Фланцевое шарнирное соединение трубопроводов

Фланцевое шарнирное соединение трубопроводов

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к разъемным фланцевым шарнирным соединениям трубопроводов с диаметром проходного сечения от 40 мм до 200 мм, по которым транспортируется среда, обладающая высокой проникающей способностью и находящаяся при высокой температуре до 800°С и высоком давлении 450 кгс/см ². Соединение включает фланец со сферической поверхностью, фланец с конической поверхностью, двухбарьерную металлическую прокладку, установленную между сопрягаемыми поверхностями указанных фланцев, и стяжные болты. Металлическая прокладка выполнена из мелкозернистого гранулированного никелевого сплава типа ЭП741НП. Угловой перекос фланцев друг относительно друга достигается за счет осевого зазора между торцами фланцев и радиальных зазоров между отверстиями во фланцах и болтах. Соединение частично разгружено от радиальных сил за счет выполнения сферической поверхности одного из фланцев с радиусом Rсф, при котором угол наклона касательной к сферическим поверхностям прокладки и фланца у их периферии составляет 33°27°. Кроме того, прокладка имеет трехслойное покрытие, включающее слои никеля, серебра и смазки, совместимой с рабочей средой. Изобретение повышает надежность фланцевого соединения. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Данное изобретение относится к машиностроению и, в частности, к фланцевым разъемным шарнирным соединениям трубопроводов с диаметром проходного сечения от 40-200 мм, по которым транспортируется среда с высокой проникающей способностью, находящаяся при высокой температуре до 800°С и высоком давлении до 450 кгс/см² .

Фланцевые шарнирные соединения применяются в трубопроводных магистралях для обеспечения требуемого перекоса соединяемых элементов, с целью предотвращения в них и трубопроводах монтажных напряжений и обеспечения заданного ресурса работы с учетом выполнения многократных переборок.

В известных фланцевых шарнирных соединениях трубопроводов перекос соединяемых деталей осуществляется двумя способами: поворотом сферического ниппеля, выполненного за одно целое с патрубком трубопровода, относительно оси соединения на угол, определяемый радиальным зазором между внутренней цилиндрической поверхностью накидного фланца и цилиндрической поверхностью патрубка ниппеля; поворотом фланцев друг относительно друга в пределах осевого зазора между фланцами.

Фланцевые шарнирные соединения трубопроводов со сферическими нипелями известны, например, из патентов Великобритании №2095352, МКИ F 16 L 27/04, 1982 г., №2199101, МКИ F 16 L 27/04, 1988 г. В описанных изобретениях представлены соединения трубопроводов, в которых сферический ниппель находится во взаимодействии со сферическим штуцером и со сферической поверхностью накидного фланца. Герметизация таких соединений осуществляется с помощью металлической прокладки с двумя криволинейными поверхностями, расположенной между сопрягаемыми сферическими поверхностями штуцера и ниппеля в сужающемся к периферии соединения посадочном месте. Угол наклона касательной к сферическим поверхностям прокладки и ответной детали у их периферии составляет 10°-20°. Такие соединения применяются в основном в трубопроводах низкого давления, так как при более высоких давлениях в них возникают значительные распорные и радиальные силы, приводящие к раскрытию стыка.

Известны также фланцевые шарнирные соединения трубопроводов, выполненные в виде двух соединяемых между собой фланцев, имеющих выпуклую и вогнутую сферические поверхности. Между сопрягаемыми поверхностями фланцев установлена металлическая прокладка с внутренней и внешней криволинейными поверхностями. Прокладка зажимается в сужающемся к периферии соединения посадочном месте.

В таких соединениях прокладка и сопрягаемые с ней элементы испытывают значительные радиальные деформации, так как угол наклона касательной к сферическим поверхностям прокладки у периферии также находится в пределах 10°-20°. (Патент Великобритании №2218167, МКИ F 16 L 27/04, 1986 г.)

Угловой перекос фланцев друг относительно друга в таких соединениях обеспечивается за счет торцового зазора между фланцами и радиальных зазоров между отверстиями в обоих фланцах и стяжными болтами. При этом отверстия во фланцах выполнены расширяющимися от внешней торцовой поверхности фланца к его внутренней поверхности.

