Superfici delle Facce delle Flange Spiegate (Serrate e Lisce)

Articolo

Cos'è una superficie della faccia della flangia?

La superficie della faccia della flangia è l'area dove viene installata la guarnizione. I design più comuni delle facce delle flange sono lisci e serrati. Le superfici delle flange a faccia piatta (FF) e le superfici delle flange a faccia rialzata (RF) richiedono serrature se costruite secondo gli standard del settore.

Liscio o Serrato

Le facce delle superfici delle flange possono essere classificate come lisce (chiamate anche 'piatte' o 'semplici') o serrate. Le facce lisce appaiono visivamente 'lisce' e non presentano segni di utensili visibili. Le facce serrate presentano alcuna forma di segni di utensili sulla faccia della flangia.

Superfici delle facce delle flange

Superfici delle facce delle flange

Indipendentemente dalla superficie della faccia della flangia utilizzata, l'assemblaggio della flangia deve essere accoppiato e serrato alla coppia richiesta per sigillare correttamente.

Le flange dei sistemi ad alta temperatura e alta pressione utilizzano una superficie di tenuta serrata o una guarnizione metallica. Le flange dei sistemi a bassa temperatura e bassa pressione possono utilizzare una superficie della faccia della flangia liscia e guarnizioni morbide.

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Finitura della Superficie

La 'finitura' di una superficie della faccia della flangia rappresenta le proprietà finali della superficie di tenuta di una flangia. Una faccia della flangia può essere liscia o serrata, ma possono essere eseguiti ulteriori passaggi di lavorazione per definire ulteriormente la finitura esatta di ciascun tipo di superficie. Ad esempio, una superficie della flangia può essere liscia, ma quanto liscia? Una superficie della flangia serrata ha serrature, ma qual è la profondità, il numero e la geometria di queste serrature? Queste proprietà, e il valore di rugosità accettabile, determinano la finitura della superficie di una flangia.

Finitura delle Superfici delle Flange Lisce

Le superfici delle flange lisce appaiono piatte e prive di caratteristiche quando ispezionate visivamente. Per le flange a faccia piatta, la superficie della flangia liscia si estende su tutta la faccia della flangia. La levigatezza della superficie dipende dalla quantità di lavorazione che la faccia della flangia ha ricevuto. Le guarnizioni metalliche/dure devono essere accoppiate con superfici lisce altrimenti sarà difficile ottenere una tenuta.

Contrariamente alla credenza popolare, una superficie più liscia non significa necessariamente una tenuta più facile e affidabile. L'integrità della tenuta è determinata da molti fattori, tra cui -ma non solo-:

Materiale di tenuta della guarnizione.
Design della guarnizione.
Materiale di costruzione della flangia.
Condizioni di servizio (temperatura, pressione ecc.).
Seguire la corretta procedura di serraggio.

Superfici delle Flange Serrate

Le superfici delle flange serrate consistono in solchi circolari concentrici, o un solco a spirale continuo (noto anche come 'fonografico') lavorato sulla superficie di tenuta della flangia. Le superfici delle flange serrate utilizzano guarnizioni non metalliche (morbide) e semi-metalliche.

L'immagine sotto mostra i due tipi di serratura. La serratura a spirale nell'immagine è esagerata perché a volte è difficile vedere la forma a spirale su una flangia reale, a causa della vicinanza delle serrature.

Serrature Concentriche (sinistra) e a Spirale (destra)

Serrature Concentriche (sinistra) e a Spirale (destra)

La profondità di ciascun solco, il numero di solchi per centimetro (o solchi per pollice), e la rugosità della superficie, sono definiti da standard pubblicati. Ad esempio, lo standard ASME B16.5 specifica serrature di 1/64 di pollice (0,4 mm) di profondità con 32 serrature per pollice (12,5 serrature per centimetro) per superfici di flange serrate a spirale e serrate concentriche.

Le serrature forniscono maggiore resistenza quando si accoppiano con le guarnizioni, il che porta infine a una minore probabilità di perdite poiché la probabilità di dislocazione della guarnizione (non tenuta) è ridotta; questo è vero anche quando viene applicata meno pressione di tenuta (coppia di serraggio).

Il numero di serrature e la profondità delle serrature determinano quanta forza compressiva è necessaria per ottenere una tenuta. Un gran numero di serrature poco profonde produrrebbe effettivamente una superficie della flangia che assomiglia a una superficie della flangia liscia. Meno serrature, con solchi più profondi, ha l'effetto opposto

Le flange a faccia piatta e le flange a faccia rialzata di solito richiedono serrature per conformarsi a uno standard dato, ma l'applicazione degli standard dipende dal settore e dall'applicazione. Alcuni settori non utilizzano standard perché il risultato di un guasto della flangia è di poca preoccupazione monetaria, o il guasto della flangia non comporta preoccupazioni per la salute e la sicurezza. Questi settori operano tipicamente bassi flussi, bassa pressione, e bassa temperatura, che non trasportano sostanze nocive (tossiche, velenose, altamente corrosive ecc.).

