一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰及制造方法与流程

本发明涉及法兰技术领域，具体涉及一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰及制造方法。

背景技术：

法兰在化工和水利行业的流体管道连接、风力发电行业的风电塔筒的筒体连接以及压力容器的容器之间的连接等众多的工业设备领域应用广泛，也常用于机械领域中轴与轴之间的连接，它是重要的受力件。为了获得较好的强度，法兰通常采用金属材料制造，例如碳钢、不锈钢等。

法兰的连接通常采用螺栓连接。在较为重要的应用场合，为了使得法兰连接稳定可靠，防止运转过程中松动，螺栓需要设置一个合适的预紧力。现有技术中通常采用扭矩扳手来预紧螺栓，使螺栓获得一个合适的初始预紧力。但是由于设备在运转过程中可能出现热变形、载荷变化和振动等因素，或者由于螺栓或垫圈锈蚀的影响，有可能使得螺栓的预紧力发生变化，造成预紧力过松或过紧。螺栓预紧力过紧会使得螺栓过载而断裂，螺栓预紧力过松会使得螺栓的进一步松动，两者都会导致设备故障，严重情况下甚至导致重大设备安全事故。

因此对于需要高可靠应用的场合，例如涉及有可能导致管道内有毒气体或液体的泄漏或者核泄漏的场合，仅仅依靠设备安装时进行初始预紧力的设置，远远不能满足设备使用工况的高可靠性要求的，为此迫切需要开发一种能够在设备安装及使用过程中进行螺栓预紧力动态监测的技术。

技术实现要素：

为了解决上述问题，防止螺栓在设备运行过程中的松动，实现螺栓预紧力的动态监测，提高设备运行的可靠性，本发明提出一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰及制造方法，具体的技术方案如下：

一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，包括法兰、法兰上设置的螺栓安装孔，在所述法兰上位于螺栓安装孔的端面上一体化的设有环形垫圈，所述环形垫圈依次包括非导电的底层、金属电阻应变片层、非导电的防滑层，所述底层与螺栓安装孔的端面相结合，所述金属电阻应变片层与底层相结合，所述防滑层与金属电阻应变片层相结合，且防滑层的防滑面上设有防滑凸起。

上述技术方案中，在法兰的螺栓孔上一体化地设置了内置金属电阻应变片的垫圈，金属电阻应变片为一种压力传感器，当螺栓预紧时，螺栓的压力传递到金属电阻应变片上，通过将金属电阻应变片连接到监测控制系统中，可以实现螺栓预紧力的动态监测。另外环形垫圈上防滑凸起的设置可以提高螺栓预紧的可靠性，有效防止螺栓的松动。而且，与法兰一体化的环形垫圈既能起到螺栓预紧监测的作用，环形垫圈上设置的防滑凸起又具有良好的螺栓防松的功能，因而能大大提高设备工作的可靠性。

作为优选方案之一，所述金属电阻应变片层为箔式金属应变片，并设有两个引出端子。

作为优选方案之二，所述金属电阻应变片层为金属丝应变片，并设有两个引出端子。

优选的，所述金属电阻应变片层具有呈周向放射分布的栅状结构。周向放射分布的栅状结构具备较好的灵敏度。

为了方便引出端子的引出，所述环形垫圈在底层上设有延伸的凸缘，所述两个引出端子连接在所述凸缘的上平面上。

优选的，所述底层材料为尼龙。

优选的，所述防滑层材料为尼龙。

上述一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰的制造方法，包括如下工艺步骤：

步骤1、法兰坯料制作，所述坯料为金属坯料，所述金属坯料为锻件、板材、铸件中的任一种；

步骤2、机加工法兰外圆、内孔及两端面；

步骤3、机加工螺栓安装孔；

步骤4、进行环形垫圈的计算机3d造型，3d造型数据输入3d打印机中；

步骤5、采用3d打印机打印环形垫圈的底层；

步骤6、采用3d打印机打印金属电阻应变片层；

步骤7、采用3d打印机打印环形垫圈的防滑层，所述防滑层包括防滑凸起。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，在法兰的螺栓孔上一体化地设置了内置金属电阻应变片的环形垫圈，金属电阻应变片为一种压力传感器，当螺栓预紧时，螺栓的压力传递到金属电阻应变片上，通过将金属电阻应变片连接到监测控制系统中，可以实现螺栓预紧力的动态监测。

