CN113266717B - 一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法 - Google Patents

一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法，包括法兰盘主体，冷却机构，紧固机构，密封机构，所述法兰盘主体的一端具有一体成型的高压管道，所述法兰盘主体的另一端为相互连接安装的端面，所述法兰盘主体相互连接接触的端面内侧边缘处具有密封环配合槽，两个所述法兰盘主体连接时两个所述密封环配合槽组合成横截面为等腰梯形的环形槽，利用连接件斜面的相互作用力，能够将两个法兰盘牢牢压紧密封，选用材质较软的金属密封环，在紧固连接时，金属密封环充分变形填充在密封槽内，金属密封环紧密接触在两个连接件的连接接触面上，起到良好的密封效果，通过合理的精加工和热处理工艺，提高了法兰的整体强度和连接时的密封性能。

Description

一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法
技术领域
本发明涉及紧固密封连接件技术领域，具体为一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法。
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，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。
法兰在连接时，如果操作不当，或者法兰本身因加工不合理、密封结构不合理等因素，就会造成法兰连接处泄漏，尤其在高压高温工况下使用的法兰，法兰的合理加工精度和热处理工艺，将直接影响法兰的整体强度和连接时的密封性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法，设计一种连接强度高且具有良好密封性能的，用于高温压力工况下的法兰。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法，包括法兰盘主体，冷却机构，紧固机构，密封机构；
所述法兰盘主体的一端具有一体成型的高压管道，所述法兰盘主体的另一端为相互连接安装的端面，所述法兰盘主体相互连接接触的端面内侧边缘处具有密封环配合槽，两个所述法兰盘主体连接时两个所述密封环配合槽组合成横截面为等腰梯形的环形槽；
所述密封机构包括密封环，所述密封环密封配合在两个所述密封环配合槽组合成的等腰梯形环形槽内，所述密封环横截面为等腰梯形；
所述法兰盘主体相互连接接触的端面具有凸环和凸环配合槽，所述凸环和所述凸环配合槽横截面均为等腰梯形；
两个相互连接的所述法兰盘主体，其上的所述凸环和凸环配合槽位置相反，两个所述法兰盘主体相互连接时，其中一个所述法兰盘主体上的所述凸环顶压接触配合在另一个所述法兰盘主体上的所述凸环配合槽内；
所述法兰盘主体相互连接接触的端面具有密封圈配合槽，所述密封圈配合槽具有多圈；
所述冷却机构包括包围在所述高压管道外侧的冷却管，所述冷却管一端固定连接在所述法兰盘主体靠近所述高压管道的一端，所述冷却管另一端固定连接设有冷却密封环，所述冷却密封环内侧与所述高压管道外侧面密封接触配合；
所述冷却管内侧壁与所述高压管道外侧壁之间形成环形冷却通道，所述冷却管外侧靠近所述法兰盘主体的一端具有冷却进水口，所述冷却管外侧远离所述法兰盘主体的一端具有冷却出水口；
所述紧固机构包括环形的紧固卡盘，所述紧固卡盘上具有螺栓通孔，所述紧固卡盘内侧具有紧固卡环，所述法兰盘主体远离相互连接安装端面的端面具有紧固卡环配合槽，所述紧固卡环顶压接触配合在所述紧固卡环配合槽内；
所述紧固卡环配合槽靠近所述法兰盘主体外侧面的侧面为外锥面，所述紧固卡环与之相配合的侧面为内锥面，所述紧固卡环配合槽的外锥面与所述紧固卡环的内锥面锥度保持一致；
