CN106826658B - 一种法兰连接螺栓精密紧固装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法兰连接螺栓精密紧固装置，包括壳体、步进电机、显示屏控制板、蜗杆、齿轮、齿轮轴、轴承等部件。所述的步进电机带动蜗杆转动，通过齿轮啮合带动两根齿轮轴转动。壳体底部安装有圆周转盘，在圆周转盘下固定有两个支撑杆，支撑杆的底部设有吸盘用于与法兰接触固定。显示屏控制板用于输入所需的步进电机扭矩。本发明的装置可以同时施加两个大小相同挤压力、扭矩相当的紧固力，使得密封铜圈上两点受力平均而稳固，可最大程度的避免铜圈发生位移，同时实现螺栓对称拧紧。可以根据不同的法兰尺寸调整两个轴承间距，对不同的螺栓尺寸，给转动杆配备对应尺寸的扭动头。

Description

一种法兰连接螺栓精密紧固装置及其方法

技术领域

本发明属于机械设计技术领域，涉及一种紧固装置，尤其涉及一种法兰连接螺栓精密紧固装置及其方法。

背景技术

法兰(Flange)，又叫法兰凸缘盘或突缘。法兰是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。如果不能及时治理法兰渗漏问题，在介质的冲刷下会使渗漏迅速扩大，造成物料的损失，生产环境的破坏，导致企业停机停产，造成巨大的经济损失。如果是有毒有害、易燃易爆的介质泄漏，还有可能造成人员中毒、火灾爆炸等重大事故。

平常施工法兰连接螺栓紧固过程中，几乎每一次都全凭操作工人的经验，采用普通扳手及加力杆紧固，是否达到了紧固标准或是紧固强度是否超过螺栓的最大额定值无法确定。而对于操作难度更大、精密程度更高的高真空法兰连接螺栓的紧固，无疑更加考验操作者的经验与能力。另外，对于一些特殊位置的法兰，如竖直方向等，操作要求再度大幅加大。在安装后，发生过大量的法兰泄露案例，因此寻求一套可靠的法兰连接螺栓紧固装置及其实现方法便显得尤为重要。

首先关于螺栓的紧固方面，单个法兰的密封紧固就需要至少十次以上的扭转，非常消耗体力。市面上的确有很多成熟的产品，一是以“单体”的形式，二是无法设定、调整扭矩大小。如果粗糙地采用两个紧固器，无法实现科学的同步、同扭矩指标。

关于紧固方法方面，通用的做法是先紧固一个螺栓，然后再紧固圆心对称的另一个螺栓。的确适用于普通法兰的紧固，但是对于超高真空法兰连接的紧固，在考验操作人员经验、体力的同时，存在着较大的失败率。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种法兰连接螺栓精密紧固装置该装置可用于超高真空法兰连接螺栓紧固，实现同扭矩同步实现螺栓紧固，规范了操作、降低了工作强度、难度，在无需丰富操作经验的情况下大幅提升法兰密封的安全性与成功率。

本发明的法兰连接螺栓精密紧固装置，包括外部壳体、步进电机、显示屏控制板、蜗杆、齿轮、齿轮轴、轴承。所述的步进电机带动蜗杆转动，通过齿轮啮合带动两根齿轮轴。齿轮轴一端通过轴承安装于壳体顶部，另一端延伸出壳体底部且分别安装有一个用于拧螺栓的扭动头。壳体底部安装有圆周转盘，在圆周转盘下固定有两个支撑杆。所述的支撑杆由上下两部分组成，之间通过精密弹簧连接。支撑杆的底部设有吸盘用于与法兰表面接触固定。显示屏控制板用于输入所需的步进电机扭矩。

在壳体上水平地开有若干安装孔，用于安装两齿轮轴端部的轴承，以调节两齿轮间距，以适应不同直径大小的法兰。

该装置还包括一种特制镊子，该镊子的两脚中部通过弹簧固连，一条脚的端部向内弯折，弯折后形成角度为120-150°。

本发明的法兰连接螺栓精密紧固装置，与现有技术的如下不足相比具有重大进步：

1难以在扭动过程中察觉问题；

2手动紧固，对体力消耗过大；

3对经验要求很高；

4竖直方向的法兰，密封铜圈易掉落；

5由于施力不均匀，密封铜圈易移位；

本发明的优点：

1操作方法参数化、具体化、规范化，降低了对使用者经验的要求；

2利用了圆心对称，辅助实现了两两同步、同扭矩的思路方法；

3巧妙运用了蜗杆传动，实现同步、同扭矩扭动螺栓。

4运用了平行线原理，进一步保障了法兰密封的成功率。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是支撑杆结构示意图；

图3是法兰螺栓排布示意图；

图4是标定螺栓等高线示意图；

图5是本发明中特制镊子的示意图。

图中：1、壳体；2、步进电机；3、显示屏控制板；4、电源；5、蜗杆；6、齿轮；7、轴承；8、齿轮轴；9、扭动头；10、圆周转盘；11、支撑杆；12、精密弹簧；13、薄尺；14、吸盘；15、特制镊子；16、弹簧；17、铜圈。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