Фланцевое соединение такого типа предпочтительнее использовать в трубопроводных магистралях, имеющих свободный доступ к болтовым соединениям.

Рассмотренные выше фланцевые шарнирные соединения трубопроводов герметизируются с помощью однобарьерных металлических прокладок. Практика эксплуатации соединений с однобарьерными прокладками показала, что они не достаточно надежно уплотняют стык при высоких давлениях и высоких температурах и особенно в тех средах, которые обладают высокой проникающей способностью.

Однобарьерные металлические прокладки, которые могут быть применены в особо ответственных фланцевых соединениях, выполняются из высоколегированных никелевых сплавов типа "Nimonik" или "Inconel 718". С целью повышения герметизирующих свойств этих прокладок они покрываются "мягким" слоем материала, выбранного из группы металлов: Аg, Сu, Аu, Ni и др.

В качестве покрытия также может быть использовано комбинированное покрытие, включающее, например, никель и фторопласт. (См. патент США №5354072, НКИ 277-206 R, 1994 г.)

Указанные прокладки, тем не менее, не обеспечат герметизацию стыка в среде, обладающей высокой проникающей способностью и имеющей высокую температуру до 800°С и высокое давление до 450 кгс/см².

Прототипом изобретения является фланцевое шарнирное соединение трубопроводов, защищенное патентом СССР №1499032, МКИ F 16 L 27/04, 1989 г.

Соединение трубопроводов включает первый фланец с цилиндрической посадочной поверхностью и конической уплотнительной поверхностью, второй фланец со сферической уплотнительной поверхностью, фиксируемую стопорным кольцом двухбарьерную металлическую прокладку, расположенную между упомянутыми поверхностями фланцев, имеющую на конце, обращенном в сторону проходного сечения, два упругих уса с уплотнительными выступами и периферийное силовое кольцо с цилиндрической посадочной поверхностью, сопрягаемой с соответствующей поверхностью первого фланца, при этом наружная поверхность этого кольца выполнена сферической, а внутренняя - конической, болты со сферическими головками, ввернутыми во второй фланец, и сферические шайбы, размещенные между головками болтов и торцовой поверхностью первого фланца. Уплотнительные поверхности прокладки покрыты мягким герметизирующим покрытием (Аg, Сu, Аu, Ni и др.).

Одним из недостатков данного соединения трубопроводов является небольшой угловой перекос фланцев относительно друг друга. Это ограничивает область его применения.

Кроме того, в этом техническом решении не приведены материалы для конкретных металлических прокладок, поэтому не ясно, каким образом можно обеспечить высокую герметичность соединения в водородосодержащей среде высокой температуры и высокого давления.

В описании этого изобретения не указаны средства, с помощью которых можно существенно снизить радиальные силы, действующие на элементы соединения, поэтому также не ясно, за счет чего можно достичь повышенного ресурса работы соединения в трубопроводных магистралях высокого давления при многоцикловых нагрузках.

Задача, на решение которой направлено патентуемое изобретение, - расширение функциональных возможностей фланцевого соединения, повышение ресурсных характеристик соединения, устанавливаемых в трубопроводах, по которым транспортируется среда высокой температуры до 800°С и высокого давления до 450 кгс/см², обладающая высокой проникающей способностью, например водородосодержащая среда, с учетом многоцикловых (до 20 циклов) нагрузок с суммарной продолжительностью до 12000 с при максимальной продолжительности одного цикла до 900 с.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в расширении угловых перекосов фланцев друг относительно друга, в снижении радиальных нагрузок, действующих на элементы соединения, и в создании прокладки, обладающей достаточной длительной прочностью при высоких температурах 800°С в водородосодержащих средах и обеспечивающей высокую герметичность соединения при давлениях 450 кгс/см².

