一种自动同心定位防松法兰组件的制作方法

1.本发明涉及一种法兰组件，特别是涉及一种自动同心定位防松法兰组件。


背景技术：

2.法兰连接具有安装、拆卸方便快捷，连接强度高等优点，广泛应用于管道、设备、传动上。目前国内外使用的法兰连接方式，是源于数十年前制定的连接方式，虽然具有安装方便、维修及模块化安装等优点，但存在两端法兰难于保证同心度和同轴度，连接密封容易松动泄露等缺陷。
3.限于制定法兰标准形式时，当时制造和工艺水平，以及当时相对简单的工艺工况，在当时是恰当和合适的，但随着科技和工业的进步，介质工况越来越复杂，要求也越来越苛刻，现在使用的法兰连接方式暴露出以下严重问题：1.现有法兰连接，两端的法兰同心及同轴度主要依靠螺栓孔与螺栓来同心，但是法兰连接安装时需要配合间隙，螺栓孔与法兰的配合间隙一般在螺栓直径的10%左右，不具备两端法兰的同心及同轴度功能（或者说同心及同轴度很差），同心及同轴度就需要人工去校正，特别是大管径或要求高同心及同轴度的情况下，费时费力还很难达到同心及同轴度要求。
4.2. 现有法兰连接，轴向和径向防松动，是依靠螺母跟法兰或垫片的摩擦力来实现的，在完全没有震动或碰撞的情况下可行，但是这种理想工况是很难实现的。由于介质流动、设备运行、环境等产生的振动，会使法兰产生同振现象。现有法兰连接方式，就极易造成其法兰松动或错位；在高温和温差大的环境，由于温度变化产生的热胀冷缩，也极易造成其法兰松动或错位；埋地管线，地质运动也会极易造成其法兰松动或错位。
5.出现法兰松动或错位，用于带密封的法兰连接，就会造成法兰连接部位渗漏或泄露，由于现代工业的复杂性和严苛性，若出现介质的渗漏或泄露，就极有可能产生非常严重的后果。国内外绝大多数化工装置、石化装置、城市燃气、液化气发生火灾和爆炸的最主要原因，就是由于法兰连接部位在运行中出现松动产生的渗漏或泄露造成的；用于不带密封的法兰连接，就会使法兰连接的设备或传动，出现偏差、脱落、卡滞、碰撞、飞出等严重的机械安全事故。
6.因此，必须研究及开发出自动同心定位、安全可靠、稳定、准确快捷的法兰连接及法兰连接紧固件，防止法兰连接在装置或设备运行中出现松动或错位，防止法兰连接处的渗漏或泄露现象，有效杜绝因渗漏或泄露而造成的安全事故；防止法兰连接的设备或传动，出现偏差、脱落、卡滞、碰撞、飞出等严重机械安全事故，实现安全第一的设计理念。


技术实现要素：

7.本发明一种自动同心定位防松法兰组件，本发明法兰连接螺母旋紧后，锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件的同心锁紧套将螺栓锁紧，防止松动，两端法兰不会因轴向和径向松动产生的错位现象，同时，通过锥面镶嵌套配合，能够自动校正法兰同心，实现
自动同心定位安装。法兰密封垫片持续压紧密封特别适用于易燃易爆、航空航天等恶劣环境及关键部位使用。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种自动同心定位防松法兰组件，所述法兰第一种结构形式为内锥面法兰，法兰的螺栓孔加工有带锥度的内锥面，即带内锥面自动同心定位防松法兰（图18、图19），与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套双头螺栓（图26）及锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套单头螺栓（图27）组合连接；该法兰连接结构的组成形式（图1，图2，图3，图4），两端法兰（带内锥面自动同心定位防松法兰和带内锥面自动同心定位防松配对法兰）与管道或设备相连接；法兰密封垫片设置于两片法兰的密封端面之间，法兰上有以法兰的中心进行对称分布和等分分布的螺栓孔，在每个法兰螺栓孔内加工有带锥度的内锥面，分别配装螺栓、螺母、弹性元件、平垫圈、同心锁紧套的锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套紧固；该结构形式即为双头螺栓相对夹紧两片法兰盘的连接形式（图1，图2）。