Flange con Solchi Circolari Concentrici

Le superfici con solchi circolari concentrici sono caratterizzate da serrature circolari che aumentano gradualmente di diametro man mano che si spostano dal diametro interno della flangia, al diametro esterno. Le serrature sono tagliate nella superficie utilizzando un utensile da taglio con una punta a V di 90 gradi e una profondità di taglio di 0,4 mm; l'utensile da taglio conferisce alla serratura la sua geometria.

Geometria, Profondità e Lunghezza delle Serrature

Geometria, Profondità e Lunghezza delle Serrature

Flange con Solchi a Spirale

Le superfici con solchi a spirale possono essere ulteriormente classificate come 'finitura di magazzino' o 'serrate a spirale', ma la differenza tra le due è solo la geometria della serratura. Le flange serrate a spirale hanno serrature con geometria a V di 90 gradi. Le flange con finitura di magazzino hanno una geometria della serratura molto più superficiale perché le serrature sono realizzate con un utensile da taglio a punta tonda.

Il tipo di superficie della flangia più comune in uso oggi è il tipo con finitura di magazzino grazie alla sua facilità di produzione e alla sua idoneità per una vasta gamma di applicazioni.

Le serrature a spirale non sono utilizzate con sistemi che trasportano fluidi a bassa viscosità (bassa densità) perché la probabilità di perdite è alta. Il rischio di perdite è alto perché il flusso della guarnizione deve estendersi fino alla base/fondo della serratura, il mancato raggiungimento di ciò permetterà a un fluido di fuoriuscire attraverso il canale a spirale fino a raggiungere il diametro esterno della guarnizione, e quindi l'ambiente circostante.

Rugosità e Finitura della Superficie

Per una guarnizione sigillare correttamente, la faccia di tenuta della flangia accoppiata, e la faccia di tenuta della flangia compagna, devono avere superfici adatte. Le superfici adatte sono definite dal loro valore di rugosità.

Il valore di rugosità della superficie di una faccia della flangia definisce la sua finitura superficiale.

La finitura della superficie è importante perché non solo dovrebbe aiutare a creare una buona tenuta, ma dovrebbe anche aiutare a mantenere la tenuta. Lo fa creando attrito tra la guarnizione e le facce di tenuta, questo aiuta di conseguenza la guarnizione a mantenere la sua corretta posizione di tenuta.

Una 'finitura ad acqua fredda' è una finitura superficiale molto liscia (sembra avere quasi una proprietà simile a uno specchio). Le superfici con finitura ad acqua fredda non sono solitamente destinate ad accoppiarsi con guarnizioni, si accoppiano direttamente su un'altra superficie con finitura ad acqua fredda; questo tipo di superficie è costoso e facilmente danneggiabile.

Media della Rugosità (Ra)

La rugosità di una faccia della flangia è misurata dalla Media della Rugosità (Ra). Le unità di Ra sono micro pollici (µin), o micrometri (µm). La rugosità è calcolata utilizzando la Altezza Media della Rugosità Aritmetica (AARH), o i calcoli del Valore Quadratico Medio (rms). Sia AARH che rms forniscono approssimativamente lo stesso risultato, e i due termini sono spesso usati in modo intercambiabile.

Valori di Rugosità Adatti

Gli standard del settore stabiliscono valori di rugosità adatti, quanto segue è tratto dallo standard ASME B16.5:

Tipi di Superficie	Valore Massimo di Rugosità
Flange a giunto ad anello (e guarnizioni dure)	63 µin AARH (1,6 µm AARH)
Guarnizioni a spirale.	125 a 250 µin AARH (3,2 a 6,3 µm AARH)
Guarnizioni morbide.	250 a 500 µin AARH (6,3 a 12,6 µm AARH)
Lingua e Scanalatura, e Piccolo Maschio e Femmina	125 µ.in. o 3.2 µ.m AARH

Tabella delle Guarnizioni Comuni e dei Valori di Rugosità Accettabili

Si noti che il valore di rugosità della superficie della flangia adatto aumenta man mano che il materiale della guarnizione si ammorbidisce. Pertanto, si può dedurre che una guarnizione più morbida può sigillare più efficacemente su una superficie ruvida rispetto a una guarnizione dura. Questo è logico perché le guarnizioni più dure richiedono più energia di compressione per deformarsi e sigillare, rispetto alle guarnizioni più morbide.

I valori di rugosità sono solitamente indicati sulla flangia, ad esempio, un valore di rugosità abbreviato può essere indicato come '125-250 AARH' o '3,2 a 6,3 AARH'.