CN112377509B - 一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，包括垫圈主体，所述垫圈主体的中央开设有固定孔，垫圈主体的圆周边缘沿着径向方向依次延伸出向下倾斜的蝶形结构和指示结构，所述蝶形结构和指示结构的衔接处设置有在周向方向间隔交差设置的贯穿环槽和非贯穿环槽。本发明操作简单、方便，且易于标准化批量制造，能够解决管路法兰在不同阶段、不同工况下安装后，管路法兰的紧固力矩无法检验验证的问题，可以对管路法兰在不同状态下的紧固力矩进行指示。

Description

一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈
技术领域
本发明涉及船舶建造技术领域，尤其涉及一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈。
背景技术
船舶管路系统安装一般使用法兰连接方式，根据管路系统压力、温度、介质等相应设计要求，法兰在使用螺栓、螺母进行紧固后(按船用法兰通径，所用螺径：M27～M56mm)，需要对螺栓、螺母的紧固力矩予以检验，一般为达到紧固件额定力矩的70％～100％N.M，传统检验方法通常采用力矩指示扳手进行，以指示每副螺纹紧固件达到相同、额定力矩，确保管路法兰的正常使用(主要目的：防止法兰连接出现位移裂面，并导致渗漏)。力矩检验一般在管路系统完整连接后进行，见图1和图2。
由于管路系统中的管件布置密集，操作空间存在限制，管路系统完整性连接后，传统的力矩检验方法的实行将受到极大影响。由于管路法兰是在不同施工阶段、不同工况下进行连接的，虽然可以采用螺栓螺母二次紧固方法对管路法兰的紧固力矩进行验证，但实际中依靠人工操作仍会存在各种不便(二次紧固工况较差、紧固后易存在“虚紧”现象)，最终影响检验，具体影响因素如下：
1、施工空间受限，管路系统连接后无法逐一对每对法兰进行检验；
2、不同施工阶段、不同工况下，需采用不同的螺纹紧固件力矩指示方法(力矩指示扳手、螺栓螺母二次紧固等)，对操作人员的技术要求较高，缺少一种统一且直观的力矩状态判定方法；
3、管路法兰安装由不同的施工人员进行，且紧固件安装过程中缺乏有效直观的检验手段，导致螺纹紧固件安装后达不到力矩要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，用以解决上述背景技术中存在的问题。
一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，包括垫圈主体，所述垫圈主体的中央开设有固定孔，垫圈主体的圆周边缘沿着径向方向依次延伸出向下倾斜的蝶形结构和指示结构，所述蝶形结构和指示结构的衔接处设置有在周向方向间隔交差设置的贯穿环槽和非贯穿环槽。
优选地，所述蝶形结构和指示结构衔接处的上、下端面上均设置有非贯穿环槽，上方的非贯穿环槽和下方的非贯穿环槽相对。
优选地，所述蝶形结构和指示结构的厚度均与垫圈主体的厚度相同，非贯穿环槽的槽深小于垫圈主体的厚度的一半。
优选地，所述非贯穿环槽为锥形环槽。
优选地，所述指示结构侧面的位于同一径向方向的两个相对位置处均开设有预剪切槽孔。
优选地，所述预剪切槽孔的横截面呈三角形，预剪切槽孔的开孔大小从上往下逐渐减小且其孔尖位于指示结构的下端面的边沿线上。
优选地，所述预剪切槽孔设置在相邻两个贯穿环槽之间的中间位置。
优选地，所述蝶形结构和指示结构上均设置有孔径标记和力矩标记。
优选地，所述蝶形结构和指示结构与水平面的夹角为5°-15°。
优选地，所述船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈采用碳钢或不锈钢或铜经冲轧或冲压工艺一体制造而成。
本发明的有益效果是：
1、本发明操作简单、方便，且易于标准化批量制造，能够解决管路法兰在不同阶段、不同工况下安装后，管路法兰的紧固力矩无法检验验证的问题，可以对管路法兰在不同状态下的紧固力矩进行指示，无需采用传统的利用力矩扳手或二次紧固等方式进行逐一验证，大大简化了检验流程，提高了现场施工效率。
2、本发明提供了一种直观的、标准化的安装及指示方法，且安装及使用没有额外的工艺要求，便于现场不同水平人员操作，且为管路系统完整性的检验提供指示参考，省去了后期检验操作流程，提高管路系统检验效率。