两个所述紧固卡盘通过共同穿设在所述螺栓通孔的螺栓紧固连接，两个所述紧固卡盘连接端面之间压紧密封配合设有紧固密封垫片；
所述法兰盘主体外侧面具有半环配合槽，所述半环配合槽内配合设有紧固半环，一个所述半环配合槽内具有两个所述紧固半环，所述两个所述紧固半环端部具有一定间距；
所述半环配合槽靠近两个所述法兰盘主体连接面的侧面为外锥面，所述紧固半环配合时靠近连接面的侧面为内锥面；所述半环配合槽上的外锥面与所述紧固半环上的内锥面锥度保持一致；
所述紧固卡盘内侧靠近相互连接的一端具有斜度，所述紧固半环外侧具有斜度，所述紧固卡盘内侧的斜度与所述紧固半环外侧的斜度一致，所述斜度范围在0.032～0.088。
紧固半环在所述紧固卡盘内侧斜度的作用下具有向所述法兰盘主体中心位移的趋势，然后所述紧固半环上的内锥面对所述半环配合槽上的外锥面产生作用力，使得两个所述法兰盘主体的连接端面更加紧固。
优选地，所述密封环的两侧面均具有多圈密封环槽，所述密封环槽有多圈，所述密封环槽内挤压密封配合设有金属密封圈。
优选地，所述金属密封圈的材质选自纯铜、纯铝、纯金、铅锡合金中的一种。
说明：所述金属密封圈选取较软材质的金属，首先金属相对于其它非金属材质如橡胶类的密封圈更耐高温高压，其次较软材质的金属能够在充分挤压变形填充在所述圈密封环槽与所述密封环配合槽侧壁之间，使得接触面之间具有良好的密封性能。
优选地，所述凸环配合槽的横截面的深度大于所述凸环横截面的高度10～20％。
说明：在配合过程中保证所述凸环与所述凸环配合槽处于等腰梯形横截面腰线的两侧面能够紧密接触配合。
优选地，所述环形冷却通道内侧壁安装有螺旋导流环，所述螺旋导流环内侧具有螺旋导流片，所述螺旋导流环上具有进水通孔和出水通孔，所述进水通孔与所述冷却进水口相连通，所述出水通孔与所述冷却出水口相连通。
说明：所述螺旋导流环为了使冷却液充分与所述高压管道外侧壁进行热交换，进行良好的冷却作用。
优选地，所述螺旋导流环靠近所述法兰盘主体的一端具有限位缺口，所述冷却管内侧壁靠近所述法兰盘主体的一侧固定设有限位配合块，所述限位配合块紧固配合在所述限位缺口内。
说明：所述限位缺口与所述限位配合块紧固配合连接，首先避免所述螺旋导流环在水流的扰动下自传，扰乱冷却液的流向，其次也使得所述进水通孔与所述冷却进水口始终保持相连通状态，所述出水通孔与所述冷却出水口始终保持相连通状态。
优选地，根据上述的一种改进型耐高温压力法兰的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将两个所述法兰盘主体连接端面进行高精度加工；
S2：将两个所述法兰盘主体连接安装，并在其连接端面内侧安装好密封环，在安装后同轴加工，使得所述密封环内侧面与所述高压管道内侧壁表面平齐；
S3：先将法兰加热到740～760℃，保温10～15分钟，继续加热至840～860℃，保温10～15分钟，最后加热到940～960℃，保温5～10分钟；
S4：将S3步骤中保温后的法兰油液淬火；静置冷却至室温；
S5：将S4中冷却的法兰再进行加热处理，先加热到590～610℃，保温3～5分钟，再加热到690～710℃，保温3～5分钟后取出，静置冷却至室温；
S6：将S5步骤处理后的法兰进行表面淬火，法兰外表面进行高频淬火；
S7：将S6步骤处理后的法兰再进行加热处理，加热到440～460℃，保温3～5分钟，然后冷却至室温；
S8：将S7步骤后的零件表面进行烤蓝处理。
优选地，所述连接端面进行高精度加工的方法为高精度磨削，控制表面粗糙度范围在0.08～0.16。
说明：两个所述法兰盘主体连接端面加工适当的表面粗糙度，使得连接面具有良好的密封性能。
优选地，所述表面淬火淬火深度1.5～2.5毫米。
