CN111963811B - 风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置，包括：收缩段法兰，所述收缩段法兰的中部开孔为矩形，周围设有一圈密封槽，密封槽内设有密封圈，所述密封槽外围一定范围内的法兰密封面设有一圈螺纹沉孔；用于封堵收缩段法兰的盲板，所述盲板边缘为与所述法兰密封面相匹配的盲板密封面，并且设有一圈与螺纹沉孔相对应的螺栓孔；所述盲板背面设有若干肋板；连接时，盲板密封面与法兰密封面正对接触，并通过连接螺栓将盲板与收缩段法兰固定连接。用于封堵水压试验时收缩段出口法兰，本装置结构简单、操作便捷、密封效果好。

Description

风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置及方法

技术领域

本发明属于风洞水压试验技术领域，具体涉及一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置及方法。

背景技术

收缩段是风洞的主要结构部段之一，随着航空航天技术的发展对风洞的需求逐步迈入大型化，随之收缩段的结构也逐步大型化。风洞作为非标压力容器制作完成后需进行水压试验来检验设计及制造的质量，同时又因其水压试验压力较高且收缩段出口法兰口径较大且为矩形，与常规的小口径圆形法兰相比其计算繁琐（目前压力容器标准还没有矩形法兰盲板计算公式），因此给水压试验封堵造成极大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置及方法，用于封堵水压试验时收缩段出口法兰，本装置结构简单、操作便捷、密封效果好。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置，其特征在于，包括：

收缩段法兰，所述收缩段法兰的中部开孔为矩形，周围设有一圈密封槽，密封槽内设有密封圈，所述密封槽外围一定范围内的法兰密封面设有一圈螺纹沉孔；

用于封堵收缩段法兰的盲板，所述盲板边缘为与所述法兰密封面相匹配的盲板密封面，并且设有一圈与螺纹沉孔相对应的螺栓孔；所述盲板背面设有若干肋板；

连接时，盲板密封面与法兰密封面正对接触，并通过连接螺栓将盲板与收缩段法兰固定连接。

进一步地，所述盲板背面设有若干纵横布置的纵向肋板和横向肋板。

进一步地，若干纵向肋板均匀布置，若干横向肋板从上下两端向中间渐密布置。

进一步地，所述盲板背面中部的肋板上设有加强板，构成箱梁结构；当横向肋板的数量为单时，加强板覆盖中间的三个横向肋板；当横向肋板的数量为双时，加强板覆盖中间的两个或四个横向肋板。

进一步地，所述法兰密封面上设有两圈螺纹沉孔，外侧的为第一螺纹沉孔，内侧的为第二螺纹沉孔；所述盲板密封面上设有与第一螺纹沉孔和第二螺纹沉孔相对应的第一螺栓孔和第二螺栓孔，内外圈分别用第二连接螺栓和第一连接螺栓固定连接。

进一步地，所述第二螺纹沉孔内设有丝套，所述丝套端口周向均匀设有两个以上的凹口，以凹口作为焊接位置将丝套与收缩段法兰点焊固定。

进一步地，所述盲板正面设有一圈L型加强件，所述L型加强件卡住收缩段法兰中部开孔周围。

进一步地，所述L型加强件和收缩段法兰之间设有斜铁。

进一步地，所述L型加强件分为一小一大两块矩形板，分别为第一矩形板和第二矩形板，所述第一矩形板焊接在盲板上，所述第二矩形板焊接在第一矩形板上。

一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置的封堵方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、首先清理盲板密封面、法兰密封面、密封槽、丝套及螺纹沉孔；

S2、将丝套逐个安装至第二螺纹沉孔，将丝套与收缩段法兰点焊固定，点焊位置为丝套上的凹口，且焊点不能高于凹口；

S3、将密封圈安装至密封槽，安装前需清除密封圈表面的异物，并保证密封圈在密封槽内的平整；

S4、使用吊车将盲板吊起，起吊前需找出盲板的重心吊点防止起吊后盲板出现倾斜，影响盲板安装及密封；

S5、盲板与收缩段法兰贴合后，将内外圈的连接螺栓穿入螺栓孔与收缩段法兰紧固，在紧固过程中需分两组对称作业以便保证盲板预紧力的均匀性，最后采用力矩扳手整圈检查每个连接螺栓的预紧力达到设计值；

