Сравнение фланцев KF, ISO и CF

В мире существует множество фланцев для всех типов применений, таких как пар или жидкости, но вакуумные фланцы имеют свои уникальные конструкции и обозначения. Наиболее распространенными вакуумными фланцами являются фланец KF, фланец ISO и фланец CF.

Фланцы KF

Слово KF происходит от немецкого Klein Flansche, что переводится на английский язык как «маленький фланец». Эти фланцы имеют угол 15 градусов (фаску) на задней стороне и соединяются вместе с помощью конических круглых приспособлений. Изготовлены в соответствии с DIN 28403/ISO 2861. Они также являются частью стандарта Pneurop. Это бесполые фланцы, что означает, что две стороны соединения одинаковы, и во фланцах нет канавок для уплотнительных колец.

Размер фланца основан на наибольшем номинальном внутреннем диаметре трубы в миллиметрах, которую можно приварить к нему. Например, сквозное отверстие фланца KF25 составляет 25 мм или около одного дюйма. В США принято, что трубка, приваренная к фланцу, имеет номинальный размер в дюймах, и он будет близок, но не точно соответствует миллиметровому обозначению. Компоненты, произведенные за пределами США, обычно используют трубки с метрическим внутренним диаметром.

Стандартные размеры KF10, KF16, KF25, KF40 и KF50. Реже встречаются размеры KF20 и KF32. Есть несколько других названий этой системы фланцев, например NW, QF, DIN и ISO-KF, но все эти фланцы идентичны.

Принцип работы таков: между двумя фланцами помещается центрирующее кольцо, удерживающее уплотнительное кольцо, а затем фланцы выравниваются и сближаются. Зажим с барашковой гайкой (также доступны цепные зажимы) помещается вокруг двух поверхностей фланцев, и барашковая гайка затягивается. Две поверхности фланцев прижимаются друг к другу, сжимая при этом уплотнительное кольцо.

Эти фланцы используются в диапазоне давлений от атмосферного до 1×10-8 торр или мбар. Диапазон рабочих температур и температур прогрева зависит от материала уплотнительного кольца. Наиболее распространенным материалом для уплотнительных колец является фторкаучук (витон-А), который подходит для диапазона рабочих температур от 32 до 356 градусов по Фаренгейту (от 0 до 180 градусов по Цельсию) и может подвергаться кратковременному воздействию температур в диапазоне от -15°F до 400°F (от -26° до 204°C). Коэффициент утечки и проницаемости этих фланцев с FKM составляет 1×10-9 станд. см3/сек гелия.

Наиболее распространенным материалом для этих фланцев является нержавеющая сталь 304/304L, но также доступны другие материалы, такие как алюминий 316L, 316LN и 6061.

Фланцы ISO

Другим метрическим фланцем, который больше, чем фланцы KF, являются фланцы ISO. Подобно фланцам KF, они используют центрирующее кольцо для уплотнения. Они производятся в соответствии со стандартом DIN 28404/ISO 1609. Они также являются частью стандарта Pneurop. Это бесполые фланцы; однако в некоторых случаях один из двух фланцев будет иметь резьбовые отверстия, и тогда два фланца не будут идентичными.

Размер фланца основан на наибольшем номинальном внутреннем диаметре трубы в миллиметрах, которую можно приварить к нему. Например, сквозное отверстие фланца ISO 100 составляет 100 мм или около четырех дюймов. В США принято, что трубка, приваренная к фланцу, имеет номинальный размер в дюймах, и он будет близок, но не точно соответствует миллиметровому обозначению. Компоненты, произведенные за пределами США, обычно используют трубки с метрическим внутренним диаметром.

Стандартные размеры: ISO 63, ISO 100, ISO 160, ISO 200, ISO 250, ISO 320, ISO 400, ISO 500 и ISO 630. Менее распространен размер ISO 80. Хотя в спецификации ISO указан максимальный размер 630 мм, те же принципы проектирования используются для изготовления фланцев большего размера. Их часто (но неправильно) называют размерами ISO 800, ISO 1000, ISO 1250 и ISO 1320.

Существует два различных метода соединения фланцев: 1. Болты (ISO-F) или 2. Кулачковые зажимы (ISO-K). Эти два фланца выглядят совершенно по-разному, но их можно соединить вместе с помощью полукулачкового зажима. Соглашения об именах могут немного сбивать с толку, поскольку приведенные выше фланцы KF часто называют фланцами ISO-KF, а два типа более крупных фланцев ISO — это ISO-K и ISO-F.

Эта система фланцев также известна под несколькими другими названиями, такими как DIN XXX ISO (где XXX — обозначение размера), ISO LF (аналогично ISO-K), ISO LFB (аналогично ISO-F).

Фланцы ISO-K имеют канавку, прорезанную в задней части фланца, чтобы кулачковый зажим мог захватить его. Поскольку буква «К» звучит так же, как «С», может быть полезно помнить, что для ISO-K требуется кулачковый зажим.

Фланцы ISO-F имеют отверстия во фланце, которые можно использовать для соединения двух фланцев болтами. Эти отверстия чаще всего представляют собой сквозные отверстия, в которые через оба фланца вставляется болт; тем не менее, отверстия также можно нарезать там, где нет доступа, чтобы поместить гайку (или кольцо с гайкой) за одним из фланцев. Полезно помнить, что фланец ISO-F плоский и на нем нет канавки для кулачкового зажима.