说明：淬火提高材料表面的强度、耐磨性和抗腐蚀性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，操作方便，利用连接件斜面的相互作用力，能够将两个法兰盘牢牢压紧密封，选用材质较软的金属密封环，在紧固连接时，金属密封环充分变形填充在密封槽内，金属密封环紧密接触在两个连接件的连接接触面上，起到良好的密封效果，通过合理的精加工和热处理工艺，提高了法兰的整体强度和连接时的密封性能。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是图1的左视图。
图中，10-法兰盘主体、11-高压管道、12-密封环配合槽、13-凸环、14-凸环配合槽、15-密封圈配合槽、16-半环配合槽、161-紧固半环、17-紧固卡环配合槽、20-冷却机构、21-冷却管、211-冷却密封环、212-环形冷却通道、213-冷却进水口、214-冷却出水口、215-限位配合块、22-螺旋导流环、221-螺旋导流片、222-进水通孔、223-出水通孔、224-限位缺口、30-紧固机构、31-紧固卡盘、311-螺栓通孔、32-紧固卡环、33-紧固密封垫片、40-密封机构、41-密封环、411-密封环槽、412-金属密封圈。
具体实施方式
下面结合图1-图2对本发明进行详细说明，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1本身投影关系的上下左右前后方向一致。
实施例1：
一种改进型耐高温压力法兰及其制备方法，如图1所示，包括法兰盘主体10，冷却机构20，紧固机构30，密封机构40；
如图1所示，所述法兰盘主体10的一端具有一体成型的高压管道11，所述法兰盘主体10的另一端为相互连接安装的端面，所述法兰盘主体10相互连接接触的端面内侧边缘处具有密封环配合槽12，两个所述法兰盘主体10连接时两个所述密封环配合槽12组合成横截面为等腰梯形的环形槽；
如图1所示，所述密封机构40包括密封环41，所述密封环41密封配合在两个所述密封环配合槽12组合成的等腰梯形环形槽内，所述密封环41横截面为等腰梯形；
如图1所示，所述密封环41的两侧面均具有多圈密封环槽411，所述密封环槽411有多圈，所述密封环槽411内挤压密封配合设有金属密封圈412，所述金属密封圈412的材质为纯金。
所述法兰盘主体10相互连接接触的端面具有凸环13和凸环配合槽14，所述凸环13和所述凸环配合槽14横截面均为等腰梯形；
如图1所示，两个相互连接的所述法兰盘主体10，其上的所述凸环13和凸环配合槽14位置相反，两个所述法兰盘主体10相互连接时，其中一个所述法兰盘主体10上的所述凸环13顶压接触配合在另一个所述法兰盘主体10上的所述凸环配合槽14内；
所述凸环配合槽14的横截面的深度大于所述凸环13横截面的高度20％。
如图1所示，所述法兰盘主体10相互连接接触的端面具有密封圈配合槽15，所述密封圈配合槽15具有多圈；
如图1所示，所述法兰盘主体10外侧面具有半环配合槽16，所述半环配合槽16内配合设有紧固半环161，一个所述半环配合槽16内具有两个所述紧固半环161，所述两个所述紧固半环161端部具有一定间距；
如图1所示，所述半环配合槽16靠近两个所述法兰盘主体10连接面的侧面为外锥面，所述紧固半环161配合时靠近连接面的侧面为内锥面；所述半环配合槽16上的外锥面与所述紧固半环161上的内锥面锥度保持一致；
所述紧固卡盘31内侧靠近相互连接的一端具有斜度，所述紧固半环161外侧具有斜度，所述紧固卡盘31内侧的斜度与所述紧固半环161外侧的斜度一致，所述斜度为0.088。
如图1所示，所述冷却机构20包括包围在所述高压管道11外侧的冷却管21，所述冷却管21一端固定连接在所述法兰盘主体10靠近所述高压管道11的一端，所述冷却管21另一端固定连接设有冷却密封环211，所述冷却密封环211内侧与所述高压管道11外侧面密封接触配合；