S6、通过收缩段前端的人孔，作业人员进入收缩段内部将L型加强件的第二矩形板逐个与第一矩形板对接焊接安装；

S7、待所有L型加强件安装并焊接完成后，L型加强件与收缩段法兰背面采用斜铁塞紧施加一定的预紧力，斜铁与L型加强件及收缩段法兰间进行点焊处理。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置用于封堵水压试验时收缩段出口法兰，本装置结构简单、操作便捷、密封效果好。

（2）盲板设计为平板加筋结构，为增加盲板整体强度其中部设计为箱梁式加强件；盲板构件经过整体机加而成。盲板长轴方向通过加密肋板，短轴方向中心采用箱梁式加强件结构有效解决盲板中部强度偏弱的难题。

（3）为了保护基体内圈内螺纹在法兰基体上增加丝套，以保护法兰基体内螺纹孔。内圈沉孔采用了丝套方式增加了螺栓受力面解决了因基体材料偏弱造成内部螺纹损坏的技术难题。

（4）为了提高密封性减小螺栓应力在盲板与法兰连接处设置L型加强件，同时设有双排螺栓。盲板设置L型加强件结构有效减小螺栓轴向载荷提高了密封效果。L型加强件与法兰间采用斜铁并施加一定的预紧力，在试验的升压过程中预紧力随压力的升高逐步增加有力提高密封能力。

附图说明

图1是收缩段法兰的正面示意图。

图2是盲板的背面示意图。

图3是盲板的正面示意图。

图4是盲板的立体示意图。

图5是收缩段法兰密封状态示意图。

图6是图5中AA剖视示意图。

图7是丝套的剖面示意图。

图8是丝套的端面示意图。

图中：10-收缩段法兰，11-中部开孔，12-法兰密封面，13-密封槽，14-第一螺纹沉孔，15-第二螺纹沉孔，16-密封圈；

20-盲板，21-第一螺栓孔，22-第二螺栓孔，23-纵向肋板，24-横向肋板，25-加强板，26-盲板密封面，27-第一矩形板，28-第二矩形板，29-斜铁；

30-收缩段壳体；

40-第一连接螺栓，41-第二连接螺栓，42-丝套，43-凹口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

下面以某大型风洞收缩段为例进行实施方案及工作流程的叙述，一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置，包括收缩段法兰10和用于封堵收缩段法兰10的盲板20。

如图1所示，收缩段法兰10外形尺寸150x5500x8800mm，中部开孔11尺寸为2000x6400mm，收缩段法兰10外圈设有92个Φ52mm螺栓孔。

周围设有一圈密封槽13，密封槽13内设有密封圈16。

因为收缩段法兰10外圈的92个Φ52mm螺栓孔距密封槽13较远难以实现密封，因此在密封槽13外围一定范围内的法兰密封面12设有一圈螺纹沉孔，用于进行密封。

所述盲板20边缘为与所述法兰密封面12相匹配的盲板密封面26，并且设有一圈与螺纹沉孔相对应的螺栓孔。

盲板20尺寸 120×2700×7100mm，背面采用若干 50(厚)×300mm(高) 肋板加强，包括设有若干纵横布置的纵向肋板23和横向肋板24。

其中长轴中心线弯曲应力较大处进行筋板加密，同时短轴中心线处采用筋板上加盖板的箱梁结构；若干纵向肋板23均匀布置，若干横向肋板24从上下两端向中间渐密布置（逐渐密集）；所述盲板20背面中部的肋板上设有加强板25，构成箱梁结构；当横向肋板24的数量为单时，加强板25覆盖中间的三个横向肋板24；当横向肋板24的数量为双时，加强板25覆盖中间的两个或四个横向肋板24。如图2所示。