9.所述的一种自动同心定位防松法兰组件，所述法兰的连接紧固方式如下：将两端的法兰螺栓孔对正后，法兰密封垫片放置于法兰密封端面，螺栓穿过两端法兰，装上同心锁紧套、螺母进行紧固，确定同心锁紧套没卡滞于螺栓孔边缘，然后锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套（图26、图27）的同心锁紧套与带内锥面自动同心定位防松法兰的螺栓孔锥面配合，同时螺母进行紧固，同心锁紧套的锥面沿着带内锥面自动同心定位防松法兰的螺栓孔锥面运动，通过锥度自动校正同心，形成两端法兰自动轴向同心与径向旋转同心，并将同心锁紧套通过锥度配合向内收缩，与螺栓形成无间隙配合，使锥度楔死成一体来实现法兰轴向和径向防松动及防错位，实现两端法兰对应的螺栓孔自动校正同心，且无间隙的轴向和径向防松动结构。
10.一种自动同心定位防松法兰组件，所述第二种结构形式为锥面镶嵌套法兰，法兰的螺栓孔为阶梯孔，镶嵌有锥面镶嵌套，锥面镶嵌套带有内锥面，即带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰（图20、图21），与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套（图26、图27）配套连接；该法兰连接结构的组成形式（图5，图6，图7，图8），两端法兰（带锥面镶嵌套的自动同心定位防松法兰和带锥面镶嵌套的自动同心定位防松配对法兰）与设备或零部件相连接,法兰连接端面设有用于同心和同轴度的校正的端面或锥度配合面；法兰上设有以法兰的中心进行对称分布和等分分布的螺栓孔，每个法兰螺栓孔内加工有阶梯孔，螺栓阶梯孔镶嵌有锥面镶嵌套，锥面镶嵌套带有内锥面，通过多组的螺栓、螺母、弹性元件、平垫圈、同心锁紧套组成的锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套进行紧固；该结构形式即为双头螺栓相对夹紧两片法兰盘的连接形式（图5，图6）。
11.所述的一种自动同心定位防松法兰组件，所述法兰的连接紧固方式如下：将两端的法兰螺栓孔对正后，法兰对接时，螺栓穿过两端法兰，装上同心锁紧套，螺母进行紧固，确认同心锁紧套不会卡滞于螺栓孔边缘，锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套（图26、图27）的同心锁紧套与法兰的螺栓孔锥面配合，螺母进行紧固，同心锁紧套的锥面沿着法兰的螺栓孔锥面运动，通过锥度来自动校正同心，形成两端法兰自动轴向同心与径向旋转同心，并将同心锁紧套通过锥度配合向内收缩，与螺栓形成无间隙配合，并锥度楔死成一体来实现法兰轴向和径向防松动及防错位，实现两端法兰对应的螺栓孔自动校正同
心，且无间隙的轴向和径向防松动结构。
12.所述的一种自动同心定位防松法兰组件，所述法兰连接的结合形式为，法兰的螺栓孔为阶梯孔，镶嵌有锥面镶嵌套，锥面镶嵌套带有内锥面，即带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰（图20、图21），与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套（图26、图27）配套使用。
13.一种自动同心定位防松法兰组件，所述第三种结构形式为阶梯孔法兰，法兰的螺栓孔为阶梯孔，即带阶梯孔自动同心定位防松法兰（图22、图23），与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件（图28、图29）配套连接；锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件包括有螺栓、螺母、弹性元件、平垫圈、同心锁紧套、锥面镶嵌套。
14.所述的一种自动同心定位防松法兰组件，所述法兰的连接紧固方式如下：先将锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件的锥面镶嵌套，过盈镶嵌进阶梯孔自动同心定位防松法兰螺栓孔的阶梯孔内；该紧固件连接法兰的结构形式，即为单头螺栓连接形式，即单头螺栓经螺纹将一片法兰旋紧在另一片法兰的螺孔内对接两片法兰（图11、图12）；其余连接方式与上述所示方案相同。
15.本发明的优点与效果是：本发明法兰用于管道、压力容器及需要密封的法兰连接及用于设备及零部件的不带密封法兰连接。