Указанная техническая задача решена за счет того, что в известном фланцевом шарнирном соединении трубопроводов, включающем первый фланец с цилиндрической посадочной и конической уплотнительной поверхностями, второй фланец со сферической уплотнительной поверхностью и фиксируемую стопорным кольцом двухбарьерную металлическую прокладку, расположенную между упомянутыми поверхностями фланцев, имеющую на конце, обращенном в сторону проходного сечения, два тонкостенных упругих уса с уплотнительными выступами и периферийное силовое кольцо с цилиндрической посадочной поверхностью, сопрягаемой с соответствующей поверхностью первого фланца, и боковыми уплотнительными поверхностями, при этом наружная поверхность этого кольца выполнена сферической, а внутренняя - конической, стяжные элементы со сферическими головками и сферические шайбы, установленные между головками стяжных элементов и торцовой поверхностью 1-го фланца, средства, позволяющие перекос фланцев друг относительно друга, сферическая поверхность 2-го фланца выполнена с радиусом Rсф, при котором угол наклона касательной к образующей сферической поверхности второго фланца и сопрягаемой с ней сферической поверхностью прокладки у их периферии составляет от 33° до 27°, а средство, позволяющее угловой перекос фланцев, обеспечивается радиальным зазором между цилиндрическими отверстиями в первом фланце и стяжными элементами, а также торцовым зазором между поверхностями обоих фланцев, при этом металлическая прокладка выполнена из жаропрочного водородостойкого гранулированного никелевого сплава с равномерной мелкозернистой структурой с изотропными во всех направлениях свойствами и имеет трехслойное герметизирующее покрытие, через которое она контактирует с уплотнительными поверхностями фланцев, при этом внутренний слой покрытия выполнен из никеля толщиной от 30 до 70 мкм, второй слой выполнен из серебра толщиной от 15 до 30 мкм, а внешний слой выполнен из неорганической антифрикционной смазки, совместимой с рабочей средой.

Кроме того, эта задача решена за счет того, что угол перекоса фланцев друг относительно друга определяется из следующего соотношения:

где А - величина осевого зазора между торцами первого и второго фланцев при их соосной сборке, мм;

Rcф - радиус сферической поверхности второго фланца и прокладки, мм;

- угол наклона касательной к образующей сферической поверхности прокладки и второго фланца, равный 33°27°,

а величина радиального зазора между стяжными элементами, ввернутыми во второй фланец, и отверстиями в первом фланце определяется из соотношения:

где Н - толщина первого фланца, мм.

Дополнительно эта техническая задача решена за счет следующих конструктивных признаков:

- выполнением стяжных болтов, резьбовые участки которых имеют диаметр больший диаметра его гладкой части на высоту резьбы;

- выполнением диаметра первого фланца большим диаметра второго фланца на величину зазора между болтами и отверстиями в первом фланце или на величину среднего зазора ‘ между указанными элементами соединения в случае выполнения отверстий в первом фланце коническими;

- использованием в качестве материала двухбарьерной прокладки сплава ЭП741НП, изготовленного по гранульной технологии со средним размером зерен 50-60 мкм, а также гранулированного никелевого сплава марки "Astroloy", NK17CDATelat;

- использованием в качестве материала фланцев никелевого сплава марки ЭП99, а также никелевого сплава марки inco625, NC22DNBelatR;

- выполнением упругих усов прокладки переменной толщины с утолщением в сторону силового кольца, при этом упругие усы имеют толщину ~0,7-1,2 мм при соотношении длины к толщине ~3,5-8,0;

- выполнением минимального зазора 0,2 мм между сопрягаемыми поверхностями стопорного кольца и второго фланца.

Существо изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 представлено сечение фланцевого соединения при осевом расположении фланцев;

на фиг.2 - сечение фланцевого соединения при перекосе осей фланцев с цилиндрическими отверстиями под болты в первом фланце;

на фиг.3 - сечение при перекосе осей фланцев с коническими отверстиями под болты в первом фланце;

на фиг.4 - фрагменты увеличенного сечения сопрягаемых элементов фланцевого соединения - I и двухбарьерной прокладкой с тремя слоями герметизирующего покрытия - II.