如图1所示，所述冷却管21内侧壁与所述高压管道11外侧壁之间形成环形冷却通道212，所述冷却管21外侧靠近所述法兰盘主体10的如图2所示，一端具有冷却进水口213，所述冷却管21外侧远离所述法兰盘主体10的一端具有冷却出水口214；
如图1所示，所述环形冷却通道212内侧壁安装有螺旋导流环22，所述螺旋导流环22内侧具有螺旋导流片221，所述螺旋导流环22上具有进水通孔222和出水通孔223，所述进水通孔222与所述冷却进水口213相连通，所述出水通孔223与所述冷却出水口214相连通。
如图1所示，所述螺旋导流环22靠近所述法兰盘主体10的一端具有限位缺口224，所述冷却管21内侧壁靠近所述法兰盘主体10的一侧固定设有限位配合块215，所述限位配合块215紧固配合在所述限位缺口224内。
如图1所示，所述紧固机构30包括环形的紧固卡盘31，所述紧固卡盘31上具有螺栓通孔311，所述紧固卡盘31内侧具有紧固卡环32，所述法兰盘主体10远离相互连接安装端面的端面具有紧固卡环配合槽17，所述紧固卡环32顶压接触配合在所述紧固卡环配合槽17内；
如图1所示，所述紧固卡环配合槽17靠近所述法兰盘主体10外侧面的侧面为外锥面，所述紧固卡环32与之相配合的侧面为内锥面，所述紧固卡环配合槽17的外锥面与所述紧固卡环32的内锥面锥度保持一致；
如图1所示，两个所述紧固卡盘31通过共同穿设在所述螺栓通孔311的螺栓紧固连接，两个所述紧固卡盘31连接端面之间压紧密封配合设有紧固密封垫片33。
实施例2：
与实施例1不同之处在于，所述金属密封圈412的材质为纯铝。
所述凸环配合槽14的横截面的深度大于所述凸环13横截面的高度15％。
所述紧固卡盘31内侧的斜度与所述紧固半环161外侧的斜度一致，所述斜度为0.05。
实施例3：
与实施例1不同之处在于，所述金属密封圈412的材质为纯铜。
所述凸环配合槽14的横截面的深度大于所述凸环13横截面的高度10％。所述紧固卡盘31内侧的斜度与所述紧固半环161外侧的斜度一致，所述斜度为0.032。
实施例4：
在实施例3的基础上，根据其一种改进型耐高温压力法兰的制备方法，包括以下步骤：
S1：先将两个所述法兰盘主体10连接端面进行高精度加工，表面粗糙度为0.16；
S2：将两个所述法兰盘主体10连接安装，并在其连接端面内侧安装好密封环41，在安装后同轴加工，使得所述密封环41内侧面与所述高压管道11内侧壁表面平齐；
S3：先将法兰加热到760℃，保温15分钟，继续加热至860℃，保温15分钟，最后加热到960℃，保温10分钟；
S4：将S3步骤中保温后的法兰油液淬火；静置冷却至室温；
S5：将S4中冷却的法兰再进行加热处理，先加热到610℃，保温10分钟，再加热到710℃，保温10分钟后取出，静置冷却至室温；
S6：将S5步骤处理后的法兰进行表面淬火，法兰外表面进行高频淬火，表面淬火淬火深度2.5毫米；
S7：将S6步骤处理后的法兰再进行加热处理，加热到460℃，保温5分钟，然后冷却至室温；
S8：将S7步骤后的零件表面进行烤蓝处理。
实施例5：
与实施例4不同之处在于，
S1：先将两个所述法兰盘主体10连接端面进行高精度加工，表面粗糙度为0.12；
S2：将两个所述法兰盘主体10连接安装，并在其连接端面内侧安装好密封环41，在安装后同轴加工，使得所述密封环41内侧面与所述高压管道11内侧壁表面平齐；
S3：先将法兰加热到740℃，保温10分钟，继续加热至840℃，保温10分钟，最后加热到940℃，保温5分钟；
S4：将S3步骤中保温后的法兰油液淬火；静置冷却至室温；
S5：将S4中冷却的法兰再进行加热处理，先加热到590℃，保温5分钟，再加热到690℃，保温5分钟后取出，静置冷却至室温；
