Сравнение соединений труб: фланцевые, резьбовые, штуцерные, бугельные по ГОСТ

Фланцы изготавливаются с учетом рабочих параметров (давление, температура), свойств транспортируемого вещества (агрессивность, вязкость) и материала труб (сталь, чугун, пластик). Они могут быть приварными (фиксируются сваркой) или свободными (удерживаются отбортовкой или кольцами). Например, в нефтехимии применяют приварные воротниковые фланцы (ГОСТ 12821-80) для давления до 20 МПа, а в системах с частым демонтажем — свободные фланцы с хомутами.

Недостатки фланцевых соединений:
- Высокий расход металла из-за массивных конструкций;
- Стоимость производства (точная обработка поверхностей);
- Риск утечек при температурных колебаниях или вибрациях.
Поэтому в ответственных системах (магистральные нефтепроводы) предпочитают неразъемные сварные соединения, обеспечивающие герметичность до 50 лет эксплуатации.

Резьбовые и муфтовые соединения. Резьбовые соединения используют в трубопроводах высокого давления (гидравлические системы) и для смазочных материалов. Например, в компрессорных установках применяют коническую резьбу (ГОСТ 6111-52). Муфтовые соединения (рис. 3.2,б) актуальны для водогазопроводных труб: на конце одной трубы нарезают удлиненную резьбу (сгон), а на другой — короткую. Соединение фиксируется муфтой и контргайкой, что упрощает ремонт без демонтажа всей линии.

Штуцерные соединения: типы и применение. Штуцерные соединения (рис. 3.3) делятся на приварные (стыковые, враструб) и неприварные (на отбортованных трубах, с конической резьбой).

Рис. 3.3. Штуцерные соединения трубопроводов: а - приварные встык, б - приварные враструб, в - на отбортованных трубах, г - на конической резьбе, д - с врезающимся кольцом; 1 - соединяемые трубы, 2 - ниппель, 3 - накидная гайка, 4 - штуцер, 5 - прокладка, 6 - кольцо

Герметичность достигается за счет:
- Прокладок (резина, PTFE) — для нефтепродуктов;
- Сфероконических поверхностей — в системах с вакуумом.
Например, ниппельные соединения (рис. 3.3,а) применяют в топливных магистралях авиации, а соединения с врезающимся кольцом (рис. 3.3,д) — в фармацевтике для стерильных сред.

Бугельные соединения и их особенности. Бугельные соединения (рис. 3.4) — быстроразъемные, но дорогостоящие.

Рис. 3.4. Бугельные соединения трубопроводов: а - с эксцентриковым зажимом труб с выступом, б - с канавкой, в - с болтовым зажимом отбортованных труб

Их используют:
- В химической промышленности для частой очистки трубопроводов;
- В испытательных стендах, требующих регулярной модификации.
Конструкции включают эксцентриковые зажимы (рис. 3.4,а) для труб с выступами, болтовые стяжки (рис. 3.4,б) для канавочных соединений и отбортованные концы с вкладышами (рис. 3.4,в).

Сравнительный анализ соединений
- Надежность: Сварные > Фланцевые > Бугельные.
- Стоимость монтажа: Бугельные > Фланцевые > Резьбовые.
- Скорость демонтажа: Бугельные > Муфтовые > Сварные.

Рекомендации по выбору
- Для агрессивных сред: сварные соединения из стали 12Х18Н10Т;
- Для вибрационных нагрузок: фланцы с амортизирующими прокладками;
- Для временных систем: муфты или бугельные зажимы.

Конструкция фланцев зависит от рабочих параметров и физико-химических свойств транспортируемого вещества, материала труб и других факторов. Фланцы могут привариваться к трубе или устанавливаться на резьбе. Применяют фланцы, свободно сидящие на трубе и удерживаемые на ней за счет отбортовки концов труб или приваренных к трубам колец.

Недостатки фланцевых соединений:

большой расход металла,

высокая стоимость изготовления,

а также меньшая по сравнению с неразъемными сварными соединениями надежность в эксплуатации - при частом изменении температуры или давления транспортируемого вещества возможно ослабление соединения и, как следствие, возникновение утечек.

В связи с этим технологические трубопроводы соединяют, как правило, на сварке.

Резьбовые соединения технологических трубопроводов используют ограниченно, главным образом, при прокладке систем густого и жидкого смазочного материала, коммуникаций высокого давления, на трубопроводах из водогазопроводных труб, а также для присоединения резьбовой трубопроводной арматуры и контрольно-измерительных приборов и автоматики.

В муфтовом соединении / рис. 3.2,б/, применяемом в основном для водогазопроводных труб, на конце одной трубы нарезается удлиненная резьба /сгон/, на которой полностью могут поместиться муфта 7 и контргайка 8, на конце другой трубы - резьба длиной, равной примерно половине длины муфты. Трубы соединяют путем свинчивания муфты со сгона на другой конец трубы до конца резьбы.

Штуцерные соединения подразделяют на приварные / рис. 3.3,а,б/ и неприварные / рис. 3.3,в,г/. Герметичность штуцерных соединений достигается за счет прокладок или непосредственного контакта сфероконических поверхностей.

Бугельные соединения - быстроразъемные. Они сравнительно дорогие; их целесообразно использовать для таких участков трубопроводов, которые требуют частой разборки, а также для трубопроводов специального назначения.

Бугельные соединения применяют различных конструкций. Соединение труб с выступом / рис. 3.4,а/ состоит из двух хомутов 1, связанных общим шарниром и стягиваемых эксцентриковым зажимом 3. Соединение труб, имеющих на концах канавку / рис. 3.4,б/. стягивают болтами 4. Особенность соединения, приведенного на рис. 3.4,в, - отбортовка концов труб и наличие внутреннего вкладыша 5.