3.2 中法兰垫片
无论是阀门的中法兰密封还是法兰连接式阀门的外部连接,一般均采用垫片的形式。由于垫片材料在低温下会硬化和降低塑性,因此对应用于低温阀门的垫片要求更高,其必须在常温、低温及温度变化下具有可靠的密封性和复原性,应综合考虑低温对垫片密封性能的影响。
根据常用垫片密封形式(图2)可知,随着温度的降低,螺栓长度、密封垫片和法兰的厚度都会收缩变小,为了保证低温下垫片的可靠密封,必须满足
ΔHT3 +ΔHT -ΔHT1 -ΔH1 <0
式中 ΔH1———螺栓装配时的拉伸变形量, mm
ΔH1 =σ1 /E1 H
ΔHT1———在ΔT的温区间螺栓的收缩量, mm
ΔHT1 =Hα1ΔT
ΔHT———密封垫片在ΔT温区内的收缩量,mm
ΔHT=hα2ΔT
ΔHT3———上、下法兰在ΔT温区内的收缩量,mm
ΔHT3 =(H-h)α3ΔT
σ1———螺栓预紧力, N/mm2
E1———螺栓的弹性模量, N/mm2
α1、α2、α3———分别为螺栓、垫片和法兰材料的线膨胀系数, mm/m
H、h———如图2所示, mm
垫片密封从常温到达设计的工作低温时,上下法兰的收缩量与密封垫片的收缩量之和必须小于螺栓的收缩量与螺栓装配时的拉伸变形量之和,这样才能保证密封垫片在工作温度时仍有部分预紧力存在,保持密封能力。
据此,在设计时应从4个方面考虑。①螺栓采用线膨胀系数较大的材料,在低温下有较大的收缩量。②法兰采用线膨胀系数较小的材料,减小ΔHT3。③减小密封垫片的厚度,用线膨胀系数小的材料作密封垫。④增加螺栓的拉伸变形量。
对于低于-100℃的低温阀门,阀体材料和螺栓材料一般都采用奥氏体不锈钢,其线膨胀系数一致,
因此选用合适的垫片材料和增加螺栓拉伸变形量更为重要。理想的低温密封垫材料,在常温下其硬度较低,在低温下的回弹性能好,线膨胀系数小并具有一定的机械强度。在实际应用中一般采用不锈钢带填充石棉或聚四氟乙烯或柔性石墨缠制而成的缠绕式垫片,其中以柔性石墨与不锈钢绕制而成的缠绕式垫片的密封效果最为理想。对于增加螺栓的拉伸AutoCAD中,对话框设计一般采用DCL语言,但由于DCL语言不是可视化编程语言,在形成复杂界面
和使用数据库关联组件的时候显得力不从心。而Delphi丰富的可视化编程工具和强大的数据库关联组件,使这部分工作变得轻松和有效。
操作界面主要分为法兰结构生成界面和法兰参数维护界面。
在法兰结构生成界面中,用户确定“材料大
类”、“标准类型” 、“法兰类型”、“密封面”、“压力等级”,系统将自动显示法兰亚元图,并与数据库实时通讯,在参数列表中实时反映符合要求的法兰结构数据,实现交互式对话操作,根据所编辑参数,可以直接参数化生成所需法兰结构图形。
法兰参数维护界面,主要用于参数维护,特别是非标结构的自定义操作和未纳入的标准参数扩充,普通用户借此可以建立自己的法兰结构数据库,系统将自动将其接入法兰结构生成界面,在操作上具有完全相同的形式。但在数据纳入前,要合理归类,以方便设计时的数据检索。
界面设计时要充分考虑系统的友好与容错,要有一定的提示与警告设置,并注意界面美观合理。
6 结语
采用计算机辅助设计方法来解决繁杂的法兰结构设计问题是一次有益的尝试,开发过程中要注意开发环境、开发工具的合理选择,数据的组织,程序结构和界面设计是其中的关键,集成的工作环境,稳定的性能和开放的数据结构可以大大提高系统在工程应用中的实用性和适应性。
