Блог

Фланецтік қосылыстың бүтіндігі үшін шпилькалық болттардың алдын ала керілуі неге маңызды

Сығылу механикасы: прокладканың сығылуы қандай жағдайда тұрақты шпилькалық болттардың алдын ала керілуіне тәуелді

Прокладкалармен жұмыс істеу мәселесі фланецтің жақтары бойынша біркелкі қысым қамтамасыз етуге негізделген, ол шпилькалық болттар дәл қажетті деңгейде керілген кезде ғана орындалады. Егер керілу күші жеткілікті болмаса, микроскопиялық саңылаулар пайда болады да, сондықтан сорылулар пайда болады. Ал керілу күші артық болса, прокладка немесе толығымен сығылады, немесе орнынан ығысады. Зерттеулер көрсеткендей, болттың сынғанға дейін шыдай алатын максималды күшінің шамамен 80%-ынан аспайтын керілу күші ең жақсы герметизацияны қамтамасыз етеді және өзі болттарға зиян келтірмейді (бұл 2020 жылы CJME журналында жарияланған). Нақтырақ айтқанда, ASME B16.5 стандартына сәйкес жасалған фланецтер өндірушілердің мақсатты түрде көрсеткен шектерінде жұмыс істеген кезде ең жақсы нәтиже береді.

Авариялық режімдерді түсіндіру: Шынығып жасалған фланецті жүйелерде артық күшпен бұрау мен жеткіліксіз алдын ала керілу

Фланецті қосылыстың сенімділігін бұзатын екі негізгі авариялық режім:

1. Артық күшпен бұрау
   Болттың ағу шегінен асып кету пластикті деформацияны бастайды және циклдық төзімділікті 60% дейін төмендетеді (CJME, 2020). Осының салдары ретінде тістің қызуы және фланецтің бұрмалануы пайда болады — бұлар екеуі де жүктеменің таралуын нашарлатады және сақиналаудың босаюын жеделдетеді.

2. Жеткіліксіз алдын ала керілу
   Айналып тұратын жабдықтардан туындайтын тербеліс жеткіліксіз керілген қосылыстарды тез босатады. 2023 жылғы Plant Engineering зерттеуінде көмірсутектік сорғылардан болатын құйылыстардың 83%-ы жеткіліксіз алдын ала керілумен байланысты екендігі анықталды; бұл уақыт өте келе кернеу коррозиясына және ползучестьке әкеледі.

Күрделі орнату әдістері — мысалы, ультрадыбыстық керілу бақылауы — айналдырушы моменттің ауытқуын жояды және қысқыштың тұрақты жүктемесін қамтамасыз етеді. Дұрыс керілген сақиналы болттар термиялық циклдан кейін қалыпты айналдырушы моментпен керілген болттарға қарағанда қалдық қысу күшін 90%–ға дейін көбірек сақтайды.

Сіздің қолданысыңыз үшін дұрыс сақиналы болт материалы мен сыныбын таңдау

ASTM материалын жұптау бағдарламасы: сақиналы болттарды (A193, A320, A453) сәйкес гайкалармен (A194) сәйкестендіру

Гальваникалық коррозия, тісті беттердің қысылуы (thread galling) және уақыт өте келе құнды алғашқы керілу (preload) шамасының жоғалуы сияқты проблемалардан айналып өту үшін дұрыс материалдарды дұрыс таңдау өте маңызды. Мысалы, ASTM A193 стандартына сәйкес хром-молибден қорытпалы сақиналы болттар (stud bolts) бу жүйелері сияқты ыстық орталарда өте жақсы жұмыс істейді. Осындай болттармен жұмыс істеген кезде әрқашан A194 Grade 2H гайкаларын таңдаңыз, себебі олар 450 °C-қа дейінгі температурада термиялық кеңеюге төзімді. Енді егер біз –150 °C-тан төменгі температурада жұмыс істейтін өте суық орталар туралы сөз қозғасақ, онда ASTM A320 Grade L7 болттары мен соққыға төзімді (impact tested) A194 Grade 7 гайкалары міндетті түрде қажет болады. Неге? Себебі СПГ (LNG) қондырғыларында өте суық жағдайларда осы комбинация сусыз (brittle) сынудың пайда болуын болдырмауға көмектеседі. Коррозия үлкен қауп төндіретін орындар үшін A453 Grade 660 (сонымен қатар A286 деп те белгілі) балқытылған болаттан жасалған сақиналы болттарды қарастырыңыз. Бұл болттар басқа көптеген нұсқаларға қарағанда тот басудан (окисление) төзімдірек. Оларды стресс-коррозиялық трещиналарға қарсы күресуге арналған химиялық өңдеу зауыттарында жиі кездесетін құбылыстарға қарсы күресу үшін A194 Grade 8 гайкаларымен қосыңыз. Дұрыс емес комбинациялар қауіпті салдарларға әкелуі мүмкін. Мысалы, хром-никель болттарды көміртекті болттармен (regular carbon nuts) қосқан кезде не болады? ASME B16.5 стандарты бойынша, нәтижесінде алғашқы керілу шамасы 70%-ға дейін төмендейді. Сондықтан кез келген болтты бұрандалауға кіріспес бұрын барлық гайка сыныптарының бір-біріне сәйкес келетінін қайта тексеріңіз.