S6：将S5步骤处理后的法兰进行表面淬火，法兰外表面进行高频淬火，表面淬火淬火深度1.5毫米；
S7：将S6步骤处理后的法兰再进行加热处理，加热到440℃，保温3分钟，然后冷却至室温。
实施例6：
与实施例4不同之处在于，
S1：先将两个所述法兰盘主体10连接端面进行高精度加工，表面粗糙度为0.08；
S2：将两个所述法兰盘主体10连接安装，并在其连接端面内侧安装好密封环41，在安装后同轴加工，使得所述密封环41内侧面与所述高压管道11内侧壁表面平齐；
S3：先将法兰加热到750℃，保温12分钟，继续加热至850℃，保温12分钟，最后加热到950℃，保温8分钟；
S4：将S3步骤中保温后的法兰油液淬火；静置冷却至室温；
S5：将S4中冷却的法兰再进行加热处理，先加热到600℃，保温8分钟，再加热到700℃，保温8分钟后取出，静置冷却至室温；
S6：将S5步骤处理后的法兰进行表面淬火，法兰外表面进行高频淬火，表面淬火淬火深度2.0毫米；
S7：将S6步骤处理后的法兰再进行加热处理，加热到450℃，保温4分钟，然后冷却至室温。

Claims (9)

1.一种改进型耐高温压力法兰，其特征在于，包括法兰盘主体(10)，冷却机构(20)，紧固机构(30)，密封机构(40)；
所述法兰盘主体(10)的一端具有一体成型的高压管道(11)，所述法兰盘主体(10)的另一端为相互连接安装的端面，所述法兰盘主体(10)相互连接接触的端面内侧边缘处具有密封环配合槽(12)，两个所述法兰盘主体(10)连接时两个所述密封环配合槽(12)组合成横截面为等腰梯形的环形槽；
所述密封机构(40)包括密封环(41)，所述密封环(41)密封配合在两个所述密封环配合槽(12)组合成的等腰梯形环形槽内，所述密封环(41)横截面为等腰梯形；
所述法兰盘主体(10)相互连接接触的端面具有凸环(13)和凸环配合槽(14)，所述凸环(13)和所述凸环配合槽(14)横截面均为等腰梯形；
两个相互连接的所述法兰盘主体(10)，其上的所述凸环(13)和凸环配合槽(14)位置相反，两个所述法兰盘主体(10)相互连接时，其中一个所述法兰盘主体(10)上的所述凸环(13)顶压接触配合在另一个所述法兰盘主体(10)上的所述凸环配合槽(14)内；
所述法兰盘主体(10)相互连接接触的端面具有密封圈配合槽(15)，所述密封圈配合槽(15)具有多圈；
所述冷却机构(20)包括包围在所述高压管道(11)外侧的冷却管(21)，所述冷却管(21)一端固定连接在所述法兰盘主体(10)靠近所述高压管道(11)的一端，所述冷却管(21)另一端固定连接设有冷却密封环(211)，所述冷却密封环(211)内侧与所述高压管道(11)外侧面密封接触配合；
所述冷却管(21)内侧壁与所述高压管道(11)外侧壁之间形成环形冷却通道(212)，所述冷却管(21)外侧靠近所述法兰盘主体(10)的一端具有冷却进水口(213)，所述冷却管(21)外侧远离所述法兰盘主体(10)的一端具有冷却出水口(214)；
所述紧固机构(30)包括环形的紧固卡盘(31)，所述紧固卡盘(31)上具有螺栓通孔(311)，所述紧固卡盘(31)内侧具有紧固卡环(32)，所述法兰盘主体(10)远离相互连接安装端面的端面具有紧固卡环配合槽(17)，所述紧固卡环(32)顶压接触配合在所述紧固卡环配合槽(17)内；
所述紧固卡环配合槽(17)靠近所述法兰盘主体(10)外侧面的侧面为外锥面，所述紧固卡环(32)与之相配合的侧面为内锥面，所述紧固卡环配合槽(17)的外锥面与所述紧固卡环(32)的内锥面锥度保持一致；
两个所述紧固卡盘(31)通过共同穿设在所述螺栓通孔(311)的螺栓紧固连接，两个所述紧固卡盘(31)连接端面之间压紧密封配合设有紧固密封垫片(33)；
