полнопрофильных.

Основная сфера применения фланцев с выступающей поверхностью это концентрирование давления двух сопряженных фланцев на небольшой поверхности и повышение прочности уплотнения.

Высота выступающей поверхности зависит от номинального давления на фланце, как определено в спецификации ASME B16.5 (для классов давления 150 и 300 высота составляет 1,6 мм или 1/16 дюйма, для классов от 400 до 2500 - выступающая поверхность высота составляет примерно 6,4 мм или 1/4 дюйма).

Наиболее распространенная обработка для фланцев ASME B16.5 RF составляет от 125 до 250 микрон Ra (от 3 до 6 микрон Ra). В соответствии с ASME B16.5 выступающая поверхность является отделкой поверхности фланца по умолчанию для производителей (это означает, что покупатель должен указать в заказе, если требуется другая поверхность фланца, в виде плоской поверхности или кольцевого соединения).

Фланцы с выступающими поверхностями являются наиболее продаваемым типом фланцев, по крайней мере, для нефтехимических применений.

Фланец с совершенно гладкой поверхностью (FF)

Фланцы с совершенно гладкой поверхностью (FF) имеют контактную поверхность, имеющую такую же высоту, что и линия болтов крепления фланца. Полнопрофильные прокладки, как правило, мягкого типа, используются между двумя плоскими фланцами.

Согласно ASME B31.3, фланец с плоской лицевой стороной никогда не должен соединяться с фланцем с соединительным выступом, поскольку результирующее фланцевое соединение определенно протечет.

Фланец с впадиной под прокладку овального сечения (RTJ)

Фланцы с впадиной под прокладку (RTJ) используются, когда требуется металлическое уплотнение между сопряженными фланцами (что является условием для применений с высоким давлением и высокой температурой, то есть выше 700/800 C°).

Фланец с впадиной под прокладку имеет круглую канавку для размещения прокладки кольцевого соединения (овальной или прямоугольной).

Поскольку два фланцевых соединительных фланца скреплены болтами и затем затянуты, приложенное усилие на болтах деформирует прокладки внутри впадины фланца, создавая очень плотное уплотнение металл-металл. Чтобы это произошло, материал прокладки кольцевого соединения должен быть более мягким (более пластичным), чем материал фланца.

Фланцы RTJ могут быть уплотнены прокладками RTJ различных типов (R, RX, BX) и профилей (пример: восьмиугольный / овальный для типа R).

Самая распространенная прокладка RTJ - это тип R с восьмиугольным сечением, поскольку она обеспечивает очень прочное уплотнение (овальный сечение - более старый тип). Конструкция с «плоской канавкой», однако, допускает использование обеих прокладок RTJ, имеющих восьмиугольное или овальное сечение.

Фланец приварной внахлест (свободный)

Свободный фланец имеет плоскую поверхность, которая не используется для уплотнения фланцевого соединения, а просто содержит заднюю часть заглушки. Уплотнительная поверхность фактически находится на самом конце заглушки и может быть плоской или выпуклой.

Фланец с пазом и с шипом (T&G)

Два фланца с пазом и шипом (поверхность T & G) идеально подходят друг к другу: один фланец имеет выступающий шип, а другой - паз, и их можно легко соединить (шип входит в паз и герметизирует соединение).

Фланцы с пазом и шипом стандартизированы как для больших, так и для маленьких типов.

Фланец с выступом и с впадиной (M&F)

Аналогично фланцам с пазом и шипом, фланцы с наружной и внутренней резьбой (тип M&F) также соответствуют друг другу.

Один фланец имеет область, выходящую за его лицевую поверхность, охватывающий фланец, другой фланец имеет соответствующее углубление, обработанное на лицевой поверхности, охватывающем фланец.

Поверхность с впадиной имеет глубину 3/16 дюйма, в то время как поверхность с выступом имеет высоту 1/4 дюйма, и оба они гладкие.

Наружный диаметр впадины удерживает прокладку.

Обработка поверхности фланца

Чтобы обеспечить идеальное сопряжение фланца с прокладкой и сопутствующим фланцем, требуется некоторая шероховатость на площади поверхности фланца (только для фланцев RF и FF). Тип шероховатости на поверхности фланца определяет тип «поверхности фланца».

Распространенными типами являются матовая, концентрическая зубчатая, спиральная зубчатая и гладкая поверхность фланца.

Стальные фланцы доступны с четырьмя основными торцевыми поверхностями, однако общая цель любого типа торцевых поверхностей фланцев состоит в том, чтобы создать желаемую шероховатость на поверхности фланца, чтобы обеспечить сильное совпадение между фланцем, прокладкой и сопряженным фланцем, и, таким образом, обеспечить качественную герметичность.

Рассмотрим самые распространенные типы обработки фланцев:

Черновая обработка

Черновая обработка является наиболее распространенным типом отделки, так как она подходит для большинства областей применения. Давление встраивает мягкую поверхность прокладки в отделку фланца и приводит к образованию хорошего уплотнения из-за трения, существующего между контактирующими частями.

Поскольку сопрягаемые фланцы скреплены болтами, прокладки «вдавливаются» в лицевую поверхность фланца и создают очень плотное уплотнение.

