Flanschflächen

Was ist eine Flanschfläche?

Als Kontaktflächen zur Aufnahme des Dichtungsmaterials werden unterschiedliche Arten von Flanschflächen verwendet. ASME B16.5 und B16.47 definieren verschiedene Arten von Flanschflächen, einschließlich der erhabenen Fläche sowie der großen männlichen und weiblichen Flächen, die identische Abmessungen haben, um eine relativ große Kontaktfläche bereitzustellen.

Zu den weiteren Flanschflächen, die von diesen Normen abgedeckt werden, gehören die großen und kleinen Nut- und Federflächen sowie die Ringverbindungsfläche speziell für Ringverbindungs-Metalldichtungen.

Erhöhtes Gesicht (RF)

Der Raised-Face-Flansch ist der am häufigsten in Prozessanlagen eingesetzte Typ und leicht zu identifizieren. Man spricht von einer erhabenen Fläche, da die Dichtungsflächen über die Lochkreisfläche hinausragen. Dieser Flächentyp ermöglicht die Verwendung einer breiten Kombination von Dichtungsdesigns, einschließlich Flachringplattentypen und metallischen Verbundwerkstoffen wie spiralförmig gewickelten und doppelt ummantelten Typen.

Der Zweck eines RF-Flansches besteht darin, mehr Druck auf eine kleinere Dichtungsfläche zu konzentrieren und dadurch die Druckhaltefähigkeit der Verbindung zu erhöhen. Durchmesser und Höhe sind in ASME B16.5 definiert, nach Druckklasse und Durchmesser. Die Druckstufe des Flansches bestimmt die Höhe der erhöhten Fläche.

Die typische Flanschflächenbeschaffenheit für ASME B16.5 RF-Flansche beträgt 125 bis 250 µin Ra (3 bis 6 µm Ra).

Erhöhte Gesichtshöhe

Für die Höhenmaße H und B aller auf dieser Website beschriebenen Flanschabmessungen, mit Ausnahme des Überlappungsflansches, ist es wichtig, Folgendes zu verstehen und zu beachten:

Bei den Druckklassen 150 und 300 beträgt die Höhe der erhabenen Fläche etwa 1,6 mm (1/16 Zoll). In diesen beiden Druckklassen weisen fast alle Anbieter von Flanschen in ihrem Katalog oder Prospekt die H- und B-Maße einschließlich der Dichtleistenhöhe aus. ((Abb. 1))

In den Druckklassen 400, 600, 900, 1500 und 2500 beträgt die Höhe der erhabenen Fläche etwa 6,4 mm (1/4 Zoll). In diesen Druckklassen geben die meisten Anbieter die H- und B-Maße ohne die Höhe der erhöhten Seite an. (Abb. 2)

Flaches Gesicht (FF)

Der Flat-Face-Flansch hat eine Dichtungsfläche in der gleichen Ebene wie die Lochkreisfläche. Bei Anwendungen mit Flachflanschen handelt es sich häufig um solche, bei denen der Gegenflansch oder die Flanschverbindung aus einem Gussteil besteht.

Flansche mit flacher Stirnfläche dürfen niemals mit Flanschen mit erhöhter Stirnfläche verschraubt werden. ASME B31.1 besagt, dass bei der Verbindung von Flachflanschen aus Gusseisen mit Flanschen aus Kohlenstoffstahl die erhabene Fläche am Flansch aus Kohlenstoffstahl entfernt werden muss und dass eine vollflächige Dichtung erforderlich ist. Dadurch soll verhindert werden, dass der dünne, spröde Gusseisenflansch in den Spalt springt, der durch die erhabene Fläche des Kohlenstoffstahlflansches entsteht.

Ringgelenk (RTJ)

Die Ringgelenkflansche werden typischerweise bei hohem Druck (Klasse 600 und höher) und/oder bei hohen Temperaturen über 800 °F (427 °C) eingesetzt. In ihre Stirnflächen sind Rillen eingeschnitten, in denen Stahlringdichtungen befestigt sind. Die Flansche dichten ab, wenn festgezogene Schrauben die Dichtung zwischen den Flanschen in die Nuten drücken, wodurch die Dichtung verformt (oder geprägt) wird, um einen engen Kontakt innerhalb der Nuten herzustellen und eine Metall-auf-Metall-Dichtung zu erzeugen.

Ein RTJ-Flansch kann eine erhabene Fläche mit einer eingearbeiteten Ringnut haben. Diese erhabene Fläche dient nicht als Teil der Dichtungseinrichtung. Bei RTJ-Flanschen, die mit Ringdichtungen abdichten, können die erhöhten Flächen der verbundenen und festgezogenen Flansche einander berühren. In diesem Fall trägt die komprimierte Dichtung keine zusätzliche Belastung über die Schraubenspannung hinaus, Vibrationen und Bewegungen können die Dichtung nicht weiter zerdrücken und die Verbindungsspannung verringern.

Ringdichtungen

Ringdichtungen sind metallische Dichtringe, die für Hochdruck- und Hochtemperaturanwendungen geeignet sind. Sie werden immer an speziellen Begleitflanschen angebracht, die bei richtiger Profil- und Materialauswahl eine gute und zuverlässige Abdichtung gewährleisten.

Ringdichtungen sind so konzipiert, dass sie durch „ersten Linienkontakt“ oder Keilwirkung zwischen dem Gegenflansch und der Dichtung abdichten. Indem durch die Schraubenkraft Druck auf die Dichtungsschnittstelle ausgeübt wird, fließt das „weichere“ Metall der Dichtung in die mikrofeine Struktur des härteren Flanschmaterials und erzeugt eine sehr dichte und effiziente Dichtung.