Фланцевое соединение (фиг.1) состоит из первого фланца 1, двухбарьерной прокладки 2, второго фланца 3, болтов 4 со сферическими головками 5, сферических шайб 6 и стопорного разрезного кольца 7. Указанные фланцы выполнены из жаропрочного никелевого сплава марки ЭП99 или никелевого сплава марки Inco625, NC22DNBelatR. На первом фланце 1 выполнена уплотнительная поверхность 8 конической формы и кольцевая проточка 9 под стопорное разрезное кольцо 7. Второй фланец 3 имеет уплотнительную сферическую поверхность 10 с радиусом кривизны Rсф. Между сопрягаемыми поверхностями стопорного кольца и второго фланца предусмотрен минимальный зазор 0,2 мм. Установка этого кольца с таким зазором по отношению к сопрягаемой поверхности второго фланца защищает прокладку от воздействия потока высокотемпературного газа. Резьбовые участки 11 болтов 4 ввернуты в соответствующие отверстия 12, выполненные во втором фланце 3. Диаметр резьбового участка 11 болтов 4 выполнен больше гладкого участка на высоту резьбы. В первом фланце 1 выполнены цилиндрические отверстия 13, диаметр которых больше диаметра гладких участков болтов 4 на величину радиального зазора . Между торцами 14 и 15 фланцев 1 и 3 образован осевой зазор А. Размеры радиального зазора и осевого зазора А подбираются таким образом, чтобы обеспечить требуемый перекос осей фланцев друг относительно друга.

На фиг.2 представлено фланцевое соединение, собранное с перекосом оси О¹-О¹ фланца 3 относительно оси О-О фланца 1 на угол , при выполнении отверстий 13 во фланце 1 цилиндрическими. При этом оси О²-О² болтов 4, как и ось О ¹-О¹ фланца 3, наклонены относительно оси О-О фланца 1 также на угол .

Ослабление сечения фланца 1 за счет выполнения в нем отверстий 13 большего диаметра по сравнению с диаметром резьбовых участков 11 болтов 4 компенсировано увеличением диаметра фланца 1 на величину радиального зазора между болтами 4 и отверстиями 13 во фланце 1.

На фиг.3 представлено фланцевое соединение, собранное с перекосом оси О¹-О¹ фланца 3 относительно оси О-О фланца 1 на угол , при выполнении отверстий 13’ во фланце 1 коническими. При этом оси О²-О² болтов 4 как и ось, О¹ -О¹ фланца 3, наклонены относительно оси О-О фланца 1 также на угол .

Ослабление сечения фланца 1 за счет выполнения в нем конических отверстий 16 большего по сравнению с диаметром резьбовых участков 11 болтов 4 компенсировано увеличением диаметра фланца 1 на величину среднего радиального зазора между болтами 4 и коническими отверстиями 16 во фланце 1 при выполнении этих отверстий расширяющимися от торцовой поверхности 14 к торцовой поверхности 17 фланца 1.

Угол перекоса фланцев 1 и 3 при выполнении отверстий во фланце 1 цилиндрическими или коническими (фиг.2, 3) определяется из следующего соотношения:

где А - величина осевого зазора между торцами первого 1 и второго 3 фланцев при их соосной сборке, мм;

Rсф - радиус сферической поверхности второго фланца 3, мм;

- угол наклона касательной к сферическим поверхностям второго фланца 3 и прокладки 2 у их периферии.

Величина радиального зазора между болтами, ввернутыми во второй фланец 3, и отверстиями в первом фланце 1, обеспечивающего перекос осей фланцев друг относительно друга, определяется из следующего соотношения:

где Н - толщина первого фланца 1, мм.

Фрагмент I увеличенного сечения фланцев 1 и 3 с прокладкой 2 показан на фиг.4.

Прокладка содержит упругие усы 18 с уплотнительными выступами 19 торообразной формы и периферийное силовое кольцо 20 с боковыми уплотнительными поверхностям: наружной - сферической 21 с радиусом Rсф и внутренней 22 - конической.