盲板20制作完成后进行整体热处理消除应力，然后再进行整体机加工密封面及螺栓孔，如图3所示。

如图5所示，连接时，盲板密封面26与法兰密封面12正对接触，并通过连接螺栓将盲板20与收缩段法兰10固定连接。

为提高盲板20的承受力，所述法兰密封面12上设有两圈螺纹沉孔，外侧的为第一螺纹沉孔14，内侧的为第二螺纹沉孔15；所述盲板密封面26上设有与第一螺纹沉孔14和第二螺纹沉孔15相对应的第一螺栓孔21和第二螺栓孔22，内外圈分别用第二连接螺栓27和第一连接螺栓40固定连接。同时内外螺栓承受的力不一致，从经济和工艺的角度考虑，外圈设置96个M30的螺栓（第一连接螺栓40），内圈设置92个M36的螺栓（第二连接螺栓27）。

所述第二螺纹沉孔15内设有丝套42，所述丝套42端口周向均匀设有两个以上的凹口43，以凹口43作为焊接位置将丝套42与收缩段法兰10点焊固定。

连接螺栓等级为8.8级，抗拉强度约800MPa，屈服强度约640MPa，法兰基体材料为Q345R钢板，抗拉强度480Mpa，屈服强度285Mpa。两者强度值相差较大，法兰基体材料强度偏弱，螺纹应力较大时，法兰基体内螺纹易发生破坏，为保护基体内圈内螺纹在法兰受力较大的内圈上增加92xM64丝套，以保护法兰基体内螺纹孔，丝套42采用40Cr材料加工而成，丝套42端口设有紧固的凹口43，同时丝套42安装完成后，凹口43作为焊接位置将丝套42与法兰点焊固定防止其转动。

所述盲板20正面设有一圈L型加强件，所述L型加强件卡住收缩段法兰10中部开孔11周围。所述L型加强件和收缩段法兰10之间设有斜铁29。在满足盲板20刚度以外，为了减小连接螺栓载荷，在盲板20正面采用24个 L 型加强件联合连接螺栓将盲板20固定在收缩段法兰10上，增加L 型加强件作为受力件，以此减小连接螺栓轴向载荷。

所述L型加强件分为一小一大两块矩形板，分别为第一矩形板27和第二矩形板28，所述第一矩形板27焊接在盲板20上（机加工前焊接在盲板20上，与盲板20整体机加工），所述第二矩形板28焊接在第一矩形板27上。L型加强件分为上下两部分，第一矩形板27在盲板20制作时进行组焊且确保焊透，第二矩形板28需在盲板20安装后从收缩段内部安装，如图6所示。

一种风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置的封堵方法，包括以下步骤：

S1、首先清理盲板密封面26、法兰密封面12、密封槽13、丝套42及螺纹沉孔的油污和影响密封的杂物。

S2、将丝套42逐个安装至第二螺纹沉孔15，为了防止在连接螺栓拆除过程中丝套42随连接螺栓一起转动影响拆除，将丝套42与收缩段法兰10点焊固定，点焊位置为丝套42上的凹口43，且焊点不能高于凹口43，以免影响密封。

S3、将密封圈16安装至密封槽13，安装前需清除密封圈16表面的异物，并保证密封圈16在密封槽13内的平整。

S4、使用吊车将盲板20吊起，起吊前需找出盲板20的重心吊点防止起吊后盲板20出现倾斜，影响盲板20安装及密封。

S5、盲板20与收缩段法兰10贴合后，将内外圈的连接螺栓穿入螺栓孔与收缩段法兰10紧固，在紧固过程中需分两组对称作业以便保证盲板20预紧力的均匀性，最后采用力矩扳手整圈检查每个连接螺栓的预紧力达到设计值。

S6、通过收缩段前端的人孔，作业人员进入收缩段内部将L型加强件的第二矩形板28逐个与第一矩形板27对接焊接安装，L型加强件之所以分为两部分，主要是焊接时保护密封圈防止受热变形而影响密封。

S7、待所有L型加强件安装并焊接完成后，L型加强件与收缩段法兰10背面采用斜铁29塞紧施加一定的预紧力，同时为了防止在升压过程中斜铁29松动，斜铁29与L型加强件及收缩段法兰10间进行点焊处理。

