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フランジとは、強度を高める（I形鋼やT形鋼などの鋼梁のフランジなど）、他の物体との接触力を容易に取り付けたり伝達したりするため（パイプや蒸気シリンダーなどの端部のフランジ、トラックやトレーラーのテールランプを固定するための円形または楕円形のフランジ、カメラのレンズマウントなど）、あるいは機械やその部品の動きを安定させ、ガイドするため（レールカーや路面電車の車輪の内側のフランジなど、車輪がレールから外れるのを防ぐ）に用いられる、外側または内側の突出した隆起部、縁、または縁のことです。フランジは、ボルトサークルのパターンでボルトを使用して取り付けられることがよくあります。
フランジは、パイプに取り付けて端に縁を形成するプレートまたはリング（例えば、クローゼットフランジ）の場合もあります。ブラインドフランジは、パイプの端を覆ったり閉じたりするためのプレートです。フランジ継手は、接続部品にフランジがあり、そのフランジによって部品同士がボルトで固定されるパイプの接続方法です。
「フランジ」という言葉は一般的に継手の実際の隆起した縁や突起部分を指しますが、フランジ付きの配管継手自体もフランジと呼ばれることがよくあります。
配管工事で一般的に使用されるフランジには、サリーフランジ（ダンジーフランジとも呼ばれる）、ヨークフランジ、サセックスフランジ、エセックスフランジなどがあります。サリーフランジとヨークフランジは温水タンクの上部に取り付けられ、タンク内の水を乱すことなくすべて取り出すことができます。これらはシャワーへの水の流れを均一にするためによく使用されます。エセックスフランジは、タンクの側面に穴を開ける必要があります。
Warixフランジという種類もあり、これはYorkフランジと同じですが、シャワーの吐水口がフランジの上部にあり、通気口が側面にあります。YorkフランジとWarixフランジにはメス型アダプターが付いているため、オス型タンクに取り付けることができますが、Surreyフランジはメス型タンクに接続します。
配管部品はフランジ間でボルト締めできます。フランジは、パイプ同士、バルブ、継手、ストレーナーや圧力容器などの特殊部品との接続に使用されます。カバープレートを接続して「ブラインドフランジ」を作成することもできます。[ 1 ]フランジはボルト締めで接合され、シールはガスケットなどの方法で行われることがよくあります。スプレーガードや専用のスプレーフランジなど、漏れの影響を軽減するための機械的な手段が組み込まれる場合もあります。可燃性、揮発性、有毒、腐食性物質を処理する産業では、フランジ接続部での特別な保護がより重要になります。フランジガードは、安全性を確保するために、追加の保護レベルを提供できます。[ 2 ]
世界にはさまざまなフランジ規格が存在します。使いやすさと互換性を確保するため、これらの規格は標準化された寸法で設計されています。一般的な世界規格には、ASA/ASME（米国）、PN/DIN（欧州）、BS10（英国/オーストラリア）、JIS/KS（日本/韓国）などがあります。米国では、ASME B16.5が標準規格です（ANSIは1996年にB16.5の発行を停止しました）。ASME B16.5は、最大24インチのサイズで、クラス2500までの圧力定格のフランジを対象としています。24インチを超えるフランジは、ASME B16.47で規定されています。
ほとんどの場合、規格は互換性があります。これは、ほとんどのローカル規格がISO規格に準拠しているためです。ただし、一部のローカル規格は依然として異なっています。たとえば、ASMEフランジはISOフランジとは嵌合しません。さらに、各規格のフランジの多くは「圧力クラス」に分類されており、フランジが異なる圧力定格に対応できるようになっています。これも一般的には互換性がありません（たとえば、ASME 150はASME 300とは嵌合しません）。[ 3 ]
これらの圧力クラスには、異なる材料に対する異なる圧力および温度定格もあります。プロセスプラントや発電所向けに配管の独自の圧力クラスを開発することもできます。これらは、企業、エンジニアリング調達建設 (EPC) 請負業者、またはプロセスプラントの所有者に固有のものである場合があります。フラット フェイス フランジの ASME 圧力クラスは、クラス 125 およびクラス 250 です。リング ジョイント、タング アンド グルーブ、およびレイズド フェイス フランジのクラスは、クラス 150、クラス 300、クラス 400 (特殊)、クラス 600、クラス 900、クラス 1500、およびクラス 2500 です。[ 3 ]