3、本发明采用冲轧、冲压方式制作而成，便于标准化批量快速制造，制造成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是现有技术中管路连接的端面图。
图2是现有技术中管路连接的剖视图。
图3是船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈的结构示意图。
图4是图3中A-A向视图。
图5是图3中B-B向视图。
图6是船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈的安装示意图。
图7是指示结构与碟形结构之间的的衔接位置发生断裂的示意图。
图8是图7中C部分的放大图。
图9是预剪切槽孔发生径向断裂的示意图。
图10是蝶形结构和指示结构分离且指示结构脱落的示意图。
图11是脱落后的指示结的示意图。
图中标号的含义为：
1为管路，2为管路法兰，3为螺栓，4为力矩指示垫圈，5为垫圈主体，6为固定孔，7为蝶形结构，8为指示结构，9为贯穿环槽，10为非贯穿环槽，11为预剪切槽孔,12为孔径和力矩标记。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
本发明实施例给出一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，该垫圈操作简单、方便，且易于标准化批量制造、使用简单方便，能够解决管路法兰在不同阶段、不同工况下安装后，管路法兰2的紧固力矩无法检验验证的问题，该垫圈可以对管路法兰2在不同状态下的紧固力矩进行指示，无需采用传统的利用力矩扳手或二次紧固等方式进行逐一验证，大大简化了检验流程。
本发明的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈包括垫圈主体5，所述垫圈主体5为圆形孔板结构，垫圈主体5的中央开设有固定孔6。固定孔6的孔径应满足所配法兰螺孔的孔径，垫圈主体5的外径应满足螺栓、螺母六角对角的尺寸，垫圈主体5的厚度T1应满足GB/T97.1-2002平垫圈A级或相应船用平垫圈的标准厚度。
垫圈主体5的圆周边缘沿着径向方向依次延伸出向下倾斜的蝶形结构7和指示结构8。
蝶形结构7与水平面的夹角为5°-15°，其作为倒角过渡，蝶形结构7的外径满足GB/T97.1-2002平垫圈A级或相关船用平垫圈的外径要求，蝶形结构7的厚度与垫圈主体5的厚度相同。
所述蝶形结构7和指示结构8的衔接处设置有在周向方向间隔交差设置的贯穿环槽9和非贯穿环槽10，非贯穿环槽10的槽深小于垫圈主体5的厚度的一半。
优选地，所述蝶形结构7和指示结构8衔接处的上、下端面上均设置有非贯穿环槽10，上方的非贯穿环槽和下方的非贯穿环槽相对。
本实施例中，贯穿环槽9设置有4道，4道贯穿环槽9等距对称分布在整个圆周方向上；非贯穿环槽10也设置有4道，贯穿环槽9和非贯穿环槽10交差设置，即相邻两道贯穿环槽9中间均设置有一道非贯穿环槽10，非贯穿环槽10的槽深小于垫圈主体5的厚度的一半，非贯穿环槽10为锥形环槽。
通过在蝶形结构7和指示结构8的衔接处设置贯穿环槽9和非贯穿环槽10，可对管路法兰2的30％N.M力矩进行指示，即当管路法兰2的紧固力矩达到其额定力矩的30％-70％(30％～70％N.M力矩)时，在贯穿环槽9和非贯穿环槽10的作用下，蝶形结构7和指示结构8之间的衔接位置会发生断裂，从而对其紧固力矩进行指示。
指示结构8设置在蝶形结构7的外围，与蝶形结构7向衔接。指示结构8的倾斜角度与蝶形结构7的倾斜角度相同，也为5°-15°，指示结构8的厚度也与垫圈主体5的厚度相同。
指示结构8侧面的位于同一径向方向的两个相对位置处均开设有预剪切槽孔11。通过设置预剪切槽孔11，可对管路法兰2的85％(±5％)N.M力矩进行指示，即当管路法兰2的紧固力矩达到其额定力矩的85％(±5％)时，在预剪切槽孔11的作用下，预剪切槽孔11所在位置会发生断裂，指示结构8断裂为2段，从而对其紧固力矩进行指示。
本实施例中，所述预剪切槽孔11的横截面呈三角形，预剪切槽孔11的开孔大小从上往下逐渐减小且其孔尖位于指示结构8的下端面的边沿线上，预剪切槽孔11设置在相邻两个贯穿环槽9之间的中间位置。
作为优选地，所述蝶形结构7和指示结构8上均设置有孔径标记和力矩标记12。