第二，本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，环形垫圈上防滑凸起的设置可以提高螺栓预紧的可靠性，有效防止螺栓的松动。由于与法兰一体化的环形垫圈既能起到螺栓预紧监测的作用，又具有良好的螺栓防松的功能，因而能大大提高设备工作的可靠性。

第三，本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，环形垫圈与法兰一体化设置，当螺栓进行预紧时环形垫圈不会像常规的普通垫圈一样跟转，这样可以使得环形垫圈内设置的金属电阻应变片所受到的压力比较稳定，能准确反应螺栓预紧情况，且在进行预紧力设置时不会受到环形垫圈跟转时产生额外应力的干扰。

第四，本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，金属电阻应变片封装在环形垫圈内，与常规贴片式的应变片相比，不受粘贴剂失效的影响，其工作寿命长、可靠性高。

第五，本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，由于法兰上面有环形垫圈，所以安装时可以不需另外再加垫圈，这样可以避免外加垫圈锈蚀引起的螺栓松动问题。

第六，本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰，其法兰的制造方法采用了3d打印技术，将环形垫圈整体打印在法兰上，环形垫圈与法兰结合牢固可靠、精度高，有利于提高金属电阻应变片检测螺栓预紧力的可靠性，且采用3d打印环形垫圈可以实现单件或小批量生产条件下的新产品的快速制造，克服采用常规模具制造或数控加工等方法引起的环形垫圈制造周期长、费用高的弊端。

附图说明

图1是本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是图2中的k向视图；

图4是金属电阻应变片层的结构示意图。

图中：1、法兰、2、螺栓安装孔，3、环形垫圈，4、非导电的底层，5、金属电阻应变片层，6、非导电的防滑层，7、防滑凸起，8、引出端子，9、延伸的凸缘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1至4所示为本发明的一种带有防滑凸起型垫圈与压力传感器的法兰的实施例，包括法兰1、法兰1上设置的螺栓安装孔2，在所述法兰1上位于螺栓安装孔2的端面上一体化的设有环形垫圈3，所述环形垫圈3依次包括非导电的底层4、金属电阻应变片层5、非导电的防滑层6，所述底层4与螺栓安装孔2的端面相结合，所述金属电阻应变片层5与底层4相结合，所述防滑层6与金属电阻应变片层5相结合，且防滑层6的防滑面上设有防滑凸起7。

作为本实施例的优选方案之一，所述金属电阻应变片层5为箔式金属应变片，并设有两个引出端子8。

作为本实施例的优选方案之二，所述金属电阻应变片层5为金属丝应变片，并设有两个引出端子8。

本实施例中，所述金属电阻应变片层5具有呈周向放射分布的栅状结构。

本实施例中，所述环形垫圈3在底层4上设有延伸的凸缘9，所述两个引出端子8连接在所述凸缘9的上平面上。

本实施例中，所述底层4材料为尼龙。

本实施例中，所述防滑层6材料为尼龙。

实施例2

采用上述实施例1的法兰的制造方法包括如下工艺步骤：

步骤1、法兰坯料制作，所述坯料为金属坯料，所述金属坯料为锻件、板材、铸件中的任一种；

步骤2、机加工法兰外圆、内孔及两端面；

步骤3、机加工螺栓安装孔；

步骤4、进行环形垫圈的计算机3d造型，3d造型数据输入3d打印机中；

步骤5、采用3d打印机打印环形垫圈的底层；

步骤6、采用3d打印机打印金属电阻应变片层；

步骤7、采用3d打印机打印环形垫圈的防滑层，所述防滑层包括防滑凸起。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。