Flensoppervlakken uitgelegd (gegroefd en glad)

Geniet je van dit artikel tot nu toe? Zorg er dan voor dat je onze Flensfundamentals Videocursus bekijkt. De cursus bevat meer dan vijf uur aan videomateriaal, een 52 pagina's tellend geïllustreerd handboek (dit artikel is een uittreksel uit het handboek), een quiz, en je ontvangt een certificaat van voltooiing wanneer je de cursus afrondt. Veel plezier!

Oppervlakteafwerking

De ‘afwerking’ van een flensoppervlak vertegenwoordigt de uiteindelijke eigenschappen van het afdichtingsoppervlak van een flens. Een flensoppervlak kan glad of gegroefd zijn, maar extra bewerkingsstappen kunnen worden genomen om de exacte afwerking van elk type oppervlak verder te definiëren. Bijvoorbeeld, een flensoppervlak kan glad zijn, maar hoe glad? Een gegroefd flensoppervlak heeft groeven, maar wat is de diepte, aantal, en geometrie van deze groeven? Deze eigenschappen, en de acceptabele ruwheidswaarde, bepalen de afwerking van een flensoppervlak.

Gladde Flensoppervlakken Afwerking

Gladde flensoppervlakken lijken vlak en kenmerkloos wanneer ze visueel worden geïnspecteerd. Voor vlakke flensoppervlakken strekt het gladde flensoppervlak zich uit over het hele flensoppervlak. De gladheid van het oppervlak hangt af van de hoeveelheid bewerking die het flensoppervlak heeft ondergaan. Metalen/harde pakkingen moeten worden gepaard met glad afgewerkte oppervlakken, anders zal een afdichting moeilijk te verkrijgen zijn.

In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, betekent een gladder oppervlak niet noodzakelijkerwijs een gemakkelijkere en betrouwbaardere afdichting. De integriteit van de afdichting wordt bepaald door vele factoren, waaronder -maar niet beperkt tot-:

• Pakkingsmateriaal.
• Pakkingsontwerp.
• Flensconstructiemateriaal.
• Bedrijfsomstandigheden (temperatuur, druk, etc.).
• Het volgen van de juiste boutprocedure.

Gegroefde Flensoppervlakken

Gegroefde flensoppervlakken bestaan uit concentrische cirkelvormige groeven, of een doorlopende spiraalgroef (ook wel ‘fonografisch’ genoemd) die op het afdichtingsoppervlak van de flens zijn aangebracht. Gegroefde flensoppervlakken gebruiken niet-metalen (zachte) en semi-metalen pakkingen.  

De onderstaande afbeelding toont de twee soorten groeven. De spiraalgroef in de afbeelding is overdreven omdat het soms moeilijk is om de spiraalvorm op een echte flens te zien, vanwege de nabijheid van de groeven.

Concentrische (links) en Spiraalvormige (rechts) Groeven

De diepte van elke groef, aantal groeven per centimeter (of groeven per inch), en de oppervlakte ruwheid, worden gedefinieerd door gepubliceerde standaarden. Bijvoorbeeld, de ASME B16.5 standaard specificeert groeven van 1/64 inch (0,4 mm) diep met 32 groeven per inch (12,5 groeven per centimeter) voor spiraalvormige gegroefde en concentrisch gegroefde flensoppervlakken.

Groeven bieden meer weerstand bij het paren met pakkingen, wat uiteindelijk leidt tot een lagere kans op lekkage omdat de kans op verplaatsing (ontdichting) van de pakking wordt verminderd; dit is zelfs waar wanneer minder afdichtingsdruk (boutkoppeling) wordt toegepast.

Het aantal groeven en de diepte van de groeven bepalen hoeveel druk nodig is om een afdichting te verkrijgen. Een groot aantal ondiepe groeven zou effectief een flensoppervlak opleveren dat lijkt op een glad flensoppervlak. Minder groeven, met diepere groeven, heeft het tegenovergestelde effect

Vlakke flensoppervlakken en opstaande flensoppervlakken vereisen meestal groeven om aan een bepaalde standaard te voldoen, maar de toepassing van standaarden is industrie- en toepassingsafhankelijk. Sommige industrieën gebruiken geen standaarden omdat het resultaat van flensfalen van weinig financieel belang is, of flensfalen weinig/geen gezondheids- en veiligheidsrisico's met zich meebrengt. Deze industrieën werken meestal met lage stroming, lage druk, en lage temperatuur systemen, die geen schadelijke stoffen (toxisch, giftig, sterk corrosief etc.) vervoeren.

Concentrische Cirkelvormige Groef Flenzen

Concentrische cirkelvormige groef oppervlakken worden gekenmerkt door cirkelvormige groeven die geleidelijk in diameter toenemen naarmate ze van de binnendiameter van de flens naar de buitendiameter bewegen. Groeven worden in het oppervlak gesneden met een snijgereedschap met een 90 graden V-vormige gereedschapspunt en een snijdiepte van 0,4 mm; het snijgereedschap geeft de groef zijn geometrie.