Der am häufigsten verwendete Typ ist StilRRing, der gemäß ASME B16.20 hergestellt wird und mit ASME B16.5-Flanschen der Klasse 150 bis 2500 verwendet wird. Ringverbindungen des Typs „R“ werden sowohl in ovaler als auch in achteckiger Konfiguration hergestellt.

DerAchteckigDer Ring hat eine höhere Dichtwirkung als das Oval und wäre die bevorzugte Dichtung. Allerdings kann in der Rundbodennut alten Typs nur der ovale Querschnitt verwendet werden. Das neuere Rillendesign mit flachem Boden akzeptiert entweder den ovalen oder den achteckigen Querschnitt.

Ringverbindungen des Typs R sind für die Abdichtung von Drücken bis zu 6.250 psi gemäß den Druckstufen ASME B16.5 und bis zu 5.000 psi ausgelegt.

R OVAL

R ACHTECKIG

RX

BX

DerRXTyp ist für Drücke bis 700 bar geeignet. Dieser RTJ ist in der Lage, sich selbst abzudichten. Die äußeren Dichtflächen stellen den ersten Kontakt mit den Flanschen her. Ein höherer Systemdruck verursacht einen höheren Flächendruck. Typ RX ist mit den Standard-R-Modellen austauschbar.

DerBXTyp ist für sehr hohe Drücke bis 1500 bar geeignet. Diese Ringverbindung ist nicht mit anderen Typen austauschbar und eignet sich nur für Flansche und Nuten des API-Typs BX.

Die Dichtflächen an den Ringverbindungsnuten müssen eine glatte Oberfläche von 63 Mikrozoll aufweisen und dürfen keine unerwünschten Grate, Werkzeug- oder Rattermarken aufweisen. Sie dichten durch einen anfänglichen Linienkontakt oder eine Keilwirkung ab, wenn Druckkräfte aufgebracht werden. Die Härte des Rings sollte immer geringer sein als die Härte der Flansche.

Materialauswahl

Die folgende Tabelle zeigt die am häufigsten verwendeten Materialien für Ringverbindungen.

Nut und Feder (T&G)

Die Nut- und Federflächen dieser Flansche müssen aufeinander abgestimmt sein. Auf einer Flanschfläche ist ein erhabener Ring (Zunge) auf der Flanschfläche eingearbeitet, während auf der Fläche des Gegenflansches eine passende Vertiefung (Nut) eingearbeitet ist.

Nut-Feder-Beläge sind sowohl in großen als auch in kleinen Ausführungen standardisiert. Sie unterscheiden sich von männlichen und weiblichen Dichtungen darin, dass die Innendurchmesser der Nut-Feder-Verbindung nicht bis in die Flanschbasis hineinragen und so die Dichtung an ihrem Innen- und Außendurchmesser halten. Diese sind häufig auf Pumpendeckeln und Ventilhauben zu finden.

Nut-Feder-Verbindungen haben außerdem den Vorteil, dass sie sich selbst ausrichten und als Reservoir für den Klebstoff dienen. Durch die schräge Verbindung bleibt die Belastungsachse auf einer Linie mit der Verbindung und erfordert keinen größeren Bearbeitungsvorgang.

Allgemeine Flanschflächen wie RTJ, TandG und FandM dürfen niemals miteinander verschraubt werden. Der Grund dafür ist, dass die Kontaktflächen nicht übereinstimmen und es keine Dichtung gibt, die auf der einen Seite einen Typ und auf der anderen Seite einen anderen Typ hat.

Mann und Frau (M&F)

Bei diesem Typ müssen auch die Flansche aufeinander abgestimmt sein. Eine Flanschfläche verfügt über einen Bereich, der über die normale Flanschfläche hinausragt (männlich). Der andere Flansch oder Gegenflansch verfügt über eine passende Vertiefung (weiblich), die in die Stirnfläche eingearbeitet ist.

Das weibliche Gesicht ist 3/16 Zoll tief, das männliche Gesicht ist 1/4 Zoll hoch und beide sind glatt verarbeitet. Der Außendurchmesser der weiblichen Fläche dient zur Positionierung und Halterung der Dichtung. Grundsätzlich stehen 2 Versionen zur Verfügung; die kleinen M&F-Flansche und die großen M&F-Flansche. Auf dem Gehäuse des Wärmetauschers werden üblicherweise kundenspezifische männliche und weibliche Verkleidungen verwendet, um Flansche zu kanalisieren und abzudecken.

Vor- und Nachteile von T&G- und M&F-Flanschflächen

Vorteile
Bessere Dichtungseigenschaften, genauere Positionierung und exaktere Kompression des Dichtungsmaterials, Verwendung anderer, besser geeigneter Dichtungs- und Spezialdichtungsmaterialien (O-Ringe).

Nachteile
Kommerzielle Verfügbarkeit und Kosten. Normale erhabene Oberflächen sind weitaus verbreiteter und sowohl in Bezug auf Ventile, Flansche als auch Dichtungsmaterial leicht verfügbar. Eine weitere Komplexität besteht darin, dass bei der Rohrleitungskonstruktion einige strenge Regeln angewendet werden müssen. Bestellen Sie Ventile so, dass sie auf beiden Seiten ein weibliches Ende haben, oder vielleicht auf einer Seite? Richten Sie in diesem Fall alle männlichen Enden in die Durchflussrichtung oder was auch immer? Das Gleiche gilt natürlich auch für alle Flanschverbindungen/Behälterverbindungen.