16.带密封的法兰连接，核心要求是法兰连接的密封严密性及连接的扭转强度和拉伸强度。密封严密性与法兰连接的安装同心度和同轴度紧密关联，现有法兰盘不具备同心度和同轴度的自动校正功能，本发明具有自动校正同心度和同轴度的结构与功能；现有法兰连接的扭转连接强度是通过螺母与法兰或垫片的摩擦力实现的，扭转强度低，拉伸强度由于没有防松动结构，容易因振动或碰撞产生松动和错位，造成拉伸强度急剧下降，本发明具有锥度楔成一体的防松动结构与功能，扭转强度和拉伸强度不会产生下降现象。
17.不带密封的法兰连接，核心要求是法兰连接的同心和同轴度及连接的扭转强度和拉伸强度，现有法兰连接同样存在上述的缺陷，本发明可保证连接的同心和同轴度，且扭转强度和拉伸强度不会产生下降现象。
18.本发明具有以下显著特点：1、本发明法兰螺母旋紧后，锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件的同心锁紧套8将螺栓锁紧，防止松动，两端法兰不会因轴向和径向松动产生错位现象。
19.2、本发明法兰螺母旋紧后，锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件的同心锁紧套8与螺栓孔内锥面（或锥面镶嵌套9）配合，能够自动校正法兰同心及同轴度。
20.3、本发明法兰螺母旋紧后，弹性元件具有消除热胀冷缩产生的松动现象，防止松动，并具有密封垫片持续压紧密封功能。
21.4、本发明法兰螺栓孔内锥面（或锥面镶嵌套9）与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件的同心锁紧套8配合，能够自动校正两端法兰同心及同轴，螺母旋紧后，能将两端法兰的每个螺栓孔自动同心，实现自动同心定位安装，省却繁琐的人工校正过程，使安装方便快捷，并保证法兰连接精确安装。
22.5、本发明法兰特别适用于化工、石化、燃气液化气、氢气和氢工业等易燃易爆环境工况、有毒有害介质工况、高温高压环境工况、核电核工业的核辐射工况、舰船、轮船、海上
平台等海洋环境工况、航空航天等恶劣环境工况下使用，实现法兰连接达到似焊接不变动的密闭效果。
附图说明
23.图1为本发明双头螺栓内锥面法兰连接安装轴测图；图2为本发明双头螺栓内锥面法兰连接安装剖视图；图3为本发明单头螺栓内锥面法兰连接安装轴测图；图4为本发明单头螺栓内锥面法兰连接安装剖视图；图5为本发明锥面镶嵌套法兰连接双头螺栓安装轴测图；图6为本发明锥面镶嵌套法兰连接双头螺栓安装剖视图；图7为本发明锥面镶嵌套法兰连接单头螺栓安装轴测图；图8为本发明锥面镶嵌套法兰连接单头螺栓安装剖视图；图9为本发明阶梯孔法兰连接双头螺栓安装轴测图；图10为本发明阶梯孔法兰连接双头螺栓安装剖视图；图11为本发明阶梯孔法兰连接单头螺栓安装轴测图；图12为本发明阶梯孔法兰连接单头螺栓安装剖视图；图13为本发明双头螺栓内锥面法兰连接不带密封安装轴测图；图14为本发明双头螺栓内锥面法兰连接不带密封安装剖视图；图15为本发明单头螺栓内锥面法兰连接不带密封安装轴测图；图16为本发明单头螺栓内锥面法兰连接不带密封安装剖视图；图17为本发明轴类锥面镶嵌套法兰连接双头螺栓安装剖视图；图18为本发明带内锥面自动同心定位防松法兰轴测图；图19为本发明带内锥面自动同心定位防松法兰剖视图；图20为本发明带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰轴测图；图21为本发明带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰剖视图；图22为本发明带阶梯孔自动同心定位防松法兰轴测图；图23为本发明带阶梯孔自动同心定位防松法兰剖视图；图24为本发明锥面镶嵌套轴测图；图25为本发明锥面镶嵌套剖视图；图26为锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套双头螺栓剖视图；图27为锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套单头螺栓剖视图；图28为锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件双头螺栓剖视图；图29为锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件单头螺栓剖视图。
