Rodzaje kołnierzy stalowych i ich budowa

Połączenia kołnierzowe pojawiają się wszędzie tam, gdzie rurociąg trzeba okresowo rozłączać, kontrolować albo wyposażyć w armaturę: w ciepłownictwie, instalacjach przemysłowych, stacjach pomp, zakładach chemicznych i wodociągach. Dla osoby, która zaczyna pracę z dokumentacją instalacyjną lub zamawia elementy do remontu, pierwsze zetknięcie z tabelami wymiarów i skrótami typu PN czy DN bywa zniechęcające. Tymczasem zasady budowy i oznaczania tych elementów są dość logiczne. Poniżej omówiono, z czego składa się kołnierz, jakie występują jego podstawowe odmiany, z jakich stali się je wykonuje i jak czyta się oznaczenia. Osobna część dotyczy uszczelek i śrub, bez których samo połączenie nie byłoby szczelne.

Jak zbudowany jest kołnierz stalowy i do czego służy

Kołnierz to pierścień przymocowany do końca rury, kształtki lub króćca urządzenia, wyposażony w otwory na śruby. Dwa kołnierze o zgodnych wymiarach dociska się do siebie, a między nimi umieszcza uszczelkę. Dzięki temu rurociąg można rozłączyć bez cięcia i spawania, co ułatwia montaż armatury, wymianę pomp czy przeglądy instalacji.

Najważniejsze elementy to tarcza z otworami na śruby, powierzchnia uszczelniająca oraz część łącząca z rurą: piasta, szyjka albo zwykły otwór pod spoinę. Powierzchnia uszczelniająca może być gładka, z występem lub z wpustem, a jej wykonanie wpływa na dobór uszczelki. Szeroko stosowane kołnierze stalowe łączy się z rurociągiem zwykle przez spawanie, rzadziej przez gwint lub luźne dociskanie na tulei.

Kołnierze płaskie, szyjkowe i zaślepiające w porównaniu

Kołnierz płaski ma prostą budowę: rurę wsuwa się w otwór i mocuje spoinami, zwykle obwodową i pachwinową. Jest tani i łatwy w montażu, dlatego stosuje się go przy umiarkowanych ciśnieniach i spokojnych warunkach pracy, na przykład w instalacjach wodnych czy sprężonego powietrza.

Kołnierz szyjkowy ma stożkową piastę, która stopniowo przechodzi w ściankę rury. Spoina doczołowa łączy elementy o zbliżonej grubości, a płynne przejście ogranicza koncentrację naprężeń. Z tego powodu wybiera się go przy wyższych ciśnieniach, temperaturach i obciążeniach zmiennych. Kołnierz zaślepiający, czyli ślepy, nie ma otworu przelotowego i zamyka koniec rurociągu lub króciec. Pozwala przygotować instalację do rozbudowy albo odciąć odcinek na czas prac.

• płaski: prosty, ekonomiczny, do łagodniejszych warunków,

• szyjkowy: większa wytrzymałość, spoina doczołowa,

• zaślepiający: zamknięcie końca przewodu,

• luźny na kołnierzu tulejowym: ułatwia ustawienie otworów,

• gwintowany: montaż bez spawania na mniejszych średnicach.

Gatunki stali stosowane do produkcji kołnierzy

Dobór materiału zależy od medium, temperatury i warunków otoczenia. W instalacjach ogólnego przeznaczenia stosuje się stale węglowe, na przykład typu S235JRG2 lub P250GH, a przy podwyższonej temperaturze stale kotłowe. Są łatwe do spawania i dostępne w szerokim zakresie wymiarów.

Gdy medium jest agresywne albo wymagana jest higiena, sięga się po stale nierdzewne austenityczne, takie jak 1.4301 czy 1.4404. Przy niskich temperaturach liczy się udarność, a przy gorących parach odporność na pełzanie. Szczegółowy dobór gatunku zawsze wynika z projektu instalacji i wymagań producenta urządzeń. Materiał potwierdza się dokumentem odbiorczym, a kołnierz zwykle ma wybite znaki identyfikujące.

Ciśnienie nominalne i średnica nominalna w oznaczeniach

Oznaczenie kołnierza opiera się na dwóch parametrach. DN to średnica nominalna, umowna wielkość określająca, do jakiej rury lub armatury element pasuje. Nie jest to dokładny wymiar w milimetrach, lecz liczba pomocnicza służąca do dopasowania części. PN to ciśnienie nominalne, czyli umowny stopień wytrzymałościowy, na przykład PN10, PN16 czy PN40.

Od klasy PN zależą grubość tarczy, średnica podziałowa otworów, ich liczba i średnica. Dwa kołnierze o tym samym DN, lecz różnym PN mogą więc nie pasować do siebie, mimo że rura jest identyczna. Rzeczywiste ciśnienie dopuszczalne spada też wraz ze wzrostem temperatury i zależy od materiału. W oznaczeniu pojawia się często numer typu kołnierza, na przykład 01 dla płaskiego do przyspawania czy 11 dla szyjkowego, oraz rodzaj powierzchni uszczelniającej, jak B1 lub B2.

Uszczelnienia i śruby w połączeniach kołnierzowych

Szczelność zapewnia uszczelka ściśnięta między powierzchniami. Do wody i łagodnych mediów stosuje się uszczelki z gumy lub włókien, do pary i chemii często grafitowe, PTFE albo metalowo-miękkie, na przykład spiralnie zwijane. Wybór zależy od medium, temperatury, ciśnienia i typu powierzchni uszczelniającej.

Śruby lub śruby dwustronne z nakrętkami dobiera się do wielkości otworów i klasy wytrzymałości. Dokręca się je stopniowo, na krzyż, aby docisk rozłożył się równomiernie i kołnierze nie ustawiły się skośnie. Wartości momentów dokręcania podaje producent uszczelek i projektant instalacji, bo zbyt mały docisk powoduje przecieki, a zbyt duży uszkadza uszczelkę.