本申请的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈4采用碳钢(45#、40CrMo、Q235)或不锈钢(3Cr13、1Cr18Ni9Ti)或铜(QSi-1)经冲轧或冲压工艺一体制造而成，可以标准化、批量快速生产。
本发明的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈的使用方法如下所示：
步骤一：安装管路法兰2时，根据螺纹紧固件的规格大小选用对应尺寸的力矩指示垫圈4。螺纹紧固件包括螺栓和螺母。
力矩指示垫圈4根据现场工况，安装于管路法兰上朝向视野开阔的一侧；
步骤二：管路法兰2紧固之前，检查螺栓或螺母与力矩指示垫圈4之间的接触面，确保对中、平整；
步骤三：将螺栓穿在管路法兰的法兰孔内，螺栓与管路法兰之间安装力矩指示垫圈，在螺栓上安装螺母，上紧螺母，当螺纹紧固力矩达到30％～70％N.M时，由贯穿环槽9、非贯穿环槽10组成30％～70％N.M力矩预裂环槽产生的金属疲劳，使指示结构8与碟形结构7之间的衔接位置发生断裂，达到结构断裂状态；
步骤四：继续上紧动作，当紧固力矩超过70％N.M时，垫圈主体5和碟形结构7沿周向方向继续扩张，紧固力矩继续作用在已发生结构断裂的85％(±5％)N.M力矩的指示结构8上；
步骤五：当螺纹紧固力矩达到85％N.M(±5％N.M)力矩状态时，在碟形结构7径向扩张的作用下，指示结构8上的两道径向的预剪切槽孔11发生径向断裂，起到了85％(±5％)N.M指示功能；指示结构8断裂后，表示力矩已达到80％～90％N.M状态，此时，可以停止上紧动作，上紧步骤完成；
步骤六：其他紧固件依次全部上紧完成后，操作人员须即时检查并确认指示结构8是否从指示垫圈的垫圈主体5上脱落(视觉指示)，并做好回收，确认完成后，整个实施流程结束。
步骤七：管路系统检验时，仅需肉眼观察指示垫圈，即可判别法兰上紧固件是否达到额定力矩，无需采用传统手段(力矩扳手、二次紧固)逐一验证，极大地简化了检验流程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，包括垫圈主体，所述垫圈主体的中央开设有固定孔，垫圈主体的圆周边缘沿着径向方向依次延伸出向下倾斜的蝶形结构和指示结构，所述蝶形结构和指示结构的衔接处设置有在周向方向间隔交错设置的贯穿环槽和非贯穿环槽；
所述指示结构侧面的位于同一径向方向的两个相对位置处均开设有预剪切槽孔；
所述预剪切槽孔的横截面呈三角形，预剪切槽孔的开孔大小从上往下逐渐减小且其孔尖位于指示结构的下端面的边沿线上；
所述贯穿环槽和非贯穿环槽用于对管路法兰的30%N.M力矩进行指示，所述预剪切槽孔用于对管路法兰的85%±5%N.M力矩进行指示。
2.根据权利要求1所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述蝶形结构和指示结构衔接处的上、下端面上均设置有非贯穿环槽，上方的非贯穿环槽和下方的非贯穿环槽相对。
3.根据权利要求2所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述蝶形结构和指示结构的厚度均与垫圈主体的厚度相同，非贯穿环槽的槽深小于垫圈主体的厚度的一半。
4.根据权利要求1或2或3所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述非贯穿环槽为锥形环槽。
5.根据权利要求1所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述预剪切槽孔设置在相邻两个贯穿环槽之间的中间位置。
6.根据权利要求1所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述蝶形结构和指示结构上均设置有孔径标记和力矩标记。
7.根据权利要求1所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述蝶形结构和指示结构与水平面的夹角为5°-15°。
8.根据权利要求1所述的船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈，其特征在于，所述船用法兰螺纹紧固件力矩指示垫圈采用碳钢或不锈钢或铜经冲轧或冲压工艺一体制造而成。
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