一种高压自紧式法兰制造技术

本发明专利技术公开了一种高压自紧式法兰ZY‑LOC，涉及一种新型管道连接器，包括套节、卡套、密封环和球型螺栓，其特征在于密封环的筋部、唇部分工形成T型，两套节夹紧筋部，在卡套作用下，与管道形成强有力的整体；两套节的密封锥面与T型密封环的两唇部分别形成密封，其优点：1.卡套主要受力，代替了传统法兰的螺栓主要受力；2.在卡套、套节作用下的密封环360°方向均匀受力；3.T型密封环的唇部随压力波动而弹性波动，弹性变形，随压力增大而密封比压增大,传统法兰压力增大，密封比压降低，即自紧密封效果更好，具有抗疲劳、抗振动、抗温差的功能；4.拆装方便，密封环可以反复使用；5.连接点的强度比管道母材更高；6.球型螺栓轴线垂直于管道中心线设置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全新的管道连接方式，特别是一种广泛用于石油、石化、化工、煤化工、船舶、冶金、航空、航天、军事、国防、合成材料等领域的管路连接。
技术介绍
法兰在工业生产装置、输送工程、航空航天、国防、军事等设备和管道上，以及设备间的连接必不可少，同时也是需求量非常大的通用件。过去一般采用传统法兰和管道连接，靠密封垫的局部塑性挤压变形来实现密封，连接的可靠性差，连接处易跑、冒、滴、漏的问题，因此事故频发，需要大量的时间去维修和保养，中断生产流程给企业带来经济损失，同时还存在安全隐患。针对现有普通法兰改进后的管道连接器，如有美国GRAYLOC、英国VECTOR、意大利G-LOK、中国成都植源机械科技有限公司ZY-LOC，四个国家产品机理一样，但结构都不一样，不可互换。传统法兰一般由与管道同向的螺栓拉紧，其密封垫多为透镜，八角、椭圆垫，当扭紧螺帽时，法兰本身会承受较大的弯矩，带压运行时，管内介质内压将使密封面压强降低，即：沿轴向松弛，从而降低连接处密封性能。为此，将加大安装的螺栓预紧力，当管道压力增大时，法兰承受的弯矩等外力增大，强韧性降低，刚度下降，需要法兰结构尺寸加大，重量增加。但法兰在工作状态下的密封性能仍然较预紧状态下低。由于连接螺栓轴线平行于管道轴向设置，在运行状态下所产生的管道系统附加载荷将直接由连接螺栓承担，同样会影响密封性能。密封环一般比法兰硬度更低，靠挤压局部塑性变形形成密封，没有自紧、自增强的功能，外力影响密封很易失效。目前，在舰船管路系统中，主要采用传统法兰及螺纹接头的连接形式，但是，高压的发射系统，高压的油循环润滑系统、过热蒸汽系统、柴油机系统的管路连接，因振动、温差应力、高压的强度不够，造成连接故障多，检修频繁，精准度下降，维护保养困难，检修时间长，安全隐患长期存在，安全事故时有发生，对人员和设备造成很大的危害。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的目的在于：提供一种全新的管道连接器--高压自紧式法兰ZY-LOC，以达到密封性能高，强韧性好，体积小，结构简单，拆装、维护方便的目的。ZY-LOC与国外同类产品基理相同，但结构都不一样，其技术方案是这样实现的：一种高压自紧式法兰ZY-LOC，主要由套节、卡套、T型密封环和球型螺母、螺栓组成，其特征在于：T型密封环由筋部和唇部组成，套节为两个，两套节夹紧T型密封环的筋部，卡套为上下两个，两卡套夹紧套节；在卡套作用下，与管道形成强有力的整体；两套节的密封锥面与T型密封环的两唇部分别形成密封。作为优选，T型密封环的唇部外斜面与套节过盈配合。作为优选，T型密封环的唇部为斜面结构，斜面的倾斜角度为β，β≥5°。作为优选，T型密封环套于套节中时，T型密封环的筋部与套节之间存在间隙h，h＞0。作为优选，两卡套夹紧套节后，两卡套之间的间隙为δ，δ≥3mm。作为优选，在卡套的夹环中部开有应力检测槽。作为优选，球型螺栓的轴线垂直于套节的轴向。本专利技术的有益效果：T型密封环两密封唇均设计为单斜面结构，加工方便，制造简单，由于设计有应力检测槽，可以很方便地通过检测槽测定初始预紧力，能够准确地根据需要设定所需预紧力，从而减小了密封环变形量，延长了使用寿命。且由于密封环与法兰端面通过锥面接触，形成一种几何弹性接触，只要弹性变量不超过屈服极限σs，无论内压P怎样波动，密封唇在套节、卡套的强有力作用下周向承受均匀压力，既能自紧密封，同时也起到了加固的作用，压力越高，自紧密封性能越好，极大地提高了法兰的抗拉、抗压、抗扭、抗弯曲、抗振动、抗疲劳、抗冲击性能，并具有结构简单，加工及维修方便的优点。由于本结构连接螺栓垂直于管道设置，只需初始预紧力即可拧紧，减小了法兰本身承受的弯矩。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构示意图。