• Аустениттік коррозияға төзімді болаттар үшін 4-клас
• Төмен легирленген болаттар үшін 7-клас
  Бұл жұмыс жағдайларында жылулық әрекеттердің сәйкестігін және орамдықтың ұзақ уақыт бойы қысылуын қамтамасыз етеді.

ASME B16.5 фланстарындағы шпильді болттардың өлшемдері мен өлшемдік стандарттары

Болт шеңберінің диаметрі, тесік саңылауы және ЖҰ/ЖҚЛ логикасы — Әрбір өлшем нені реттейді

Сенімді қосылыстар мен біркелкі жүктеме таратуын қамтамасыз ету үшін негізгі өлшемдерге Болт Шеңберінің Диаметрі (BCD), тесіктердің саңылауы, Жалпы Ұзындығы (OAL) және Фланец Қалыңдығының Коэффициенті (FTF) жатады. BCD негізінде болттар шеңбер бойымен орналасатын орынды көрсетеді. ASME B16.5 сияқты стандарттар бұл аймақта қатаң шектер орнатады, себебі олар қысымды фланецтің барлық бетіне біркелкі таратуды қажет етеді. Егер тесіктер арасындағы арақашықтық көп болса (шамамен 1,5 мм-ден астам), онда проблемалар пайда болады. Фланецтердің реттелмеуі орын алады, бұл ғасырттың белгілі бір бөліктеріне қосымша кернеу тудыруы мүмкін, нәтижесінде ғасырт қандай да бір аймақта 40%-ға дейін көбірек жұмыс істеуі мүмкін. OAL резьбалық бірігу тереңдігін көрсетеді, ал FTF фланецтің өзінің қалыңдығымен тығыз байланысты. Егер гайканың сыртында резьбаның жеткілікті ұзындығы шықпаса, температураның өзгеруі кезінде қосылыс сенімді болмайды. Саңылауды шамамен 1,5 мм шамасында ұстау қосымша кесуші күштердің пайда болуын болдырмауға және материалдардың кеңеюі мен сығылуы кезінде болттардың болжанған тәртіппен жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Тақырыптық қатарларды салыстыру: UNC, UNF және 8UN — беріктік, тербеліске төзімділік және жинақтау әсері

Дюймдық резьбалық қосылыстардың дұрыс түрін таңдау — шынығу кезінде шпилькалардың жұмыс істеу сапасына айтарлықтай әсер етеді. Көне, бірақ қолайлы UNC резьбасы механиктерге бұйымдарды жылдам жинауға мүмкіндік береді, бірақ ол тез тозады және тұрақты тербелістерге төзімділігі төмен. Ал UNF резьбасы қосымша 15–20 пайызға дейін күштірек болып келеді және уақыт өте келе ғана бекітудің босауына қарсы тұрады, әсіресе қайталанатын қозғалыс кезінде. Сондай-ақ, 8UN резьбасы деп аталатын орташа нұсқа да бар — бұл груб (ірі) резьбалық қосылыстардың жинау жылдамдығы мен жіңішке резьбалық қосылыстардың тұрақтылығын қосып береді. Бұл резьба әсіресе болттардың материалға терең енуі қажет болатын қысымдық жүйелерде кеңінен қолданылады. Салауаттық сынақтар көрсеткендей, UNF және 8UN резьбалық қосылыстардың өздігінен босауы UNC резьбалық қосылыстарға қарағанда шамамен 35 пайызға азаяды. Көптеген инженерлер көп қозғалысқа немесе қайталанатын қозғалысқа ұшырайтын бөлшектер үшін UNF резьбасын таңдайды, ал 8UN резьбасы негізінен терең резьбалық қосылыс қажет болатын қалың фланецті қосылыстарда кездеседі.