На кольце 20 прокладки со стороны большего диаметра выполнен кольцевой фиксирующий выступ 23 с внутренней заходно-центрирующей поверхностью 24. Между барьерами уплотнения, образованного выступами 19 усов 18 и поверхностями 21 и 22, в прокладке предусмотрены перепускные отверстия 25, соединенные с дренажными каналами 30 во фланце 1 для диагностирования соединения. Перепускные отверстия 25 предназначены для отвода утечки после первого барьера уплотнения и выравнивания при этом давления перед вторым барьером, а дренажные каналы 30 - для контроля утечки после первого барьера при эксплуатации устройства и гидроиспытания второго барьера в цеховых условиях.

Радиус Rсф сферической поверхности фланца 3 в этой конструкции соединения выбран таким, чтобы угол наклона касательной Е к сферической поверхности 21 фланца 3 и прокладки 2 у их периферии составлял 27°-33°. При таких значениях угла радиальная составляющая усилия в местах сопряжения указанных элементов соединения, определяющая деформацию фланца 1, будет в несколько раз меньше, чем при углах ’, равных 10°-20° (см. указанные выше аналоги). При углах =27°-30° сохраняется достаточная протяженность дуги сферического участка фланца 3, обеспечивающая выполнение требуемой длины упругих усов 18 с точки зрения их податливости для обеспечения герметичности и необходимой длины силового кольца 24 с целью обеспечения больших углов поворота осей фланцев до 6°. При углах >33° для сохранения требуемых с целью обеспечения герметичности размеров прокладки (в том числе длины упругих усов) и заданных углов перекоса необходимо значительное увеличение диаметральных габаритов и массы соединения.

Для обеспечения работоспособности и герметизирующих свойств при больших давлениях (до 450 кг/см²) и высоких температурах до 800°С при наличии водородосодержащей среды прокладка 2 выполнена из жаропрочного и водородостойкого никелевого сплава с равномерной мелкозернистой структурой и изотропными во всех направлениях свойствами и имеет трехслойное комбинированное покрытие. В качестве такого материала прокладки выбран никелевый сплав ЭП741НП. Указанный сплав получают по гранулированной технологии методом изостатического прессования. Благодаря мелкозернистой структуре и высоким физико-механическим характеристикам этого сплава стало возможным изготовить упругие усы прокладки более тонкими и податливыми.

Кроме того, в качестве материала прокладки может быть использован гранулированный сплав марки "Astroloy", NK17CDATelat-T1400.

Фрагмент II (фиг.4) поясняет состав трехслойного герметизирующего покрытия 26. Внутренний слой 27 покрытия 26 выполнен из отожженного никеля толщиной 30-70 мкм с микротвердостью ~130 кгс/мм². Никель наносится на всю поверхность прокладки гальваническим способом. Второй слой 28 покрытия 26 выполнен из серебра толщиной 15-30 мкм и имеет микротвердость ~70 кгс/мм². Серебряный слой покрытия может наносится на всю поверхность прокладки или на те ее поверхности, которые находятся в контакте с уплотнительными поверхностями фланцев и с рабочей средой. Внешний слой 29 выполнен из неорганической смазки и наносится на всю поверхность прокладки толщиной 1-5 мкм.

Мелкозернистая (со средними размерами зерен 50-60 мкм) в компакте равномерная структура сплава ЭП741НП позволила стабилизировать его свойства, существенно улучшить податливые характеристики упругих усов 19 и обрабатываемость сплава. Благодаря мелкозернистой структуре этого сплава стало возможным выполнение упругих усов 18 тонкостенными с толщиной от 0,7 до 1,2 мм. При этом упругие усы 18 выполнены с переменной по их длине утолщением в сторону силового кольца 20 при соотношении длины L к толщине М: L/М 3,5-8,0. Изотропные во всех направлениях свойства этого сплава улучшают напряженно-деформированное состояние прокладки и ее циклические характеристики.

Известные никелевые сплавы, применяемые для изготовления прокладок, не позволили создать прокладки, работоспособные при указанных выше параметрах эксплуатации, в первую очередь из-за их недостаточной длительной прочности при высоких температурах в рабочих средах.

