集熱器連接扣件的研究改進分析

劉毅杰 張孟迪

(1.邵陽學院 湖南 邵陽 422000；2.吉林財經大學 吉林 長春 130000)

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集熱器連接扣件的研究改進分析

劉毅杰1張孟迪2

(1.邵陽學院 湖南 邵陽 422000；2.吉林財經大學 吉林 長春 130000)

本文針對集熱器連接扣件存在的問題進行改進，尋找新的連接方法，最后設計出了新型的快速連接扣件，解決了問題，并獲得了實用新型專利。主要講述如何在實踐中發現問題，連接件的改進方法，以及改進后產生的效果、各種連接扣件的優缺點。

連接扣件；法蘭片；螺栓法蘭連接

一、產品需求情況

在太陽能共用系統中，兩塊集熱板之間，翼管的連接是太陽能熱水系統中非常關鍵的一步，也是存在問題最多的一個步驟。最原始的方式是用比翼管大的橡膠管套住兩根翼管，兩邊用抱箍扎緊。這樣的方法存在很多問題：一是橡膠管的老化會使接頭處漏水使用壽命比較短，兩年就會老化，抱箍扎得過緊會破壞橡膠管導致漏水，扎得過松也會導致漏水；二是影響美觀，集熱器的翼管采用的是金屬鋁管，整個系統都是金屬連接，接頭處用橡膠管連接，看起來像是很漂亮的系統上添了一個丑陋的疤痕；三是采用橡膠管連接不能承壓，壓力太大就會出現漏水，尤其在強制循環系統中漏水很嚴重。集熱器連接扣件的問題在太陽能行業中普遍存在的問題，它的應用又是如此的廣泛。

二、研發過程

(一)研發一階段

1.設計思路

為了防止老化，增加使用壽命，以及能夠承壓，新連接方法就不能再采用橡膠連接而應該采用金屬連接，在網上查閱大量的資料后，發現在石油化工設備和管道連接中應用最為廣泛的密封連接形式是螺栓法蘭連接。借鑒工業上的法蘭連接，著手設計一種承壓式集熱器快速連接件。這種連接件由法蘭片，螺栓，橡膠墊圈組成。接下來就是選材的問題，考慮到螺栓法蘭連接件在集熱器上載荷的壓力遠遠小于航空航天、化工機械上所載荷的壓力，以及便于成型，我們選用的材料是鋁合金。接下來的工作就是做模具，購置沖床。做好法蘭片得模具就開始沖壓成型。法蘭片上均勻的分布著三個光孔，整個組件由，法蘭片、螺栓、螺帽、墊圈組成。還有很重要的一點，就是使用這種連接扣件，集熱器的翼管邊緣需要用翻邊機翻邊，這樣才能扣住接連扣件。所以在施工過程中，就需要把法蘭片套進翼管后再用翻邊機把翼管的邊緣翻邊，以致能夠緊緊卡住法蘭片不會脫落，在翼管中間放置一片橡膠墊圈，防止漏水。最后在通過螺栓把兩片法蘭片連接起來。

2.使用情況

這種連接扣件在實驗后效果很好，幾乎不存在漏水問題，使用壽命也增強了，純金屬連接增強了外觀的美觀。這種連接方式解決了很多以前采用橡膠管連接時存在的問題，一是增加了連接扣件的耐用性不存在老化漏水的問題；二是解決了承壓漏水的問題；三是改善了外觀的問題。四是使用起來很方便，能夠實現快速連接，提高了工作效率。

3.優缺點

螺栓法蘭連接件是解決了密封性不好漏水，老化漏水，以及不能承載高負荷壓力的問題，但是使用這種連接扣件必需要施工工程中，把翻邊機帶到現場，可是現場環境下使用翻邊機很不方便，有些工地甚至不具備使用翻邊機的條件。在使用一段時間后發現，維修相當的麻煩。大規模生產后有些螺栓法蘭連接扣件在沖壓成型時誤差過大，或者沖壓時工藝不對，或者時間長了模具磨損嚴重，導致沖壓出來的法蘭片質量不好，不同心，或者厚薄不一致，以致在高負荷的條件下使用一段時間后就出現漏水現象，出現誤差在加工過程中是很難避免的，這就需要跟換連接扣件。這樣看來這樣的方法不是萬能之策，還存在很多問題，還需要改進。

(二)研發二階段

1.設計思路

根據螺栓法蘭連接在實際應用中存在的問題，要解決根本的問題就要讓法蘭片變得靈活，能夠方便拆裝。在原來的基礎上增加了一道工序，用沖床在法蘭片的一段折彎一段，這樣就能扣緊了，間隙也減少了。連接扣件由兩個半圓弧連接扣與螺栓構成，連接扣的內壁為凹狀“U”形，連接扣的外壁兩端各有一個連接耳，連接耳上開有連接用螺孔，連接用螺孔的軸線與管道軸線互相垂直；組合為一個連接扣件的兩個半圓弧連接扣之間存有間隙S;連接扣內壁凹狀為“U”形形狀，“U”形形狀的橫截面包括等腰梯形或者圓弧形。連接扣件的工藝是這樣的，共有兩套模具，一套是半圓弧形的模具，一套是在半圓弧形的模具上均勻布置著三個通孔。第一步，把鋁合金放置在這套模具上，用沖床沖出半圓弧形的法蘭片；第二步，把沖好的法蘭片放置在均勻布有三個通孔的模具上沖壓；第三步，用沖床在法蘭片的兩端沖壓使其折彎出一段連接耳。在安裝時配上螺栓、螺帽、墊圈，可以快速安裝拆卸的連接扣件就完成了。

2.使用情況：

新型的集熱器連接扣件在工程上得到了大規模使用，不存在漏水，及拆卸麻煩等問題，提高了安裝拆卸的工作效率，維修的時候很方便，很快就可以拆卸下來。如果是橡膠墊壞了，可以換上橡膠墊就行，實現了零件的反復利用，節約了材料。還可以配上一小片墊片的就成為承壓堵頭，而且方便拆裝又不會漏水。

3.優缺點

使用這種連接扣件，可快速連接管道，外形美觀、密封性好、連接牢固、使用起來非常方便。可實現隨時的拆卸安裝，零件的反復利用，節約了材料，降低了成本。這種連接扣件把之前集熱器連接件遇到的所有問題都解決了，而且在原來的基礎上還新發明了一種用途，可以很方便用來做管道的堵頭，只需增加一小片堵片。唯一的缺點就是加工過程中比兩片法蘭片的那種連接件要麻煩一點，因為它是四片法蘭片連接在一起，還有它對生產加工的工藝、設備及人員技術要求更高。

三、結語

經過這兩次的改進，X連接扣件的問題完全得到了解決，不僅在承壓的情況下不漏水，而且可以快速連接管道，外形美觀，密封性好，連接牢固，使用起來非常方便。

[1]法蘭連接需要注意的問題；作者：鄭曉亞，徐超；工作單位：西北工業大學航天學院；中國學術期刊；2008年03期

[2]螺栓法蘭連接系統維護策略研究；作者：張朝衛；中國學術期刊；209年12期

[3]螺栓法蘭連接中螺栓載荷的監控技術；作者：杜培德，蔡仁良；刊名：化工設備設計；2010年09期

[4]一種集熱器快速連接扣件；作者：江承衛；實用新型專利期刊

劉毅杰(1995-)，男，漢族，新疆烏魯木齊人，本科在讀，邵陽學院，機械設計制造及其自動化；張孟迪(1995-)，女，漢族，新疆烏魯木齊人，本科在讀，吉林財經大學，稅收。