所述法兰盘主体(10)外侧面具有半环配合槽(16)，所述半环配合槽(16)内配合设有紧固半环(161)，一个所述半环配合槽(16)内具有两个所述紧固半环(161)，所述两个所述紧固半环(161)端部具有一定间距；
所述半环配合槽(16)靠近两个所述法兰盘主体(10)连接面的侧面为外锥面，所述紧固半环(161)配合时靠近连接面的侧面为内锥面；所述半环配合槽(16)上的外锥面与所述紧固半环(161)上的内锥面锥度保持一致；
所述紧固卡盘(31)内侧靠近相互连接的一端具有斜度，所述紧固半环(161)外侧具有斜度，所述紧固卡盘(31)内侧的斜度与所述紧固半环(161)外侧的斜度一致，所述斜度范围在0.032～0.088。
2.根据权利要求1所述的一种改进型耐高温压力法兰，其特征在于：所述密封环(41)的两侧面均具有多圈密封环槽(411)，所述密封环槽(411)有多圈，所述密封环槽(411)内挤压密封配合设有金属密封圈(412)。
3.根据权利要求2所述的一种改进型耐高温压力法兰，其特征在于：所述金属密封圈(412)的材质选自纯铜、纯铝、纯金、铅锡合金中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种改进型耐高温压力法兰，其特征在于：所述凸环配合槽(14)的横截面的深度大于所述凸环(13)横截面的高度10～20％。
5.根据权利要求1所述的一种改进型耐高温压力法兰，其特征在于：所述环形冷却通道(212)内侧壁安装有螺旋导流环(22)，所述螺旋导流环(22)内侧具有螺旋导流片(221)，所述螺旋导流环(22)上具有进水通孔(222)和出水通孔(223)，所述进水通孔(222)与所述冷却进水口(213)相连通，所述出水通孔(223)与所述冷却出水口(214)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种改进型耐高温压力法兰，其特征在于：所述螺旋导流环(22)靠近所述法兰盘主体(10)的一端具有限位缺口(224)，所述冷却管(21)内侧壁靠近所述法兰盘主体(10)的一侧固定设有限位配合块(215)，所述限位配合块(215)紧固配合在所述限位缺口(224)内。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种改进型耐高温压力法兰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先将两个所述法兰盘主体(10)相互连接接触的端面进行高精度加工；
S2：将两个所述法兰盘主体(10)连接安装，并在其相互连接接触的端面内侧安装好密封环(41)，在安装后同轴加工，使得所述密封环(41)内侧面与所述高压管道(11)内侧壁表面平齐；
S3：先将法兰加热到740～760℃，保温10～15分钟，继续加热至840～860℃，保温10～15分钟，最后加热到940～960℃，保温5～10分钟；
S4：将S3步骤中保温后的法兰油液淬火；静置冷却至室温；
S5：将S4中冷却的法兰再进行加热处理，先加热到590～610℃，保温3～5分钟，再加热到690～710℃，保温3～5分钟后取出，静置冷却至室温；
S6：将S5步骤处理后的法兰进行表面淬火，法兰外表面进行高频淬火；
S7：将S6步骤处理后的法兰再进行加热处理，加热到440～460℃，保温3～5分钟，然后冷却至室温；
S8：将S7步骤后的零件表面进行烤蓝处理。
8.根据权利要求7所述的一种改进型耐高温压力法兰制备方法，其特征在于：所述相互连接接触的端面进行高精度加工的方法为高精度磨削，控制表面粗糙度范围在0.08～0.16。
9.根据权利要求7所述的一种改进型耐高温压力法兰制备方法，其特征在于：所述表面淬火淬火深度1.5～2.5毫米。
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