Трубопроводы состоят из труб и арматуры, которые соединяются между собой, а также с механизмами, аппаратами и другим оборудованием, входящим в состав систем и энергетических установок, при помощи путевых соединений. Эти соединения бывают разъемными и неразъемными. Тот или иной вид соединений предусматривается в зависимости от материала трубы, условного прохода и особенностей монтажа трубопровода на судне. Все виды соединений регламентированы соответствующими ГОСТами, нормалями и техническими условиями.
Фланцевые соединения. Для судовых трубопроводов чаще всего используют фланцевые соединения различных типов. Выбор типа фланцевых соединений зависит от давления рабочей среды, диаметра трубопровода и условий монтажа. В табл. 2.11 приведены существующие типы фланцев, условное давление, условный проход и температура рабочей среды. Фланцевые соединения в судостроении используют для труб условным проходом более 32 мм.
Все фланцы подразделяются на приварные и свободные. Приваренные встык фланцы применяют для трубопроводов, работающих под высоким давлением. Свободные фланцы непосредственно не привариваются к трубе, а удерживаются на ней с помощью приварного кольца или отбортовки трубы.
Использование свободных фланцев значительно облегчает изготовление и монтаж труб, так как при этом не требуется соблюдения точного соответствия отверстий фланцев отверстиям для крепежных болтов. Применение свободных фланцев на приварном кольце, а особенно на отбортовке, для медных и медно-никелевых трубопроводов дает экономию цветных металлов, так как в этом случае фланцы изготовляют из стали. При использовании свободных фланцев на отбортованных трубах не требуется приварки фланцев или колец.
Для труб из стали марок 10 и 20 применяют фланцы и кольца из стали марок Ст.З и Ст.4, для медных труб — латунные фланцы и кольца из сплава марки ЛК80-ЗЛ, для медно-никелевых труб — латунные фланцы и кольца из сплава марки Л90. Эти сплавы устойчивы к морской воде. Сплав ЛК80-ЗЛ содержит около 80 % меди, 3—4 % кремния, 14—15 % цинка; сплав Л90 — 90% меди и около 10 % цинка.
К фланцевым соединениям труб предъявляют следующие основные требования:
- поверхности фланцев, колец, а также отбортованной части труб должны быть гладкими, без раковин, трещин и других дефектов;
- внутренний диаметр плоского фланца, привариваемого к трубе, должен быть больше наружного диаметра трубы на 0,5 мм; внутренний диаметр фланцев, приваренных встык, должен соответствовать фактическому внутреннему диаметру привариваемой трубы с допускаемыми отклонениями до 0,5 мм для труб с наружным диаметром до 219 мм и 1 мм для труб с наружным диаметром более 219 мм;
- поверхности фланцев (колец) и труб должны быть очищены от ржавчины, жира и других видов загрязнений;
- для трубопроводов с давлением ру ≤ 1,6 МПа необходимо применять получистые болты, для трубопроводов с большим давлением — только чистые болты; соединение фланцев с помощью черных болтов и гаек не допускается;
- для создания необходимой плотности соединений труб между фланцами нужно устанавливать прокладки, материал которых выбирается в зависимости от параметров и рода рабочей среды (см. табл. 2.13).
С целью достижения требуемой плотности на уплотнительных поверхностях фланцевых соединений делают специальные канавки в виде двух-трех концентрических окружностей глубиной 0,5— 0,8 мм, а необходимое уплотнение соединения обеспечивается за счет обжатия прокладки во время монтажа соединения. В трубопроводах, работающих при давлении ру ≥ 2,5 МПа, применяют фланцы с выступом и впадиной. Прокладку помещают в выточку фланца и зажимают выступом другого фланца. Ширина выточки зависит от материала прокладки и обычно составляет 7—10 мм.
Штуцерные соединения. Штуцерные соединения применяют для труб с dy = 3 ÷32 мм. По назначению различают четыре типа таких соединений (рис. 2.1). Промежуточные, ввертные и накидные штуцерные соединения используются при давлении пара в трубопроводе 10 МПа, а осветительные — 4 МПа. Наибольшая допускаемая температура для штуцерных соединений из углеродистой стали 400 °С, для соединений из латуни или бронзы 260 °С. В зависимости от способа крепления к трубам штуцерные соединения подразделяются на приварные встык или внахлестку и неприварные. На рис. 2.2 показано промежуточное штуцерно-торцевое соединение, привариваемое к трубам встык.
Типы штуцерно-торцевых соединений и условия их применения одинаковы для соединений, привариваемых встык и внахлестку. Стальные детали (штуцера и ниппеля) соединяют со стальными трубами электродуговой или газовой сваркой. Латунные и бронзовые детали соединяют с медными и медно-никелевыми трубами сваркой или пайкой.
Штуцерно-торцевые соединения уплотняют прокладками. При давлении в трубопроводе ру ≤ 4 МПа для всех сред, кроме пара и воды, применяют медные рифленые отожженные прокладки, а для пара и воды — паронитовые. На отбортованных трубах используют неприварные штуцерные соединения, состоящие из штуцера и накидной гайки. Типы штуцерных соединений на отбортованной трубе при ру < 2,5 МПа и dy — З ÷ 32 мм показаны на рис. 2.3.
Отбортовка концов труб производится на специальных прессах. На отбортованной части трубы не допускаются надрывы или риски в радиальном направлении. Утонение стенки отбортованной части трубы определяется по формуле [(t – t1) /t ]• 100 %, где t — толщина стенки трубы до отбортовки, a t1 — наименьшая толщина стенки трубы после отбортовки (в районе образования бурта), и не должно превышать 15 %.