图2是本专利技术实施例1的剖面结构示意图。图3是本专利技术实施例1中的部分剖面结构示意图。图4是本专利技术实施例1中套节的结构示意图。图5是本专利技术实施例1中密封环的结构示意图。图6是T型密封环T型臂屈服强度的示意图。图7是T型密封环T型臂受力时产生如弹簧弹力的示意图。图8是套节和密封环力学模型。图9是卡套最大等效应力（VonMises）分布云图。图10是卡套变形分布云图。图11是卡套最大等效应力（VonMises）分布云图。图中标记：1.密封环；2.卡套；3.螺栓；4.套节；5.检测槽。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1传统管道连接通常采用法兰连接，法兰连接由于密封结构形式的要求，其结构尺寸往往较大，安装困难。本专利技术将双锥密封结构和卡箍紧固结构结合起来，利用本专利技术中的卡套在结构紧固方面的特点，以及双锥密封在轴向密封的特点，经过科学分析，并采用大型有限元分析软件，进行了力学计算工作，对本专利技术所述的高压自紧式法兰ZY-LOC进行强度分析与校验。本高压自紧式法兰应用环境：压力≤200MPa，温度：-196℃~1000℃。另外，由于法兰应用前景非常广泛，因此根据管路实际技术要求，经科学计算后选用相应材质的金属材料定制而成。金属环是整个法兰的核心，合格的金属环应满足当管内压力越大时，金属环的密封效果越好，即是说压力越大，“自紧”效果更佳。一、具体结构：如图1、2、3、4、5所示，一种高压自紧式法兰，主要由套节4、卡套2、密封环1、球型螺栓3和检测槽5组成，密封环1由筋部和唇部组成，筋部和唇部分工形成T型的密封环，套节4为两个，两套节4夹紧T型密封环的筋部，卡套2为上下两个，两卡套2夹紧套节；在卡套2作用下，套节与管道形成强有力的整体；两套节4的密封锥面与T型密封环的两唇部分别形成密封。T型密封环的唇部外斜面与套节过盈配合。套节4与T型密封环1的唇部外斜面接触处过盈配合而存在的过盈角度为α，5°≤α≤12°，在本实施例中α=8°。套节4与卡套2斜面配合，套节斜面的倾斜角度为θ，6°≤θ≤16°，在本实施例中θ=12°。T型密封环的唇部为斜面结构，具体来说，T型密封环1唇部外斜面的内侧为直线段，外侧为斜面，斜面的倾斜角度为β，β≥5°，在本实施例中β=6°。T型密封环套于套节中时，T型密封环的筋部与套节之间存在间隙h，h＞0，在本实施例中h=4mm。卡套2为上下两个，卡套2的两端分别设置两个螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔将上、下卡套2固定连接为一整体；球型螺栓3的轴线垂直于套节4的轴向。两卡套2夹紧套节4；两卡套2夹紧套节4后，两卡套之间的间隙为δ，δ≥3mm，在本实施例中δ=5mm。在卡套的夹环中部开有应力检测槽。二、将该高压自紧式法兰中的密封环置于两个套节之间，采用预紧螺栓拉紧上下两个卡套，将螺栓的预紧力转化为压紧密封环与套节的轴向力，使套节与密封环形成初接触，这一过程称作“就位”；继续加大螺栓预紧力，使套节与密封环产生适当线接触力，形成密封，这个过程称作“预紧”；当管道承压后，密封环出现自紧作用，形成有效的自紧密封。三、具体应用实施例：以DN100型为例说明：设计温度300℃，设计压力25MPa，密封环1采用耐高温高镍洛合金A638GR660制成，螺栓3及螺帽6采用35铬钼A制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压自紧式法兰，主要由套节、卡套、T型密封环和球型螺母、螺栓组成，其特征在于：T型密封环由筋部和唇部组成，套节为两个，两套节夹紧T型密封环的筋部，卡套为上下两个，两卡套夹紧套节，在卡套作用下，与管道形成整体；两套节的密封锥面与T型密封环的两唇部分别形成密封。

【技术特征摘要】
1.一种高压自紧式法兰，主要由套节、卡套、T型密封环和球型螺母、螺栓组成，其特征在于：T型密封环由筋部和唇部组成，套节为两个，两套节夹紧T型密封环的筋部，卡套为上下两个，两卡套夹紧套节，在卡套作用下，与管道形成整体；两套节的密封锥面与T型密封环的两唇部分别形成密封。2.根据权利要求1所述的高压自紧式法兰，其特征在于：T型密封环的唇部外斜面与套节过盈配合。3.根据权利要求1所述的高压自紧式法兰，其特征在于：T型密封环的唇部为斜面...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志，
申请(专利权)人：成都植源机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51