以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (4)

1.风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置的封堵方法，其中风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置包括：

收缩段法兰（10），所述收缩段法兰（10）的中部开孔（11）为矩形，周围设有一圈密封槽（13），密封槽（13）内设有密封圈（16）；所述密封槽（13）外围一定范围内的法兰密封面（12）设有两圈螺纹沉孔，外侧的为第一螺纹沉孔（14），内侧的为第二螺纹沉孔（15）；

用于封堵收缩段法兰（10）的盲板（20），所述盲板（20）背面设有若干肋板；所述盲板（20）边缘为与所述法兰密封面（12）相匹配的盲板密封面（26），所述盲板密封面（26）上设有与第一螺纹沉孔（14）和第二螺纹沉孔（15）相对应的第一螺栓孔（21）和第二螺栓孔（22），内外圈分别用第二连接螺栓（41）和第一连接螺栓（40）固定连接；

连接时，盲板密封面（26）与法兰密封面（12）正对接触，并通过连接螺栓将盲板（20）与收缩段法兰（10）固定连接；

所述第二螺纹沉孔（15）内设有丝套（42），所述丝套（42）端口周向均匀设有两个以上的凹口（43），以凹口（43）作为焊接位置将丝套（42）与收缩段法兰（10）点焊固定；

所述盲板（20）正面设有一圈L型加强件，所述L型加强件卡住收缩段法兰（10）中部开孔（11）周围，所述L型加强件和收缩段法兰（10）之间设有斜铁（29）；所述L型加强件分为一小一大两块矩形板，分别为第一矩形板（27）和第二矩形板（28），所述第一矩形板（27）焊接在盲板（20）上，所述第二矩形板（28）焊接在第一矩形板（27）上；

其特征在于包括以下步骤：

S1、首先清理盲板密封面（26）、法兰密封面（12）、密封槽（13）、丝套（42）及螺纹沉孔；

S2、将丝套（42）逐个安装至第二螺纹沉孔（15），将丝套（42）与收缩段法兰（10）点焊固定，点焊位置为丝套（42）上的凹口（43），且焊点不能高于凹口（43）；

S3、将密封圈（16）安装至密封槽（13），安装前需清除密封圈（16）表面的异物，并保证密封圈（16）在密封槽（13）内的平整；

S4、使用吊车将盲板（20）吊起，起吊前需找出盲板（20）的重心吊点防止起吊后盲板（20）出现倾斜，影响盲板（20）安装及密封；

S5、盲板（20）与收缩段法兰（10）贴合后，将内外圈的连接螺栓穿入螺栓孔与收缩段法兰（10）紧固，在紧固过程中需分两组对称作业以便保证盲板（20）预紧力的均匀性，最后采用力矩扳手整圈检查每个连接螺栓的预紧力达到设计值；

S6、通过收缩段前端的人孔，作业人员进入收缩段内部将L型加强件的第二矩形板（28）逐个与第一矩形板（27）对接焊接安装；

S7、待所有L型加强件安装并焊接完成后，L型加强件与收缩段法兰（10）背面采用斜铁（29）塞紧施加一定的预紧力，斜铁（29）与L型加强件及收缩段法兰（10）间进行点焊处理。

2.根据权利要求1所述的风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置的封堵方法，其特征在于，所述盲板（20）背面设有若干纵横布置的纵向肋板（23）和横向肋板（24）。

3.根据权利要求2所述的风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置的封堵方法，其特征在于，若干纵向肋板（23）均匀布置，若干横向肋板（24）从上下两端向中间渐密布置。

4.根据权利要求3所述的风洞收缩段大口径法兰水压试验封堵装置的封堵方法，其特征在于，所述盲板（20）背面中部的肋板上设有加强板（25），构成箱梁结构；当横向肋板（24）的数量为单时，加强板（25）覆盖中间的三个横向肋板（24）；当横向肋板（24）的数量为双时，加强板（25）覆盖中间的两个或四个横向肋板（24）。

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