Неприварные штуцерные соединения на отбортованных трубах экономичнее других видов штуцерных соединений, так как для всех труб, в том числе медных и медно-никелевых, можно применять стальные детали штуцерных соединений, благодаря чему экономится цветной металл. Кроме того, при использовании неприварных штуцерных соединений отпадает необходимость в приварке деталей к трубам и последующей зачистке грата, а также в изготовлении ниппелей.
Фитинговые соединения. Фитинги (рис. 2.4) — это детали (угольники, муфты, тройники, крестовина) для соединения водогазопроводных труб на трубной и цилиндрической резьбе. Фитинги изготовляют из стали или ковкого чугуна. Их используют в судовых трубопроводах при температуре проводимой среды не более 175 °С и условном давлении до 1,6 МПа при условных проходах не более 40 мм и давлении до 1 МПа при условных проходах 50—100 мм.
На рис. 2.5 показано соединение труб с помощью резьбовой арматуры. При таком соединении на конце одной трубы нарезается удлиненная резьба (сгон), на которой полностью могут поместиться муфта и контргайка, на конце другой трубы — резьба длиной, равной примерно половине длины муфты. Трубы соединяют путем свинчивания муфты со сгона на другой конец трубы до конца (сбега) резьбы. Для создания необходимого уплотнения на резьбу наматывают паклю или лен на сурике или белилах и поджимают контргайку. Длины нарезаемых частей труб приведены в табл. 2.12.
Дюритовые соединения. Дюритами называют цилиндрические муфты из эластичной резины с тканевой прослойкой. Дюриты соединяются с трубами с помощью обжимных хомутов из стальной ленты. Их применяют преимущественно на судах с малым водоизмещением для соединения труб и особенно для подсоединения труб к механизмам, имеющим вибрацию. На рис. 2.6 изображены дюритовые соединения труб. Для обеспечения плотного прилегания и удержания дюрита на концах труб развальцовывают кольцевые выступы (зиги) высотой 1,5—2 мм. Иногда для этой же цели на конце трубы приваривают проволочные кольца.
Дюритовые соединения могут применяться в системах водопроводной, осушения, фановой, а также в трубопроводах систем смазки и топливоподачи с dy = 10÷80 мм, где температура среды не превышает 35 °С, а давление составляет не более 1 МПа. Для труб системы отопления используют специальные дюритовые муфты из резинового шланга на асбестовой основе. Такие шланги работают при температуре среды до 240 °С и давлении 1,35 МПа.
Трубопроводы с дюритовыми соединениями крепят к набору с помощью подвесок. Для крепления отдельных участков трубопроводов пара со значительным температурным удлинением в вертикальной плоскости рекомендуются пружинные подвески.
Дюритовые соединения по сравнению с жесткими соединениями обеспечивают эластичность соединения труб между собой и другими конструктивными узлами, значительно ускоряют и упрощают монтаж трубопровода и уменьшают его массу, увеличивают компенсирующую способность трубопровода при температурных расширениях труб и деформациях. Однако они не всегда создают необходимую плотность соединения и имеют сравнительно короткий срок службы.
Неразъемные соединения. Кроме разъемных соединений труб в настоящее время широко применяют неразъемные соединения. Их выполняют путем сварки, склеивания или пайки труб при монтаже.
Сварку производят на подкладном кольце. В зависимости от назначения трубопровода и предъявляемых к нему требований допускается сварка на остающемся стальном или удаляемом разъемном медном или керамическом кольцах. Подкладные неудаляемые цилиндрические кольца должны быть прихвачены к одному из концов трубы по направлению движения рабочей среды.
Типы сварных соединений труб из углеродистых и низколегированных сталей показаны на рис. 2.7. Для соединений на стальной муфте и внахлестку условный проход может быть < 100 мм или > 100 мм, при этом соответственно условное давление < 1 МПа или < 5 МПа при температуре < 150 °С. Для соединения встык (без подкладного кольца) условный проход может быть < 100 мм или > 100 мм, при этом соответственно условное давление будет < 2 МПа или < 10 МПа при температуре < 300 °С или < 50 °С. Трубы на подкладном кольце применяются для трубопроводов пара высоких давлений и температур. В случае использования неразъемных соединений внахлестку трубы следует располагать так, чтобы движение среды было направлено в сторону насаженного кольца.
Изготовленные при монтаже стыки называют монтажными. В чертежах трубопроводов их обозначают буквой М и индексом, соответствующим типу неразъемного соединения. Неразъемные соединения надо располагать в местах, наиболее доступных для выполнения качественной сварки в судовых условиях.
В местах прохода трубопроводов с неразъемными (бесфланцевыми) соединениями через палубы или переборки вместо переборочных стаканов устанавливают приварные кольца или фланцы, которые при монтаже трубы приваривают к ней. Кольцо можно крепить также к переборке или палубе путем сварки (рис. 2.8).
Неразъемные соединения являются самым надежным видом соединения труб: это наиболее экономичные соединения, поскольку при их использовании не требуются фланцы и крепеж, а также исключается ряд операций при изготовлении труб в цехе.
Неразъемные соединения ответственных трубопроводов выполняют встык на подкладном кольце. Для менее ответственных трубопроводов с давлением среды ру ≤ 1 МПа применяют неразъемные соединения на муфте или внахлестку, что упрощает работы по пригонке труб.
Недостаток неразъемных соединений состоит в том, что при разборке трубопроводов приходится трубы разрезать, в связи с чем в местах с большим насыщением труб, например в трюмах машинно-котельных отделений, применять неразъемные соединения не рекомендуется; нежелательно также использовать неразъемные соединения в трубопроводах, подлежащих частой разборке.
Литература
Судовые системы и трубопроводы - Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. [1988]
