CN111447723B - 一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件。该法兰组件包括一对刀口法兰盘、一个铜圈以及两条链条卡箍；一对刀口法兰盘背对背贴合设置，其密封面仍参照国家标准刀口法兰制作，铜圈作为密封圈使用，一对刀口法兰盘外部采用两条链条卡箍首尾螺栓连接进行固定和密封，拆卸安装时，仅需操作两个连接螺栓即可完成，极大地缩短了拆装时间，大大减少了操作人员被辐射时间，此外，密封圈依然选择铜圈，相较现有技术降低了密封圈的加工难度和维护成本，进一步地降低了加速器的运行成本。

Description

一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件

技术领域

本发明涉及一种法兰，具体涉及一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件。

背景技术

目前加速器真空管道上常用的是国标刀口法兰，用数十个螺栓进行锁紧密封，所用铜圈加工成本较低，可满足加速器普通真空管道接口的连接，应用技术较为成熟。

但在粒子加速器试验装置中，有部分束测设备的外腔与真空管道直接相连，而束测设备耐受辐射剂量有限，在累计吸收剂量到达一定水平后，存在较高的故障率，工作人员入场进行设备拆卸和安装时不可避免会受到辐射剂量的影响。而普通刀口法兰密封螺栓较多，拆卸和安装耗时较久，为了有效缩短拆装工作时间，降低辐射剂量对工作人员的身体伤害，需改变密封方式，缩减拆装步骤，快卸法兰是一种很好的解决方案。

但是目前常用的普通小尺寸快卸法兰采用橡胶圈密封，不适用于大尺寸加速器管道的密封要求，也不满足加速器高真空系统对密封材料释气率低、耐烘烤温度高的要求；现有技术应用了一种利用菱形截面铝制密封圈作为密封介质的快卸法兰，密封效果较好，但缺点是异型铝制密封圈加工难度大，且价格昂贵、远高于刀口法兰所用的铜密封圈，导致拆卸更换的成本较高。

发明内容

为了解决背景技术中现有快卸法兰存在的问题，本发明提供了一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件，该法兰组件在满足快卸要求的前提下，仍然选择铜圈作为密封介质，降低密封圈的加工难度和维护成本，降低加速器的运行成本。

本发明的具体技术方案是：

一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件，包括一对刀口法兰盘、一个铜圈以及两条链条卡箍；

每个刀口法兰盘包括第一级圆柱段、第二锥形过渡段以及第三级圆柱段，第一级圆柱段的直径大于第三级圆柱段直径；

一对刀口法兰盘的第一级圆柱段贴合，且两个第一级圆柱段贴合面上均设有刀口，两个刀口之间安装铜圈；其中，一对刀口法兰盘中两个所述第二锥形过渡段以及一对刀口法兰盘中第一级圆柱段的外圆面构成一个截面为梯形的凸起；

链条卡箍包括若干链条块、链条板以及链条轴；每相邻两个链条块之间通过链条板和链条轴铰接；

两条链条卡箍的两端链条块通过螺栓连接的方式对接固定，从而构成一个柔性圆环；

每个链条块上均设有一个截面为梯形的缺口，所有链条块的梯形缺口形成一个卡槽，所述卡槽与所述凸起相配合。

进一步地，所述铜圈的厚度取值范围是2.25mm至2.50mm。

进一步地，所述铜圈的处理工艺为：将铜圈置于真空度低于5×10^-4Pa的高温炉中，炉温升至250-300℃后保温1-2小时，保温结束后停止并关闭加温，自然冷却并继续保持抽真空，待炉温降至≦80℃后，关闭真空泵，充入氮气，而后打开腔门，取出铜圈。

进一步地，所述两条链条卡箍的结构完全一致。

进一步地，所述两条链条卡箍通过螺栓连接时，单侧螺栓所需锁紧力矩为45Nm至80Nm。

进一步地，所述第二锥形过渡段的锥度为20°。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出了包括一对刀口法兰盘、一个铜圈以及两条链条卡箍组成的快卸法兰组件，刀口法兰盘内部密封面仍参照国家标准刀口法兰制作，铜圈作为密封圈使用，法兰外部采用两条链条卡箍首尾螺栓连接进行固定和密封，拆卸安装时，仅需操作两个连接螺栓即可完成，极大地缩短了拆装时间，大大减少了操作人员被辐射时间，此外，密封圈依然选择铜圈，相较现有技术降低了密封圈的加工难度和维护成本，进一步地降低了加速器的运行成本。

2、本发明对铜圈的厚度和硬度进行控制，确定了铜圈处理工艺，给出了铜圈厚度尺寸，同时也给出了两条链条卡箍的锁紧力矩范围，实现了不高于1E-12Pam³/s的真空漏率，满足加速器高真空系统的要求。

附图说明

图1为法兰组件的立体结构示意图。

图2为法兰组件的剖视图。

图3为图2的局部放大图。

图4为刀口法兰盘的剖视图。

图5为图4的局部放大图。

附图标记如下：

1-刀口法兰盘、11-第一级圆柱段、12-第二锥形过渡段、13-第三级圆柱段、14-刀口、15-凸起；

2-铜圈；

3-链条卡箍、31-链条块、32-链条板、33-链条轴、34-卡槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件的具体实施结构，如图1和图2所示，包括一对刀口法兰盘1、一个铜圈2以及两条链条卡箍3；