24.图中部件：带内锥面自动同心定位防松法兰1、带内锥面自动同心定位防松配对法兰2、法兰密封垫片3、螺栓4、螺母5、弹性元件6、平垫圈7、同心锁紧套8、锥面镶嵌套9、带阶梯孔自动同心定位防松法兰11、带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰21。
具体实施方式
25.下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
26.本发明一种自动同心定位防松法兰组件，如图所示，其表现有三种结构形式：第一种结构形式为内锥面法兰，法兰的螺栓孔加工有带锥度的内锥面，即带内锥面自动同心定位防松法兰1(图18、图19）,与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套双头螺栓(图26）,及锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套单头螺栓(图27）配套使用。
27.第二种结构形式为锥面镶嵌套法兰，法兰的螺栓孔为阶梯孔，镶嵌有锥面镶嵌套9，锥面镶嵌套9带有内锥面，即带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰21(图20、图21），与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套(图26、图27）配套使用。第三种结构形式为阶梯孔法兰，法兰的螺栓孔为阶梯孔，即带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰11(图22、图23）,与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件（图28、图29）配套使用。
28.实施例1：两端带内锥面自动同心定位防松法兰1和带内锥面自动同心定位防松配对法兰2与管道、轴或设备相连接, 法兰带有密封用的法兰密封面，密封形式有全平面密封形式、突面密封形式、凹凸面密封形式、榫槽面密封形式、环连接面密封形式等多种密封类型，为国家标准。法兰材质为碳钢、不锈钢、有色金属等金属材质，或者尼龙、工程塑料等非金属材质，法兰与管道连接可焊接、螺纹、热熔或直接加工等多种不同的连接方式，法兰密封垫片3放置于两片法兰的密封端面之间，法兰密封垫片3材质为金属齿形垫片，或为石棉，金属缠绕垫或橡胶、尼龙、四氟等材质，法兰上有以法兰的中心进行对称分布和等分分布的螺栓孔，在每个法兰螺栓孔内加工有带锥度的内锥面，通过多组的螺栓4，螺母5，弹性元件6，平垫圈7，同心锁紧套8组成的锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套进行紧固，具体如下：将两端的法兰螺栓孔对正后，法兰密封垫片放置于法兰密封端面，法兰对接时，螺栓4穿过两端法兰，这时装上同心锁紧套8，螺母5进行紧固，同心锁紧套8不会卡滞于螺栓孔边缘，锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套（图26、图27）的同心锁紧套8与带内锥面自动同心定位防松法兰1的螺栓孔锥面配合，同心锁紧套8内径与螺栓4配合公差较小，可为滑动配合，同时螺母5进行紧固，同心锁紧套8的锥面沿着带内锥面自动同心定位防松法兰1的螺栓孔锥面运动，通过锥度来自动校正同心，形成两端法兰自动轴向同心与径向旋转同心，并将同心锁紧套8通过锥度配合向内收缩，与螺栓4形成无间隙配合，并锥度楔死成一体来实现法兰轴向和径向防松动及防错位，达到类似于焊接的连接效果，最终实现两端法兰对应的螺栓孔自动校正同心，且无间隙的轴向和径向防松动结构。全部法兰螺栓安装完毕，达到所有螺孔每组的螺栓孔都是自动校正同心，法兰轴向和径向防松动及防错位，达到安全连接效果，消除法兰因振动、碰撞等外力产生的松动、错位而造成的渗漏或泄露，防止介质外泄，从而杜绝由此引发的安全隐患，实现装置或设备安全、无故障、长周期的运行。