フランジ面も標準化された寸法で作られており、一般的には「平面」、「隆起面」、「舌と溝」、「リングジョイント」といった形状ですが、その他の特殊な形状も可能です。
フランジの設計には、「溶接ネック」、「スリップオン」、「ラップジョイント」、「ソケット溶接」、「ねじ込み」、 「ブラインド」などがあります。[ 3 ]これらのうち、溶接ネックフランジは、構造的完全性が優れているため、高圧および高温用途で好まれています。スリップオンフランジは、設置が容易で費用対効果が高いため、低圧システムで広く使用されています。[ 4 ]ブラインドフランジは配管システムの端をシールするために使用され、ねじ込みフランジとソケット溶接フランジは通常、より小さなパイプサイズで使用されます。
ASME B16.5 または ASME B16.47、および MSS SP-44で規定された規格に従って製造されたパイプフランジ。これらは通常、鍛造材料で作られ、機械加工された表面を備えています。ASME B16.5 は、 1 / 2インチから 24 インチまでの公称パイプサイズ(NPS)を対象としています。B16.47 は、26 インチから 60 インチまでの NPS を対象としています。各規格では、フランジをさらに圧力クラスに分類しています。B16.5 では 150、300、400、600、900、1500、2500、B16.47 では、フランジを圧力クラス 75、150、300、400、600、900 に分類しています。ただし、これらのクラスはpsi 単位の最大圧力に対応するものではありません。最大圧力は、フランジの材質と温度によって異なります。例えば、クラス150フランジの最大圧力は285psi、クラス300フランジの最大圧力は740psiです（いずれもASTM a105炭素鋼、温度100 °F未満の場合）。
ガスケットの種類とボルトの種類は、一般的に規格で規定されていますが、規格によっては、詳細についてASMEボイラーおよび圧力容器規格（B&PVC）を参照している場合があります（ASME規格セクションVIIIディビジョン1付録2を参照）。これらのフランジは、ASME B31.1動力配管やASME B31.3プロセス配管などのASME配管規格で認められています。
フランジの材質は通常、ASME規格（SA-105：配管用途向け炭素鋼鍛造品の仕様、SA-266：圧力容器部品向け炭素鋼鍛造品の仕様、SA-182：高温用途向け鍛造または圧延合金鋼管フランジ、鍛造継手、バルブおよび部品の仕様）に準拠しています。さらに、ASME規格に準拠した作業において、場合によっては「業界標準」のフランジが使用されることもあります。
製品ラインナップには、SORF、SOFF、BLRF、BLFF、WNRF（XS、XXS、STD、スケジュール20、40、80）、WNFF（XS、XXS、STD、スケジュール20、40、80）、SWRF（XS、STD）、SWFF（XS、STD）、ねじ付きRF、ねじ付きFF、LJがあり、サイズは1/2インチから16インチまでです。フランジ接続に使用されるボルト材は、スタッドボルトと2つのナット（必要に応じてワッシャー）の組み合わせです。石油化学産業では、引張強度が高いASTM A193 B7 STUDおよびASTM A193 B16スタッドボルトが使用されます。
ヨーロッパのほとんどの国では、フランジは主にDIN EN 1092-1規格（鍛造ステンレス鋼または鋼製フランジ）に従って設置されています。ASMEフランジ規格と同様に、EN 1092-1規格には、溶接ネックフランジ、ブラインドフランジ、ラップフランジ、ねじ込みフランジ（NPTではなくISO7-1ねじ）、溶接カラー、プレスカラー、フランジカップリングGDプレス継手などのアダプタフランジといった基本的なフランジ形状があります。EN 1092-1（欧州規格/ユーロ規格）内のフランジのさまざまな形状は、フランジ名に含まれるタイプによって示されます。
ASMEフランジと同様に、EN1092-1鋼製およびステンレス鋼製フランジには、突起面と非突起面の異なる複数のバージョンがあります。欧州規格によれば、シールは異なる形状で示されます。
