Rodzaje powierzchni kołnierzy wyjaśnione (płaskie, podniesione, itp.)

Co to jest powierzchnia kołnierza?

Istnieją trzy powszechne rodzaje powierzchni kołnierza: płaska, podniesiona oraz pierścieniowa (RTJ). Istnieją również inne rodzaje powierzchni kołnierza, głównie język i rowek (T&G), kołnierz nakładkowy oraz męska i żeńska (M&F), ale są one mniej popularne. Normy dotyczące rurociągów definiują dokładną geometrię, wymiary, materiał oraz wykończenie powierzchni powierzchni kołnierza.

Rodzaje powierzchni kołnierzy

Ogólna zasada mówi, że mniejsza powierzchnia stykowa między powierzchniami kołnierzy oznacza, że uszczelka i materiał powierzchni uszczelniającej kołnierza będą twardsze. Dzieje się tak, ponieważ mniejsza powierzchnia uszczelniająca oznacza, że większe ciśnienie można zastosować przy mniejszej sile (ciśnienie = siła / powierzchnia). Twardsze materiały wymagają większego ciśnienia do uszczelnienia niż materiały miękkie, nawet jeśli powierzchnie są szlifowane i polerowane przed montażem. Aby osiągnąć wyższe ciśnienia bez potrzeby stosowania nadmiernego momentu obrotowego na elementy złączne, powierzchnia stykowa powierzchni uszczelniającej jest zmniejszana.

Z tego powodu kołnierze płaskie mają uszczelki, które rozciągają się od wewnętrznej średnicy kołnierza do zewnętrznej średnicy kołnierza; tego typu uszczelki są znane jako uszczelki 'pełnej powierzchni' i mają dużą powierzchnię stykową uszczelnienia. Kołnierze z podniesioną powierzchnią mają uszczelkę tylko na podniesionej powierzchni; tego typu uszczelki są znane jako uszczelki 'płaskiego pierścienia'. W przypadku kołnierzy pierścieniowych powierzchnia uszczelniająca jest stosunkowo mała, a materiał uszczelki stosunkowo twardy (metal).

Podoba Ci się ten artykuł? Koniecznie sprawdź nasz Kurs wideo o podstawach kołnierzy. Kurs zawiera ponad pięć godzin materiału wideo, 52-stronicowy ilustrowany podręcznik (ten artykuł jest fragmentem podręcznika), quiz oraz otrzymasz certyfikat ukończenia po zakończeniu kursu. Miłej nauki!

Płaska powierzchnia (FF)

Kołnierze płaskie (FF) używają uszczelek niemetalicznych (miękkich uszczelek) i zawsze powinny mieć rowkowaną powierzchnię uszczelniającą. Ten typ kołnierza jest dobrze dostosowany do zastosowań niskociśnieniowych i jest używany dla klas ciśnienia 125 i 250. 

Uszczelki są instalowane bezpośrednio na przedniej powierzchni uszczelniającej ostrza kołnierza, tj. na tej samej płaszczyźnie co powierzchnia okręgu śrubowego. Powierzchnia uszczelniająca uszczelki rozciąga się od wewnętrznej średnicy kołnierza do zewnętrznej średnicy kołnierza. Typowe miękkie materiały uszczelkowe są zazwyczaj oceniane na 100°C (212°F) i nie więcej niż 20 bar (290 psi) ciśnienia. Ponieważ kołnierze płaskie używają tak dużej powierzchni uszczelniającej, są dostosowane do montażu. Uszczelki kołnierzy płaskich nie mogą się obracać po zamontowaniu z powodu otworów na śruby przechodzących przez uszczelkę. Ze względu na dużą powierzchnię uszczelniającą, kołnierze płaskie są odporne na mechaniczne odkształcenia (zginanie, wyginanie itp.).

Kołnierze płaskie nigdy nie powinny być łączone z kołnierzami z podniesioną powierzchnią, szczególnie jeśli kołnierz z podniesioną powierzchnią jest wykonany z twardszego materiału.