参照图1-5，本发明的法兰连接螺栓精密紧固装置，包括壳体1、双输出轴步进电机2、显示屏控制板3、蜗杆5、齿轮6、轴承7。所述的双输出轴步进电机两个输出轴各连接一根蜗杆5，各蜗杆各与一个齿轮6啮合进行传动，两齿轮的齿轮轴8一端通过轴承7安装于壳体，另一端伸出壳体且分别安装有一个用于拧螺栓的扭动头9；在壳体上两扭动头之间安装有可转动的圆周转盘10，在圆周转盘上固定有两个支撑杆11，所述的支撑杆由上下两部分通过精密弹簧12连接而成，两蜗杆所形成的直线与两支撑杆端部连线平行，显示屏控制板用于输入所需的步进电机扭矩。

在壳体上水平地开有若干安装孔，用于安装两齿轮轴端部的轴承，以调节两齿轮间距，以适应不同直径大小的法兰。

在操作前，需要首先对所有进行螺栓进行等高标记，如图4。一次标记，以后再次紧固时，便可按标记线循规蹈矩、省略该步骤。

将密封铜圈放置于法兰凹槽，每一个螺丝孔插入螺栓，使用扳手或手指扭转至等高标记线处，此时只需保证法兰盖面不发生水平位移。

步进电机采用固定扭矩模式运转，使用者根据螺栓最大额定扭矩，通过显示屏控制板输入扭矩数据，如1/2额定扭矩、3/4额定扭矩。本方法采用两次连续的扭转，第一次设定为1/2额定扭矩、第二次增加为3/4额定扭矩(具体数值根据具体情况而定)。

两根等长的支撑杆通过吸盘固定于法兰表面，配合壳体下部的转盘，使得扭动头对准两颗对称的螺栓，支撑杆中间的精密压缩弹簧开始被压缩。另外，两根支撑杆上等高处还特别开有一道凹槽。使用者可以嵌入一把金属薄尺配合，用于保障两根支撑杆的同步压缩。

接下来利用平行线原理：想要实现同步、同扭矩拧螺栓，关键在于保持正在扭动的两颗螺栓间的连线与螺杆平行。但是由于不好观察，所以本发明利用螺杆与支撑杆上凹槽连线，即金属尺平行来进行判别。薄金属尺一方面可以有助于设备自动微调，保持平行；一方面方便使用者观察是否保持平行。

以拧一个具有八颗螺栓的法兰为例，完成上述固定、准备工作后，启动步进电机，使用者双手推动装置。当扭动螺栓n圈(建议3-5圈)后，卸去力量、关闭步进电机，扭动头退出螺栓①和②。支撑杆上的弹簧由压缩变成拉伸，使用者整体旋转装置。扭动杆进入③、④螺栓，重复以上步骤。

如图3，可以按照①、②，③、④,⑤、⑥，⑦、⑧的顺序分别用1/2额定扭矩紧固螺栓。然后继续新一轮转动，改用3/4额定扭矩紧固螺栓直至无法转动。

值得注意的是，最后阶段观察左右扭动头的转动。合格的密封紧固，左右扭动头扭不动时刻前后间的间距应该小于1周。因此，可以以此参数基本判定法兰是否合格紧固。

最后，可以使用一种绝对肯定的判定方法：打开待检测法兰的装置的真空泵、气压计，当气压低于10^-6pa时，用酒精往法兰密封缝隙处滴洒酒精。观察气压计变化，如果无变化，则可肯定法兰的合格紧固。

此外，本发明装置还设置有一个特制镊子，以应对竖直法兰的情况，如图5所示，该镊子15两脚中部采用弹簧16固连，一只脚端部弯折，形成角度α，为120-150°，使用时用该镊子弯折脚插入法兰底部，另一只脚紧压铜圈17，可防止铜圈松动或掉落，辅助完成竖直法兰的紧固，临近完成紧固前抽出。

本发明方法关键在于同时施加两个大小相同挤压力、扭矩相当的紧固力，使得铜圈上两点受力平均而稳固，可最大程度的避免铜圈发生位移。使用者可以根据不同的法兰尺寸调整两个轴承间距，对不同的螺栓尺寸，安装对应尺寸的扭动头，通过步进电机带动蜗杆传动两根扭动杆转动，同步、同扭矩扭紧螺栓。

Claims (3)

1. 一种法兰连接螺栓精密紧固装置，其特征在于，包括壳体、步进电机、显示屏控制板、蜗杆、齿轮、齿轮轴 、轴承，所述的步进电机带动蜗杆转动，通过齿轮啮合带动两根齿轮轴，齿轮轴一端通过轴承安装于壳体顶部，另一端延伸出壳体底部且分别安装有一个用于拧螺栓的扭动头；壳体底部安装有圆周转盘，在圆周转盘下固定有两个支撑杆；所述的支撑杆由上下两部分组成，之间通过精密弹簧连接，支撑杆的底部设有吸盘用于与法兰表面接触固定，两根支撑杆上等高处还开有一道凹槽，嵌入一把金属薄尺，显示屏控制板用于输入所需的步进电机扭矩。

2.根据权利要求1所述的法兰连接螺栓精密紧固装置，其特征在于，在所述的壳体上水平地开有若干安装孔，用于安装两齿轮轴端部的轴承，以调节两齿轮间距，适应不同直径大小的法兰。

3.根据权利要求1所述的法兰连接螺栓精密紧固装置，其特征在于，该装置还包括一种特制镊子，该镊子的两脚中部通过弹簧固连，一条脚的端部向内弯折，弯折后形成角度为120-150°。