Черновая торцевая поверхность изготавливается с использованием фонографической спиральной канавки с инструментом с круглым носом радиусом 1,6 мм, глубиной 0,15 мм и скоростью подачи 0,8 мм на оборот. Результирующее значение «Ra» (AARH) для поверхности составляет от 125 до 500 мкм (от 125 до 12,5 мкм).

Спирально-зубчатая

Спирально-зубчатое покрытие - это фонографический тип спиральной сварного шва, который отличается от стандартного покрытия, так как шов создается инструментом под углом 90 градусов (вместо инструмента с круглым носом), который создает геометрию «V» с углом наклона 45 градусов.

Зубчатая поверхность, концентрическая или спиральная, имеет от 30 до 55 швов на дюйм и шероховатость от 125 до 250 дюймов.

Концентрическая зубчатая

Концентрический зубчатый фланец имеет концентрические швы вместо спиралей.

Швы изготавливаются с помощью того же инструмента под углом 90 градусов, который используется для отделки по спиральной зубчатой поверхности, но зубцы имеют ровный дизайн на поверхности фланца. Чтобы иметь концентрические швы, инструмент имеет скорость подачи 0,039 мм на оборот и глубину 0,079 мм.

Гладкая поверхность

На фланцах с гладкой поверхностью не видно видимых отметок инструмента невооруженным глазом.

Этот тип отделки фланцев используется с металлическими прокладками, такими как прокладки с обшивкой.

В соответствии с исходной обработкой это достигается обработкой контактной поверхности непрерывным спиральным швом, создаваемым резцом с радиусом 0,8 мм, со скоростью подачи 0,3 мм на оборот на глубине 0,05 мм (что создает шероховатость между Ra 3,2 и 6,3 микрометра, то есть 125 - 250 микродюймов).

Холоднотянутая обработка

Поверхность обработанная холоднотянутым способом кажется невооруженным глазом блестящей и очень гладкиой. Значение AARH для этих поверхностей находится в диапазоне от 85 до 100 мкм. Они используются с металлическими уплотнениями (без прокладок).

Что такое AARH?

Термин AARH («средеарифметическая высота неровностей») относится к гладкости / шероховатости поверхности фланца. Средние арифметические значения высоты шероховатости очень важны при выборе фланцев и материалов для прокладок. Более высокие значения «Ra» обозначают более шероховатую поверхность, в то время как более низкие значения представляют более гладкую поверхность.

Каждый материал обладает шероховатостью поверхности, а иногда поверхности намеренно заканчиваются, чтобы иметь определенную шероховатость (малую или большую).

«Среднеарифметическая высота шероховатости» (AARH) является общим показателем для измерения шероховатости поверхности, и это средняя высота неровностей на поверхности металла от средней линии, как показано на следующем рисунке.

Символы от Y1 до Y8 представляют высоты шипов, которые измеряются от средней линии.

Высота среднеарифметической шероховатости обычно измеряется в микродюймах и обозначается символом «Ra».

Существуют различные стандарты шероховатости поверхностей, устанавливаемые в зависимости от типа их применения. Оборудование, используемое для измерения шероховатости поверхности, представляет собой так называемый «профилометр» (который доступен в контактном и бесконтактном типах).

В профилометре контактного типа шероховатость измеряется путем перемещения материала под стилусом профилометра. Тем не менее, современное оборудование имеет бесконтактные измерения, используя оптические и ультразвуковые технологии.

AARH фланца

ASME / ANSI определили специальные стандарты шероховатости для фланцев, поскольку обработка поверхности фланца играет ключевую роль в надежности прокладки и сроке службы.

В соответствии со спецификациями ASME / ANSI, поверхность с зубчатыми, спирально-зубчатыми и концентрическими поверхностями фланца должна иметь среднюю шероховатость от 125 до 250 мкм (от 3,2 до 6,3 мкм).

Инструмент, используемый для нанесения шероховатой поверхности на фланец, должен иметь радиус 0,06 дюйма (1,5 мм) или более. Плотность швов на поверхности фланца должна составлять от 45 канавок на дюйм до 55 канавок на дюйм (от 1,8 канавок / мм до 2,2 канавок / мм).

Это стандарты для полуметаллических и неметаллических прокладок. Если средняя шероховатость поверхности фланца не соответствует описанным стандартам, контактные поверхности не будут должным образом уплотнены, и фланцевое соединение может изнашиваться через некоторое время, работая под давлением (что приведет к потере герметичности болтового соединения и возможной утечке).

Мягкие неметаллические материалы, такие как PTFE, могут использоваться для более удобной облицовки и лучшей устойчивости к ползучести.

Разрешенные отклонения AARH

Уплотнительные характеристики прокладок фланцев зависят от AARH, размеров фланцев и давления болтов шпильки. Согласно ASME, смежные несовершенства должны быть отделены на расстоянии, по меньшей мере, в 4 раза превышающем максимальную радиальную проекцию.

Радиальная проекция может быть оценена путем вычитания внутреннего радиуса из внешнего радиуса.

Зубцы должны быть на одном уровне, а выступ над ними не допускается. Это может привести к потере сцепления соседних зубцов с материалом прокладки и может привести к износу и протечкам.