Как определить количество болтовых отверстий во фланце

Стальной фланец — это кольцевая пластина, которая соединяет трубы, арматуру и оборудование болтами с уплотнением, поэтому соединение можно разобрать для обслуживания. Число болтовых отверстий не выбирают произвольно: для каталожных деталей оно задано в таблицах стандарта в зависимости от класса давления и номинального размера, и именно это обеспечивает взаимозаменяемость фланцевых прокладок между проектами и поставщиками.

Стандарт, тип фланца и класс давления

Разные стандарты (ASME B16.5, EN 1092-1, HG/T 20592-20635) задают количество отверстий, их диаметр и диаметр окружности расположения болтов для каждого класса давления и номинального размера, и эта таблица служит основой проектирования. Тип фланца — воротниковый, накладной, резьбовой, глухой или под приварку враструб — берётся из той же таблицы, поэтому схема отверстий не зависит от способа изготовления.

• Класс давления (класс 150-2500 или PN 6-160) определяет нагрузку на болты: чем выше класс, тем больше или крупнее нужны болты для создания прижимного усилия.
• Расчётная температура важна, так как нагрев снижает прочность болтов и вызывает разное тепловое расширение фланца и болтов; в горячих средах число болтов часто увеличивают.
• Номинальный размер (DN / NPS) задаёт длину окружности расположения болтов: на большей окружности при том же минимальном шаге помещается больше отверстий.

Диаметр, окружность расположения болтов и жёсткость

Окружность расположения болтов растёт вместе с номинальным размером, поэтому крупные трубных фланцев при том же шаге естественно получают больше болтов. Толщина и форма выступа добавляют жёсткость: тонкая или податливая пластина требует больше болтов, чтобы уменьшить поворот и равномерно нагрузить прокладку, иначе уплотнение продавливается у болтов и ослабевает между ними. В стандартных таблицах эти влияния уже учтены, поэтому для каталожных деталей число отверстий не рассчитывают, а берут из таблицы.

Таблица 1. Факторы, определяющие число болтовых отверстий стандартного фланца; итоговое значение берут из таблицы стандарта для выбранного класса и размера.

Поверхность уплотнения, подбор болтов и практика монтажа

Тип поверхности уплотнения задаёт распределение прижимного усилия: выступающая поверхность, поверхность «папа-мама», поверхность «шип-паз» и кольцевое соединение имеют свои требования к числу и размеру отверстий, а фланцы с кольцевым соединением, применяемые при высоких давлениях и температурах, нормируются особенно жёстко. Затем прочность болтов и ширина прокладки определяют, сколько отверстий действительно требуется.

• Ширина и податливость прокладки: широкие или мягкие прокладки требуют плотного равномерного прижима, что увеличивает число болтов.
• Прочность и размер болтов: высокопрочные болты большого диаметра, например шпильки ASTM A193 B7 с гайками ASTM A194 2H, позволяют уменьшить число отверстий при той же суммарной нагрузке.
• Доступ инструмента и внешние нагрузки: между болтами нужен зазор для головки и динамометрического ключа, а изгиб, сдвиг или вибрация могут потребовать дополнительных болтов или другой схемы их расположения.

На практике конструктор действует в определённом порядке: задать среду, расчётное давление и расчётную температуру; выбрать стандарт, тип поверхности уплотнения и прокладку; определить класс давления и размер; рассчитать суммарную нагрузку на болты от внутреннего давления и посадки прокладки; подобрать материал и размер болтов и принять стандартную схему отверстий, которая выдерживает нагрузку. Детальный расчёт нужен только для нестандартных фланцев и особых условий.

Частые вопросы

Сколько болтовых отверстий у фланца класса 150?

Зависит от номинального размера. Для стандартных фланцев число отверстий берут из таблицы стандарта по классу давления и DN / NPS: например, фланец NPS 4 (DN 100) класса 150 имеет восемь болтовых отверстий.

Меняется ли число отверстий в зависимости от типа фланца?

Нет. Для одного класса давления и размера воротниковые, накладные, резьбовые, глухие фланцы и фланцы под приварку враструб используют одну и ту же схему отверстий из таблицы стандарта.

Почему у фланцев высокого давления больше отверстий?

Более высокий класс требует большей суммарной нагрузки зажима, которую обеспечивают дополнительные или более крупные болты, поэтому число отверстий и диаметр болтов растут вместе.

Когда оправдана нестандартная схема болтовых отверстий?

Только для нестандартных фланцев и особых условий: больших внешних нагрузок, необычных температур или специальных прокладок. Во всех остальных случаях быстрее и надёжнее использовать таблицу стандарта.