Когда два фланца ISO-F скреплены болтами, синхронизация отверстий под болты может повлиять на выравнивание и нивелирование двух элементов, соединенных фланцами. Для многих фланцевых устройств, таких как насосы и манометры, схема отверстий под болты охватывает горизонтальные и вертикальные осевые линии фланцев. В других случаях отверстия под болты будут ориентированы по центральным линиям. Чтобы решить эту проблему, доступны вращающиеся фланцы ISO. В этом случае внутренний диаметр фланца, на котором расположено центрирующее кольцо, является фиксированным, а схема отверстий под болты является второй частью, которая может поворачиваться на любой угол для идеального выравнивания. Фланцы ISO-K не имеют этой проблемы.

Принцип работы таков: между двумя фланцами помещается центрирующее кольцо, удерживающее уплотнительное кольцо, а затем фланцы выравниваются и сближаются. Затем фланцы соединяются кулачковыми зажимами (для и ISO-K), болтами (для и ISO-F) или полукулачковым зажимом (при соединении ISO-K с ISO-F). В каждом случае при затягивании болтов центрирующее кольцо сжимается, создавая герметичное уплотнение.

Эксплуатационные характеристики аналогичны фланцам ISO-KF. Их можно использовать в диапазоне давлений до 1×10-8 торр или мбар. Диапазон рабочих температур и температур прогрева зависит от материала уплотнительного кольца. Наиболее распространенным материалом для уплотнительных колец является фторкаучук (витон-А), который подходит для диапазона рабочих температур от 32 до 356 градусов по Фаренгейту (от 0 до 180 градусов по Цельсию) и может подвергаться кратковременному воздействию температур в диапазоне от -15°F до 400°F (от -26° до 204°C). Коэффициент утечки и проницаемости этих фланцев с FKM составляет 1×10-9 станд. см3/сек гелия.

Наиболее распространенным материалом для этих фланцев является нержавеющая сталь 304/304L, но также доступны другие материалы, такие как алюминий 316L, 316LN и 6061.

Фланцы CF

Термин CF изначально произошел от названия Conflat Flange. Однако слово Conflat было торговой маркой Varian Corporation, и фланцы стали настолько популярными, что многие компании производят и используют их. Таким образом, хотя их можно назвать конфлатированными фланцами, более широко используется сокращенное название CF.

Фланец CF использует металлическое уплотнение и предназначен для приложений с более высоким вакуумом, где проницаемость уплотнительного кольца имеет большое значение для газовой нагрузки. Поскольку все детали выполнены из металла, их также можно использовать, когда требуется отжиг при более высокой температуре.

Молекула гелия имеет диаметр 280 пикометров (11 х 10-9 дюймов). Эта молекула может мигрировать через все резиновые смеси и проходить через все крошечные отверстия. Зеркальная поверхность, которая выглядит идеально для человеческого глаза, в лучшем случае составляет от 0,02 до 0,05 мкм RA. При 0,02 RA молекула гелия в 71 раз меньше шероховатости этой поверхности. Для сравнения, пики и впадины на зеркальной поверхности выглядели бы как небоскребы с точки зрения молекулы гелия. Как поясняется ниже, фланцы CF сконструированы таким образом, что через фланцевое соединение не могут проходить газы, в том числе гелий, который используется для проверки герметичности.

Размеры фланцев обычно определяются внешним диаметром фланца в дюймах. Это сильно отличается от фланцев KF и ISO. Размер обычно используется CF1.33, CF2.75, CF4.50, CF6.00, CF8.00, CF10.00, CF12.00, CF14.00 и CF16.50. Другими менее часто используемыми размерами являются CF2.12, CF3.38, CF4.62, CF6.75 и CF13.25. Они изготовлены в соответствии со стандартом ISO 3669-2. Десятичная точка обычно опускается в номерах деталей, поэтому фактический внешний размер CF275 составляет 2,75 дюйма. Размеры отверстий под болты (или резьбы, если отверстие представляет собой метчик) обычно метрические, но они также бывают с отверстиями дюймового размера и дюймовой резьбой.

Это фланцы без пола, но в целях проектирования важно обращать внимание на то, какие отверстия являются резьбовыми, а какие сквозными, иначе фланцы могут не соединяться болтами.

Принцип действия таков: в оба ответных фланца врезается лезвие ножа. Затем между двумя фланцами помещается металлическая прокладка из более мягкого материала (обычно из меди). Когда болты затягиваются, лезвия ножей врезаются в медь с обеих сторон, создавая герметичное уплотнение. Аналогично фланцам ISO доступны поворотные фланцы CF, состоящие из 2 частей. На рисунке ниже слева показан вращающийся фланец.

Эти фланцы используются в диапазоне давлений от атмосферного до 1×10-12 торр или мбар, а максимальная температура прокаливания составляет 842 градуса по Фаренгейту (450 градусов по Цельсию) со стандартными медными прокладками.

Наиболее распространенным материалом для этих фланцев является нержавеющая сталь 304/304L, но также доступны другие материалы, такие как 316L и 316LN. GNB также продает биметаллические фланцы CF. Типичным применением является приварка фланцев CF с ножевыми кромками из нержавеющей стали к алюминиевым полостям.