Śruby kołnierzoweInakrętki kołnierzowesą kluczowymi elementami w łączeniu systemów rurociągów i zbiorników ciśnieniowych. Ich cechy konstrukcyjne znajdują odzwierciedlenie w zintegrowanej powierzchni kołnierza na łbie śruby lub na spodzie nakrętki. Ta zintegrowana konstrukcja łączy funkcje tradycyjnych śrub i podkładek płaskich. Średnica powierzchni kołnierza jest zwykle 2,5-3 razy większa od średnicy śruby. Na przykład średnica powierzchni kołnierza śruby M20 mieści się głównie w zakresie 50-60 mm, co skutecznie zmniejsza naprężenie ściskające powierzchni połączenia poprzez zwiększenie powierzchni styku. Zgodnie z normą ASME B18.2.6, sześciokątny rozmiar przeciwległej strony śruby kołnierza jest zwiększony o około 15% w porównaniu ze zwykłymi śrubami, aby dopasować wytrzymałość konstrukcyjną powierzchni kołnierza.
Pod względem doboru parametrów technicznych, klasa wytrzymałości śrub kołnierzowych jest zazwyczaj wymagana do osiągnięcia 8,8 lub 10,9, a wytrzymałość na rozciąganie nie jest mniejsza niż odpowiednio 800 MPa i 1040 MPa. W warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia często stosuje się śruby ze stali stopowej wykonane z ASTM A193 Gr.B7, które mogą utrzymać stabilną wydajność w środowisku 450℃. Dopasowane nakrętki kołnierzowe muszą spełniać zasadę równego dopasowania wytrzymałości. Typowe specyfikacje obejmują ASTM A194 Gr.2H, a twardość jest kontrolowana w zakresie HRC22-32. Pod względem technologii obróbki powierzchni, powłoka Dacromet może zapewnić ponad 1000 godzin ochrony przed mgłą solną, podczas gdy grubość warstwy ocynkowanej ogniowo jest zwykle kontrolowana na poziomie 50-80 μm, zapewniając ponad 10 lat odporności na korozję w środowiskach zewnętrznych.
Typowe scenariusze zastosowań tego typu elementów złącznych koncentrują się na częściach połączeniowych, które wymagają wysokiego uszczelnienia i odporności na wibracje. Zestawy śrub kołnierzowych są powszechnie stosowane w połączeniach kołnierzowych rurociągów w przemyśle petrochemicznym. W rurociągach powyżej DN300 każda płyta kołnierzowa musi być wyposażona w 16-24 zestawy śrub, a siła wstępnego obciążenia musi być kontrolowana w zakresie 30%-70% granicy plastyczności materiału śruby. Połączenie kołnierzowe urządzeń obrotowych, takich jak turbiny i sprężarki, kładzie nacisk na właściwości zapobiegające luzowaniu. W tym czasie, w przypadku stosowania z nakrętkami zapobiegającymi luzowaniu Spirax, strata siły wstępnego obciążenia w warunkach wibracji może być kontrolowana w zakresie 5%. W przypadku kołnierzy wymienników ciepła z rozszerzalnością cieplną konieczne jest obliczenie naprężenia cieplnego w temperaturze roboczej i dobranie materiałów śrub o odpowiednich współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Na przykład współczynnik rozszerzalności cieplnej śrub ze stali nierdzewnej 304 wynosi 17,3×10^-6/℃. W przypadku różnicy z kołnierzami ze stali węglowej należy wykonać obliczenia kompensacyjne.
Z perspektywy analizy korzyści użytkowych główną zaletą śrub kołnierzowych jest równomierny rozkład nacisku stykowego. Powierzchnia kołnierza zmniejsza współczynnik koncentracji naprężeń o około 40%, co jest szczególnie przydatne w przypadku łączenia materiałów o niskiej wytrzymałości, takich jak żeliwo i plastik. Jednocześnie zintegrowana konstrukcja zmniejsza liczbę części i może skrócić czas instalacji o 30% w porównaniu z tradycyjną kombinacją uszczelek śrubowych w połączeniu kołnierzowym DN500. Jednak ograniczenia są również oczywiste. Struktura powierzchni kołnierza zwiększa wagę pojedynczego elementu o 20%-25%, co może mieć wpływ na instalację w kompaktowym sprzęcie o ograniczonej przestrzeni. Pod względem kosztów cena śrub kołnierzowych o tej samej specyfikacji jest o 15%-30% wyższa niż cena zwykłych śrub, ale w pozycji portu inspekcyjnego, gdzie wymagany jest częsty demontaż, jego właściwości przeciwzatarciowe mogą obniżyć koszty konserwacji. W zastosowaniach praktycznych należy pamiętać, że błąd równoległości między powierzchnią kołnierza a powierzchnią połączenia powinien być mniejszy niż 0,05 mm, w przeciwnym razie może dojść do jednostronnego przeciążenia i wczesnej awarii.
Czas publikacji: 25-03-2025