Түйінді геометриясы мен ASME B16.5 деректерін пайдаланып, дәл шпилька ұзындығын есептеу

Қадамдап орындалатын ұзындық формуласы: FTF + Прокладканың қалыңдығы + Гайканың биіктігі + Тістің енгізу шегі

Нақты stud bolt ұзындық тек номинал өлшемдерге ғана емес, барлық түйінді компоненттерінің дәл өлшеміне тәуелді. Бұл расталған формуланы қолданыңыз:

Шпилька ұзындығы = FTF (фланецтің жақтан-жаққа өлшемі)
+ Сығылған прокладканың қалыңдығы
+ Гайкалардың жалпы биіктігі
+ Тістің минималды енгізу шегі

Есімді шарттар:

• FTF : Фланецтің нақты жақтан-жаққа арақашықтығын өлшеңіз жинақтаудан бұрын , беттің жағдайындағы ақаулар мен өңдеу дәлдігін ескере отырып.
• Сыдырма қалыңдығы : Әрқашан қолданыңыз сығысқан қалыңдық (мысалы, номиналды 3 мм-дік спиральды ораулы сыдырма жүктеме кезінде шамамен 2,4 мм-ге дейін қысылады); номиналды мәндер қажетті ұзындықты шамадан тыс бағалайды.
• Резьбалы қосылыс : ASME PCC-1 стандартына сәйкес, тіректің тартылуы болт диаметрінің 1,5 еселігіне тең немесе одан көп болуы керек — бұл жүктеме кезінде резьба сынуын болдырмау үшін.

Мысал есептеу:
25 мм FTF (фланцтар арасындағы қашықтық) бар фланцтарды қосатын 12 мм диаметрлі шпилька үшін, 2 мм қысылған сыдырма мен екі 8 мм гайкаларды пайдаланғанда:
25 мм (FTF) + 2 мм (сыдырма) + 16 мм (гайкалар) + 18 мм (1,5 × 12 мм тартылу ұзындығы) = 61 мм жалпы ұзындық .

Болттың ұзындығын аз етіп таңдау фланцтардың жеткіліксіз қысу күшіне және сыдырманың босауына әкеледі; ал болттың ұзындығын көп етіп таңдау тіректің ішіне терең еніп кетуіне (тіректегі резьбалы тесіктерде) немесе қолдаусыз шығынды бөлігінің ұзындығы арқасында циклдық беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Әрқашан ASME B16.5 фланц кестелерін қолданып, максималды рұқсат етілетін тесік тереңдігі мен өлшемдік шектеулерін тексеріңіз.

Жиі қойылатын сұрақтар

Фланцтық қосылыстар үшін шпилька алдын ала тартылуы неге маңызды?

Сынақ болттарының алдын-ала керілуі — саңылау беттері бойынша біркелкі қысымды қамтамасыз ету үшін маңызды, ол саңылаулардың пайда болуын және герметизациялық бүтіндіктің сақталуын болдырмауға көмектеседі.

Фланецті қосылыстардағы жиі кездесетін ақаулық түрлері қандай?

Жиі кездесетін ақаулық түрлеріне артық бұралу (деформация мен циклдық беріктіктің төмендеуіне әкеледі) және жеткіліксіз алдын-ала керілу (қосылыстың босауы мен саңылаулардың пайда болуына әкеледі) жатады.

Сынақ болттары үшін дұрыс материалды қалай таңдаймын?

Коррозия немесе алдын-ала керілу құнының төмендеуі сияқты мәселелерден аулақ болу үшін қолданыс ортасына (мысалы, жоғары немесе төмен температурада жұмыс істеу шарттарына) сәйкес келетін материалдарды таңдаңыз.

Дұрыс сынақ болтының ұзындығын қалай есептеймін?

Формуланы қолданыңыз: Болт ұзындығы = FTF + Сығылған саңылау қалыңдығы + Біріктірілген гайка биіктігі + Минималды резьба енгізу тереңдігі. Бұл дұрыс отыруы мен сенімді қосылыстарды қамтамасыз етеді.