さらに、食品・飲料業界や医薬品業界などの衛生用途では、DIN 11853-2 STC に準拠したサニタリーフランジが使用されます。DIN 11853-2 に準拠したサニタリーフランジと DIN/EN フランジの主な違いは、デッドルームが制限されていることと、衛生レベル H1 から H4 に従って内面が研磨されていることです。通常、Hage Fittings のように DIN EN 1092-1 規格を取り扱っているフランジ販売業者は、保管要件が異なるため、サニタリーフランジは取り扱っていません。サニタリーフランジはよりデリケートで、清潔に保つ必要があります。通常、DIN 11853 に準拠した O リングは、FPM または EPDM で作られています。
世界のその他の地域におけるフランジは、材料、圧力定格などに関してISO規格に従って製造されており、 DIN、BSなどの現地規格もそれに合わせて調整されている。
コンパクトフランジのサイズが大きくなるにつれて、相対的に重量と構造が複雑化し、調達、設置、保守にかかるコストが高くなります。特にフランジ径が大きい場合は、取り扱いが難しく、必然的に広いスペースが必要となり、取り扱いと設置手順もより困難になります。これは、石油掘削装置などの遠隔地での設置において特に顕著です。
フランジ面の設計には、2つの独立したシールが含まれています。1つ目のシールは、フランジのかかと部分にシールの着座応力を加えることによって形成されますが、このシールの機能を確保するのは容易ではありません。
理論的には、室温においてフランジ定格の1.8倍までの圧力値まで、ヒール接触は維持される。
理論的には、フランジは、設計上の許容荷重レベルすべてにおいて、フランジ面の外周に沿って接触状態を維持する。
メインシールはIXシールリングです。シールリングの力は、応力が加わったシールリングに蓄積された弾性エネルギーによって発生します。ヒールからの漏れが発生すると、シールリング内部に内圧がかかり、シール作用が強化されます。ただし、そのためにはIXリングがリング溝内の理論上の位置に保持されている必要があり、これは取り付け時に確実に確認することが困難です。
この設計は、酸素やその他の腐食性物質への曝露を防ぐことを目的としています。これにより、フランジ面、ボルトの応力がかかる部分、およびシールリングの腐食を防ぎます。ただし、これは外側のダスリムが良好な接触状態を維持し、ボルトサークルの隙間に漏れた場合でも内部の流体が腐食性でないことを前提としています。
理論上の高性能コンパクトフランジは、公差がより厳しく、設計および設置要件が著しく高度化するため、初期費用は必然的に通常のフランジよりも高くなります。例えば、コンパクトフランジは、海底石油・ガスまたはライザー、冷間加工および極低温、ガス注入、高温、原子力用途など、幅広い用途で使用されています。
ほとんどの列車や路面電車は、主に車輪の円錐形の形状のおかげで線路から外れることなく走行できます。また、車輪と列車が線路から外れないように、片側にフランジが設けられています。これは、何らかの緊急事態や欠陥、あるいは単に曲線半径が小さすぎて円錐形の車輪踏面による通常の自動操舵がもはや有効でなくなった場合など、形状に基づく線路配置の限界に達したときに有効になります。[ 5 ]
真空フランジとは、真空チャンバー、チューブ、真空ポンプなどを相互に接続するために使用される、チューブの端に取り付けられたフランジのことです。
マイクロ波通信において、フランジとは、異なる種類の導波管を接続するためのケーブル接続部の一種である。
マイクロ波RFフランジには、CAR、CBR、OPC、PAR、PBJ、PBR、PDR、UAR、UBR、UDR、icp、UPXなど、いくつかの異なるタイプが存在する。
スキーブーツは、つま先またはかかと部分にフランジを使用してスキーのビンディングに接続します。アルペンスキーブーツのフランジのサイズと形状は、ISO 5355で標準化されています。従来のテレマークブーツとクロスカントリースキーブーツは75mmノルディック規格を使用しています が、つま先フランジは非公式に「アヒルのくちばし」と呼ばれています。最新のクロスカントリースキービンディングはフランジを完全に廃止し、代わりにソールに埋め込まれたスチールバーを使用しています。