РАБОТА УСТРОЙСТВА

Рассмотрим сборку фланцевого соединения трубопроводов, фланцы которого располагаются под углом друг относительно друга (фиг.2, 3). При сборке соединения прокладка 2 устанавливается на фланец 1, центрируется фиксирующим кольцевым выступом 23 и стопорится кольцом 7. В таком положении оси О ²-О² болтов 4 смещены относительно оси О-О фланца 1 на угол . При этом болты смещаются в отверстиях фланца 1 в пределах радиального зазора , а фланцы 1 и 3 смещаются на величину осевого зазора А. Кроме того, сферические головки 5 болтов 4 и сферические шайбы 6 также способствуют повороту болтов 4 вместе с фланцем 3 в пределах радиального зазора (’) и осевого зазора А.

Наличие радиального зазора (’) и осевого зазора А в данном фланцевом соединении позволяет создать перекос осей фланцев друг относительно друга в пределах 3°-6°.

Непосредственно перед сборкой соединения на контактирующие поверхности прокладки 2 наносится слой неорганического покрытия 29 в виде смазки. При этом в процессе монтажа соединения при наличии взаимных перемещений стыкуемых деталей смазка проникает в микронеровности уплотнительных поверхностей 21, 22 фланцев 1, 3, предотвращает повреждение серебряного слоя 28 покрытия 26 прокладки 2 и уплотнительных поверхностей фланцев 1 и 3.

При дальнейшей затяжке фиксирующий выступ 23 силового кольца 20 прокладки 2 перемещается по посадочной поверхности 24 фланца 1, происходит обжатие упругих усов 18 и деформация кольца 20 до обеспечения полного контактирования уплотнительных поверхностей этого кольца и уплотнительных выступов 19 с сопрягаемыми поверхностями фланцев 1 и 3. При этом происходит обжатие серебряного слоя 28 покрытия 26 с обеспечением необходимого контактного давления и достигается герметизация соединения.

При подаче давления высокотемпературной среды за счет эффекта самоуплотнения контактное давление на уплотнительных поверхностях выступов 19 тонкостенных упругих усов 18 увеличивается, а перемещения прокладки 2 в радиальном направлении под действием внутреннего давления в зазоре между фланцами 1 и 3, имеющем форму, сужающуюся от оси к периферии, способствует росту контактного давления на уплотнительных поверхностях соединения и дальнейшей деформации серебряного слоя 28 покрытия 26 и его проникновению в микронеровности.

Серебряный слой 28 покрытия 26 кроме герметизирующих свойств выполняет защитные функции для основного материала прокладки, являясь барьером против проникновения молекул водорода.

При совместном воздействии вибрационных нагрузок и высокой температуры происходит утонение серебряного покрытия 28 и дальнейшие функции герметизирующего покрытия наряду с серебром воспринимает слой отожженного никелевого покрытия 27, при этом наличие даже утоненного слоя серебра предотвращает проникновение молекул водорода в основной материал прокладки.

Контроль герметичности усов первого барьера уплотнения производится через отверстия 25 и дренажные каналы 30 при подаче давления вовнутрь устройства. Контроль герметичности второго барьера уплотнения производится по стыку контактных поверхностей при одновременной подаче давления вовнутрь устройства и через дренажные каналы 30.

Выполнение сферической поверхности 21 фланца 3 и силового кольца 20 прокладки 2 с радиусом сферы Rсф, при котором угол наклона касательной Е к указанным сферическим поверхностям у их периферии составляет 33°27°, обеспечивает снижение напряжений в элементах данного соединения до величин, не превышающих предельно допустимые значения длительной прочности материала прокладки с целью обеспечения необходимого ресурса при многоцикловых нагрузках.

Таким образом, совокупное использование указанных отличительных признаков позволяет создать более компактное и надежное в эксплуатации фланцевое шарнирное соединение, которое может быть применено в различных отраслях промышленности.

Целесообразно применение этого соединения в газовых магистралях высокой температуры до 800^oC и высокого давления до 450 кгс/см² с проходным сечением от 40-200 мм, особенно в магистралях, работающих при многоцикловых нагрузках (до 20 циклов) с суммарной продолжительностью до 12000 с при максимальной продолжительности одного цикла до 900 с, при транспортировке через них водородосодержащей среды с высокой проникающей способностью.