Kołnierz płaski (po lewej) i kołnierz z podniesioną powierzchnią (po prawej)

Podniesiona powierzchnia (RF)

Kołnierz z podniesioną powierzchnią (RF) ma okrągłą powierzchnię uszczelniającą, która wystaje z płaszczyzny okręgu śrubowego kołnierza. Kołnierze z podniesioną powierzchnią są dostępne we wszystkich klasach ciśnienia, a zatem dla szerokiego zakresu ciśnień i temperatur. RF to najczęściej stosowany typ kołnierza w przemyśle naftowym i gazowym oraz chemicznym.

Kołnierze RF używają rowkowanych powierzchni uszczelniających z niemetalowymi lub półmetalowymi uszczelkami. Powierzchnia uszczelniająca kołnierza RF rozciąga się od wewnętrznej średnicy kołnierza do zewnętrznej średnicy podniesionej powierzchni. Typowa uszczelka dla kołnierzy RF to uszczelka z kompozycji grafit-stal z zakresem temperatur do 400°C (750°F) i zakresem ciśnienia do 250 bar (3,625 psi).

Kołnierze i uszczelki pełnej powierzchni (po lewej) i podniesionej powierzchni (po prawej)

Wysokość podniesionej powierzchni nad płaszczyzną okręgu śrubowego jest określana przez klasę kołnierza i normę, z której pochodzi. Dla normy ASME B16.5, stalowe kołnierze w klasach 150 i 300 mają wysokość podniesionej powierzchni 1/16 cala (1,6 mm); stalowe kołnierze przekraczające klasę 300 używają 1/4 cala (6,4 mm) podniesionej powierzchni. W idealnym świecie wysokość podniesionej powierzchni wzrastałaby wraz ze wzrostem klasy, ale nie występuje to w większości norm; jest to jednak logiczne uogólnienie.

Pierścieniowy typ połączenia (RTJ)

Kołnierze pierścieniowe (RTJ) są odmianą konstrukcji kołnierza z podniesioną powierzchnią. Kołnierze RTJ są zazwyczaj używane w bardziej surowych zastosowaniach, szczególnie w systemach wysokociśnieniowych i/lub wysokotemperaturowych (>750°C / 1,382°F). Możliwe jest użycie kołnierzy RTJ we wszystkich klasach ciśnienia, ale zazwyczaj są one używane dla klasy 900 i wyższych.

Różnica między kołnierzem RTJ a kołnierzem z podniesioną powierzchnią polega na sposobie uzyskania uszczelnienia. Metalowe uszczelki (twarde) są używane z kołnierzami RTJ, podczas gdy uszczelki z podniesioną powierzchnią używają miękkich lub półmetalowych uszczelek. Istnieją trzy główne grupy połączeń pierścieniowych: R, RX i BX; skupimy się na połączeniu typu R, ponieważ jest to zdecydowanie najczęściej spotykane.

Uszczelki RTJ typu R mają okrągły kształt z owalnym lub ośmiokątnym profilem/ciałem; profil ośmiokątny uzyskuje najefektywniejsze uszczelnienie i jest bardziej nowoczesnym projektem. Rowek jest obrabiany na powierzchni kołnierza RTJ, a odpowiednia uszczelka jest instalowana w tym rowku. Kiedy kołnierz jest montowany, dwie stykające się powierzchnie ściskają uszczelkę, aż się odkształci i powstanie uszczelnienie metal-metal. Jeśli kołnierz jest prawidłowo zmontowany, dwa stykające się kołnierze RTJ nie powinny się fizycznie stykać ze sobą.

Komponenty RTJ (uszczelka ośmiokątna po lewej, uszczelka owalna po prawej)

Uszczelki RTJ są często produkowane z materiału nieco bardziej miękkiego niż materiał kołnierza. Ponieważ materiał uszczelki jest bardziej miękki, odkształca się przy niższym ciśnieniu niż kołnierz, co zapewnia, że to uszczelka odkształca się, aby utworzyć uszczelnienie, a nie kołnierz odkształca się wokół uszczelki.

Podsumowanie powierzchni kołnierzy

Poniższa tabela podsumowuje cechy trzech najczęściej spotykanych powierzchni kołnierzy.

Podsumowanie cech powierzchni kołnierzy

Rodzaje kołnierzy, powierzchnie i wykończenia - wyjaśnione!

Ten film jest częścią naszego Kursu wideo o podstawach kołnierzy

Dodatkowe zasoby

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