29.实施例2：不带密封的法兰连接具体实施方式：用于设备及零部件的不带密封法兰连接。
30.该种法兰连接结构的组成形式为：（图13，图14，图15，图16）这是本发明应用于设备及零部件的不带密封法兰连接，两端法兰（带内锥面自动同心定位防松法兰1和带内锥面
自动同心定位防松配对法兰2）与设备、轴或零部件相连接,法兰有用于同心和同轴度的校正的端面或锥度配合面，法兰材质可以为碳钢、不锈钢、有色金属等金属材质，也可以为尼龙、塑料或工程塑料等非金属材质，法兰与设备或零部件连接可为焊接、螺纹、热熔或直接加工等多种不同的连接方式，法兰上有以法兰的中心进行对称分布和等分分布的螺栓孔，在每个法兰螺栓孔内加工有带锥度的内锥面，通过多组的螺栓4，螺母5，弹性元件6，平垫圈7，同心锁紧套8组成的锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套进行紧固，具体如下：将两端的法兰螺栓孔对正后，法兰对接时，螺栓4穿过两端法兰，这时装上同心锁紧套8、螺母5进行紧固时，确认同心锁紧套8不会卡滞于螺栓孔边缘，螺栓组件（图26、图27）的同心锁紧套8与带内锥面自动同心定位防松法兰1的螺栓孔锥面配合，同心锁紧套8内径与螺栓4配合公差极小，螺母5进行紧固，同心锁紧套8的锥面沿着带内锥面自动同心定位防松法兰1的螺栓孔锥面运动，通过锥度来自动校正同心，形成两端法兰自动轴向同心与径向旋转同心，并将同心锁紧套8通过锥度配合向内收缩，与螺栓4形成无间隙配合，并锥度楔死成一体来实现法兰轴向和径向防松动及防错位，达到类似于焊接的连接效果，最终实现两端法兰对应的螺栓孔自动校正同心，且无间隙的轴向和径向防松动结构。全部法兰螺栓安装完毕，达到所有螺孔每组的螺栓孔都是自动校正同心，法兰轴向和径向防松动及防错位，达到安全连接效果，消除法兰因振动、碰撞等外力产生的松动、错位,实现装置或设备安全、无故障、长周期的运行。
31.法兰连接的第二种结构形式为法兰的螺栓孔为阶梯孔，镶嵌有锥面镶嵌套9，锥面镶嵌套9带有内锥面，即带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰21（图20、图21），与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套（图26、图27）配套使用。
32.本发明的一种自动同心定位防松法兰组件连接的第二种结构形式是法兰的螺栓孔为阶梯孔，镶嵌有锥面镶嵌套9，锥面镶嵌套9带有内锥面，组合成带锥面镶嵌套自动同心定位防松法兰21，该法兰锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套配套使用，锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件-不带镶嵌套包括有螺栓4，螺母5，弹性元件6，平垫圈7，同心锁紧套8。带密封的法兰连接的功能原理与实施例1相同，不带密封的法兰连接的功能原理与实施例2相同。
33.实施例3：法兰连接的第三种结构形式为法兰的螺栓孔为阶梯孔，与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件（图28、图29）配套使用。
34.本发明的一种自动同心定位防松法兰组件连接的第三种结构形式是法兰的螺栓孔为阶梯孔，与锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件（图28、图29）配套使用, 锁紧套型自动同心定位防松安全螺栓组件包括有螺栓4，螺母5，弹性元件6，平垫圈7，同心锁紧套8，锥面镶嵌套9。操作时，先将螺栓组件的锥面镶嵌套9，过盈镶嵌进螺栓孔的阶梯孔内。带密封的法兰连接的功能原理与实施例1相同，不带密封的法兰连接的功能原理与实施例2相同。
35.上述3个实施例介绍了自动同心定位防松安全螺栓组件连接法兰的的两种结构形式，一种结构形式为双头螺栓（图26、图28）相对夹紧两片法兰盘的连接形式，。另一种紧固件连接法兰的结构形式为单头螺栓连接形式，即单头螺栓（图27、图29）将螺纹将一片法兰
旋紧在另一片法兰的螺孔内对接两片法兰图。