Формула изобретения

1. Фланцевое шарнирное соединение трубопроводов, включающее первый фланец с цилиндрической посадочной и конической уплотнительной поверхностями, второй фланец со сферической уплотнительной поверхностью, фиксируемую в первом фланце стопорным кольцом двухбарьерную металлическую прокладку, расположенную между упомянутыми поверхностями фланцев и имеющую на конце, обращенном в сторону проходного сечения, два тонкостенных упругих уса с уплотнительными выступами и периферийное силовое кольцо с цилиндрической посадочной поверхностью, сопрягаемой с соответствующей поверхностью первого фланца и боковыми уплотнительными поверхностями, при этом наружная поверхность этого кольца выполнена сферической, а внутренняя - конической, стяжные элементы со сферическими головками и сферические шайбы, установленные между головками стяжных элементов и торцовой поверхностью 1-го фланца, средства, позволяющие перекос фланцев относительно друг друга, отличающееся тем, что сферическая поверхность 2-го фланца выполнена с радиусом Rсф, при котором угол наклона касательной к образующей сферической поверхности второго фланца и сопрягаемой с ней сферической поверхностью прокладки у их периферии составляет 33° 27°, а средства, позволяющие угловой перекос фланцев, обеспечиваются радиальным зазором между цилиндрическими отверстиями в первом фланце и стяжными элементами, а также торцовым зазором между поверхностями обоих фланцев, при этом металлическая прокладка выполнена из жаропрочного водородостойкого гранулированного никелевого сплава с равномерной мелкозернистой структурой с изотропными во всех направлениях свойствами и имеет трехслойное герметизирующее покрытие, через которое она контактирует с уплотнительными поверхностями фланцев, при этом внутренний слой покрытия выполнен из никеля, второй слой выполнен из серебра, а внешний слой выполнен из неорганической антифрикционной смазки, совместимой с рабочей средой.

2. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что угол перекоса фланцев относительно друг друга определяется из соотношения

где А - величина осевого зазора между торцами первого и второго фланцев при их соосной сборке, мм;

Rсф - радиус сферической поверхности второго фланца и прокладки, мм;

- угол наклона касательной к образующей сферической поверхности прокладки и второго фланца, выполненный в диапазоне

33° 27°,

а величина радиального зазора между смежными элементами, ввернутыми во второй фланец, и отверстиями в первом фланце определяется из соотношения

(A + H)·tg ,

где Н - толщина первого фланца, мм.

3. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что материалом прокладки является гранулированный никелевый сплав ЭП741НП.

4. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что материалом прокладки является гранулированный никелевый сплав марки "Astroloy", NK17CDAT elat-T1400.

5. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что диаметр резьбовых участков болтов больше диаметра их гладкой части на высоту резьбы.

6. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что диаметр первого фланца больше диаметра второго фланца на величину радиального зазора между болтами и цилиндрическими отверстиями первого фланца.

7. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что отверстия под болты в первом фланце выполнены коническими, расширяющимися от внутренней торцовой поверхности первого фланца к внешней, при этом диаметр первого фланца больше диаметра второго фланца на величину среднего значения зазора между коническими отверстиями и болтами.

8. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что упругие усы прокладки имеют переменную по их длине толщину с утолщением к силовому кольцу.

9. Фланцевое соединение по п.1 или 6, отличающееся тем, что упругие усы имеют толщину 0,7-1,2 мм при отношении длины к толщине 3,5-8,0.

10. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что сплав ЭП 741 НП имеет равномерную мелкозернистую структуру со средними размерами зерен в компакте, равными 50 - 60 мкм.

11. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что материалом фланцев является никелевый сплав марки ЭП-99.

12. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что материалом фланцев является никелевый сплав марки Inco 625, NC22DNB elat R.

13. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что между сопрягаемыми поверхностями стопорного кольца и второго фланца предусмотрен минимальный зазор ~ 0,2 мм.

14. Фланцевое соединение по п.1, отличающееся тем, что никелевый слой трехслойного покрытия имеет толщину 30-70 мкм, серебряный слой имеет толщину ~ 15-30 мкм, а толщина слоя смазки ~ 1-5 мкм.

РИСУНКИ