Фланцы как соединительные детали трубопроводов и строительных конструкций. Полый профиль.

Соединительные детали трубопроводов как частный случай соединений полых профилей

Исследования на стыке различных дисциплин зачастую позволяют найти революционные решения сложных проблем.

Соединительные детали трубопроводов являются частным случаем более общего понятия - соединений полых профилей (hollow section), так как основную часть трубопровода - трубу - можно считать полым профилем, который чаще всего имеет сечение круглой формы. Соединения трубопроводов имеют схожую классификацию с соединениями других полых профилей, таких как далекие от промышленных трубопроводов кабель-каналы, плинтуса, лотки, гофрированные трубки и т.д.

Соединения полых профилей в строительстве разделяют по типу сечения на прямоугольные (англ. Rectangular Hollow Section, RHS) и круглые (англ. Circular Hollow Section, RHS). Часто полые профили при строительстве бетонируются, играя роль балок и колонн и обеспечивая заданную прочность строениям.

На рисунке 1 приведены различные типы соединений полых профилей, применяемых в строительстве. Наиболее часто применяющееся в трубопроводах соединение при помощи тройника соответствует типу T.

Приварные соединительные детали трубопроводов как соединения полого профиля

Сварка может использоваться при сборке отдельных крупных узлов строительного каркаса. Этот метод наиболее часто применяется для соединения круглого профиля, особенно для различных строительных ферм. Такие соединения должны обеспечить надежную защиту от следующих типов разрушений в месте сопряжений стальных профильных деталей:

• деформация формы профиля;
• деформация стенки профиля (вдавливание или вспучивание стенок);
• сдвиговая деформация профиля;
• образование отверстий в стенке полого профиля в месте соединения;
• изменение эффективной толщины соединительных сварных швов;
• локальная потеря устойчивости одной из соединяемых профильных деталей.

Соединения полых профилей болтами и шпильками

Соединение двух деталей полого профиля или сопряжение элементов полого и незамкнутого профиля особенно затруднительно, если соединение необходимо обеспечить вблизи конца полого профиля. В случае соединения вдали от открытого конца полого профиля необходимо применять либо операционный разрез, либо специальные крепежные изделия для полого профиля, позволяющие захватить его стенки. Причина этих трудностей - труднодоступность внутренних поверхностей полого профиля.

Однако несмотря на описанные трудности, соединения болтами остаются предпочтительными во многих случаях. В этом случае встает необходимость применения непрямых соединений посредством стальных фланцев, позволяющих просто, надёжно и без нарушения формы внутренней поверхности произвести соединение полого профиля.

В основном болтовые соединения являются разъемными. Болтовое соединение может быть произведено на месте монтажа для избежания ошибок сварки, при которой велика вероятность полной или частичной оплавки стенки профиля в месте ответственного соединения. Поэтому сварка зачастую оказывается дороже соединения болтами или шпильками. Эти соединения реализуются при помощи промежуточных стальных фланцев, привариваемых к торцам полого профиля и стягиваемых болтами или шпильками и гайками при монтаже.

Конструктивные особенности соединений полых профилей

Конструкции, собранные из полых профилей, нагруженные преимущественно статически, должны обеспечивать и заданную пластичность. Это означает, что многие ответственные части соединений должны надежно выдерживать деформации кручения. В этом случае вторичные крутящие моменты можно не учитывать при проектировании. 

Фланцы в системах воздуховодов вентиляции, обогрева и кондиционирования

Отдельные элементы воздуховодов, применяемых для вентиляции, обогрева или кондиционирования, соединяются друг с другом и с насосным оборудованием посредством фланцевых соединений. По причине низкого давления внутри такого трубопровода обеспечение сверхвысокой плотности соединения не требуется.

Основной конструкторской задачей в данном случае является проектирование легкого и простого в сборке фланцевого соединения при обеспечении герметичности под действием невысоких давлений.

На рисунке 3 изображено фланцевое соединение воздуховода, имеющее патент США от 1980 г. Для наглядности левые углы фланца показаны плоскими, а правые – изогнутыми в сторону ответного фланца. Конструкция такого фланцевого соединения состоит из четырех уголков 68 (рисунок 4), прямые части которых закрепляются в накладных отбуртовках 28, 30 ,32, 34 полого профиля и образуют углы сборного фланца. В области болтовых отверстий эти угловые элементы изогнуты с целью достижения контакта с ответным фланцем.

Уплотнительная прокладка для фланцев размещается между отбуртовками.

Уголки (рисунок 4) имеют продольные ребра жесткости, усиливающие сопротивление деформации от воздействия стенок канала. Кроме того, уголки снабжены плечами 86, 88 и 94, 96 для упора в накладные отбуртовки 28 и 34. Последнее конструкторское решение обеспечивает дополнительную поперечную жесткость не только фланцевому соединению, но и всему прилежащему участку воздухопровода.

Заключение

Фланцевые соединения успешно применяются в строительстве в качестве соединительных узлов протяженных деталей, имеющих форму полого профиля. Такими деталями могут быть как тяжелые несущие бетонные колонны и балки - в этом случае полый профиль играет роль опалубки, - так и легкие воздуховоды, применяемые для вентиляции, обогрева и кондиционирования воздуха.

Рассмотрение конструктивных решений фланцевых соединений на стыке строительной и трубопроводной отраслей могут привести к получению революционных результатов как при проектировании зданий, так и при разработке и производстве фланцев и других соединительных деталей трубопроводов.

Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете Пользовательское соглашение.