如图3和图4所示，每个刀口法兰盘1包括第一级圆柱段11、第二锥形过渡段12以及第三级圆柱段13，第一级圆柱段11的直径大于第三级圆柱段直径13；

一对刀口法兰盘1的第一级圆柱段11贴合，且两个第一级圆柱段11贴合面上均设有刀口14，两个刀口14之间安装铜圈2；其中，一对刀口法兰盘1中两个所述第二锥形过渡段12以及一对刀口法兰盘1中第一级圆柱段11的外圆面构成一个截面为梯形的凸起15；链条卡箍3包括若干链条块31、链条板32以及链条轴33；每相邻两个链条块31之间通过链条板32和链条轴33铰接；两条链条卡箍的两端链条块31通过螺栓连接的方式对接固定，从而构成一个柔性圆环；每个链条块31上均设有一个截面为梯形的缺口，所有链条块的梯形缺口形成一个卡槽34，卡槽34与所述凸起15相配合，由于卡槽34和凸起15的截面均为梯形，采用螺栓将两条链条卡箍3连接并抱箍于一对刀口法兰盘1上，此时一对刀口法兰盘1均受到向内的压力，从而使得一对刀口法兰盘贴合更紧，密封效果更佳。

本实施例中链条卡箍3中的链条块31数量可视刀口法兰盘1直径大小适当增减，从而能够满足不同口径的需求，适用性更强。

本实施例中的铜圈的厚度是范围要求的：一般为2.25mm至2.50mm；

当法兰组件的口径为DN150时，铜圈厚度为2.25mm至2.40mm；

当法兰组件的口径为DN200时，铜圈厚度为2.35mm至2.50mm；

由于该法兰组件的刀口法兰盘结构以及外部紧固方式均产生了变化，要求铜圈硬度适宜，本发明的铜圈2采用了以下处理工艺：将铜圈置于真空度低于5×10^-4Pa的高温炉中，炉温升至250-300℃后保温1-2小时，保温结束后停止并关闭加温，自然冷却并继续保持抽真空，待炉温降至≦80℃后，关闭真空泵，充入氮气，而后打开腔门，取出铜圈。

本实施例中两条链条卡箍3通过螺栓连接时，对螺栓的锁紧力矩也有一定的要求，本实施例采用的两条链条卡箍3等长且结构一致，经过测试最优的单侧螺栓锁紧力矩为：

当法兰组件的口径为DN150时，单侧螺栓锁紧力矩45Nm≤T≤55Nm；

当法兰组件的口径为DN200时，单侧螺栓锁紧力矩50Nm≤T≤80Nm。

本实施例还进行了法兰组件密封效果测试试验，具体过程是：

在某一200MeV质子应用装置上，共设置了20个直径为DN150的法兰组件和4个直径为DN200的法兰组件连接点，结合同步环管道真空泵分布，对法兰组件连接点进行分段逐一检漏，开启连接点所在段的干泵及分子泵，待真空度降低至≤5Pa后，开启检漏仪，利用氦气针头先对每个连接点中一对刀口法兰盘对接缝隙处从上至下进行喷检，当漏率高于1E-10Pam³/s时，对称性拧紧两个锁紧螺栓，直至最终，所有连接点真空漏率均达到了≤1E-12Pam³/s的要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件，其特征在于：包括一对刀口法兰盘(1)、铜圈(2)以及两条链条卡箍(3)；

每个刀口法兰盘(1)包括第一级圆柱段(11)、第二锥形过渡段(12)以及第三级圆柱段(13)，第一级圆柱段(11)的直径大于第三级圆柱段直径(13)；

一对刀口法兰盘(1)的第一级圆柱段(11)贴合，且两个第一级圆柱段(11)贴合面上均设有刀口(14)，两个刀口(14)之间安装铜圈(2)；其中，一对刀口法兰盘(1)中两个所述第二锥形过渡段(12)以及一对刀口法兰盘(1)中第一级圆柱段(11)的外圆面构成一个截面为梯形的凸起(15)；

链条卡箍(3)包括若干链条块(31)、链条板(32)以及链条轴(33)；每相邻两个链条块(31)之间通过链条板(32)和链条轴(33)铰接；

两条链条卡箍(3)的两端链条块(31)通过螺栓连接的方式对接固定，从而构成一个柔性圆环；

每个链条块(31)上均设有一个截面为梯形的缺口，所有链条块(31)的梯形缺口形成一个卡槽(34)，所述卡槽(34)与所述凸起(15)相配合；两条链条卡箍(3)连接并抱箍于一对刀口法兰盘(1)上；

所述铜圈(2)的厚度取值范围是2.25mm至2.50mm；

将铜圈置于真空度低于5×10^-4Pa的高温炉中，炉温升至250-300℃后保温1-2小时，保温结束后停止并关闭加温，自然冷却并继续保持抽真空，待炉温降至≦80℃后，关闭真空泵，充入氮气，而后打开腔门，取出铜圈；

所述两条链条卡箍(3)的结构完全一致；

所述两条链条卡箍(3)通过螺栓连接时，单侧螺栓所需锁紧力矩为45Nm 至80Nm。

2.根据权利要求1所述的应用于加速器真空系统的刀口密封型快卸法兰组件，其特征在于：

所述第二锥形过渡段(12)的锥度为20°。

Images