Groefgeometrie, Diepte en Lengte

Spiraalgroef Flenzen

Spiraalgroefoppervlakken kunnen verder worden geclassificeerd als ‘standaardafwerking’ of ‘spiraalvormig gegroefd’, maar het verschil tussen de twee is alleen de groefgeometrie. Spiraalvormig gegroefde flenzen hebben 90 graden V-vormige geometrie groeven. Standaardafwerking flenzen hebben een veel ondiepere groefgeometrie omdat de groeven worden gemaakt door een ronde neus snijgereedschap.

Het meest voorkomende flensoppervlak dat tegenwoordig wordt gebruikt, is het standaardafwerkingstype vanwege de eenvoud van fabricage en geschiktheid voor een breed scala aan toepassingen.

Spiraalgroef groeven worden niet gebruikt in systemen die lage viscositeit (lage dichtheid) vloeistoffen vervoeren omdat de kans op lekkage hoog is. Het risico op lekkage is hoog omdat pakkingstroom moet reiken tot de basis/troch van de groef, als dit niet gebeurt, kan een vloeistof door het spiraalkanaal lekken totdat het de buitendiameter van de pakking bereikt, en dus de omringende omgeving.

Ruwheid en Oppervlakteafwerking

Voor een pakking om correct af te dichten, moeten het parende flens afdichtingsvlak en het tegenflens afdichtingsvlak geschikte oppervlakken hebben. Geschikte oppervlakken worden gedefinieerd door hun ruwheidswaarde.

De ruwheidswaarde van een flensoppervlak bepaalt de oppervlakteafwerking.

De oppervlakteafwerking is belangrijk omdat het niet alleen moet helpen bij het creëren van een goede afdichting, maar ook helpen bij het behouden van de afdichting. Dit doet het door wrijving te creëren tussen de pakking en afdichtingsvlakken, wat de pakking helpt zijn correcte afdichtingspositie te behouden.

Een ‘koude waterafwerking’ is een zeer gladde oppervlakteafwerking (lijkt bijna een spiegelachtige eigenschap te hebben). Koude water afgewerkte oppervlakken zijn meestal niet bedoeld om te paren met pakkingen, ze paren direct op een ander koud water afgewerkt oppervlak; dit type oppervlak is duur en gemakkelijk beschadigd.

Ruwheid Gemiddelde (Ra)

De ruwheid van een flensoppervlak wordt gemeten door de Ruwheid Gemiddelde (Ra). Eenheden van Ra zijn micro inches (µin), of micrometers (µm). Ruwheid wordt berekend met behulp van de Rekenkundig Gemiddelde Ruwheid Hoogte (AARH), of Root Mean Square (rms) berekeningen. Zowel AARH als rms geven ongeveer hetzelfde resultaat, en de twee termen worden vaak door elkaar gebruikt.

Geschikte Ruwheidswaarden

Industriestandaarden dicteren geschikte ruwheidswaarden, het volgende is afkomstig uit de ASME B16.5 standaard:

Veelvoorkomende Pakkingen en Acceptabele Ruwheidswaarden Tabel

Merk op dat de geschikte flensoppervlakte ruwheidswaarde toeneemt naarmate het pakkingsmateriaal zachter wordt. Dus, het kan worden afgeleid dat een zachtere pakking effectiever kan afdichten op een ruw oppervlak dan een harde pakking kan. Dit is logisch omdat hardere pakkingen meer compressie-energie vereisen om te vervormen en afdichten, dan zachtere pakkingen.

Ruwheidswaarden worden meestal aangegeven op de flens, bijvoorbeeld een afgekorte ruwheidswaarde kan worden aangegeven als ‘125-250 AARH’ of ‘3,2 tot 6,3 AARH’.

Flens Types, Vlaken, en Oppervlakken - Uitgelegd!

Deze video maakt deel uit van onze Piping Flange Fundamentals Videocursus

Gerelateerde Online Technische Cursussen

Introductie tot Kleppen

Introductie tot Kleppen (korte cursus)

Hoe Pneumatische Kleppen Werken

Membraanpompen Uitgelegd

Introductie tot Centrifugaalpompen

Hoe Meertraps Centrifugaalpompen Werken

Basisprincipes van Plaatwarmtewisselaars

Introductie tot Warmtewisselaars

Hoe Plaatwarmtewisselaars Werken

Vuurbuisketels Uitgelegd

Ketel Stoomtrommels Uitgelegd

Subkritische, Superkritische, en Ultra-Superkritische Ketels

Warmteterugwinning Stoomgeneratoren Uitgelegd

Aanvullende Bronnen

http://www.wermac.org/flanges/flanges_raised-face_flat-face_ring-type-joint.html

https://www.kamleshmetal.com/flanges-faces-types.html

https://www.theprocesspiping.com/introduction-to-flanges