集热器连接扣件的研究改进分析

刘毅杰 张孟迪

(1.邵阳学院 湖南 邵阳 422000；2.吉林财经大学 吉林 长春 130000)



集热器连接扣件的研究改进分析

刘毅杰1张孟迪2

(1.邵阳学院 湖南 邵阳 422000；2.吉林财经大学 吉林 长春 130000)

本文针对集热器连接扣件存在的问题进行改进，寻找新的连接方法，最后设计出了新型的快速连接扣件，解决了问题，并获得了实用新型专利。主要讲述如何在实践中发现问题，连接件的改进方法，以及改进后产生的效果、各种连接扣件的优缺点。

连接扣件；法兰片；螺栓法兰连接

一、产品需求情况

在太阳能共用系统中，两块集热板之间，翼管的连接是太阳能热水系统中非常关键的一步，也是存在问题最多的一个步骤。最原始的方式是用比翼管大的橡胶管套住两根翼管，两边用抱箍扎紧。这样的方法存在很多问题：一是橡胶管的老化会使接头处漏水使用寿命比较短，两年就会老化，抱箍扎得过紧会破坏橡胶管导致漏水，扎得过松也会导致漏水；二是影响美观，集热器的翼管采用的是金属铝管，整个系统都是金属连接，接头处用橡胶管连接，看起来像是很漂亮的系统上添了一个丑陋的疤痕；三是采用橡胶管连接不能承压，压力太大就会出现漏水，尤其在强制循环系统中漏水很严重。集热器连接扣件的问题在太阳能行业中普遍存在的问题，它的应用又是如此的广泛。

二、研发过程

(一)研发一阶段

1.设计思路

为了防止老化，增加使用寿命，以及能够承压，新连接方法就不能再采用橡胶连接而应该采用金属连接，在网上查阅大量的资料后，发现在石油化工设备和管道连接中应用最为广泛的密封连接形式是螺栓法兰连接。借鉴工业上的法兰连接，着手设计一种承压式集热器快速连接件。这种连接件由法兰片，螺栓，橡胶垫圈组成。接下来就是选材的问题，考虑到螺栓法兰连接件在集热器上载荷的压力远远小于航空航天、化工机械上所载荷的压力，以及便于成型，我们选用的材料是铝合金。接下来的工作就是做模具，购置冲床。做好法兰片得模具就开始冲压成型。法兰片上均匀的分布着三个光孔，整个组件由，法兰片、螺栓、螺帽、垫圈组成。还有很重要的一点，就是使用这种连接扣件，集热器的翼管边缘需要用翻边机翻边，这样才能扣住接连扣件。所以在施工过程中，就需要把法兰片套进翼管后再用翻边机把翼管的边缘翻边，以致能够紧紧卡住法兰片不会脱落，在翼管中间放置一片橡胶垫圈，防止漏水。最后在通过螺栓把两片法兰片连接起来。

2.使用情况

这种连接扣件在实验后效果很好，几乎不存在漏水问题，使用寿命也增强了，纯金属连接增强了外观的美观。这种连接方式解决了很多以前采用橡胶管连接时存在的问题，一是增加了连接扣件的耐用性不存在老化漏水的问题；二是解决了承压漏水的问题；三是改善了外观的问题。四是使用起来很方便，能够实现快速连接，提高了工作效率。

3.优缺点

螺栓法兰连接件是解决了密封性不好漏水，老化漏水，以及不能承载高负荷压力的问题，但是使用这种连接扣件必需要施工工程中，把翻边机带到现场，可是现场环境下使用翻边机很不方便，有些工地甚至不具备使用翻边机的条件。在使用一段时间后发现，维修相当的麻烦。大规模生产后有些螺栓法兰连接扣件在冲压成型时误差过大，或者冲压时工艺不对，或者时间长了模具磨损严重，导致冲压出来的法兰片质量不好，不同心，或者厚薄不一致，以致在高负荷的条件下使用一段时间后就出现漏水现象，出现误差在加工过程中是很难避免的，这就需要跟换连接扣件。这样看来这样的方法不是万能之策，还存在很多问题，还需要改进。

(二)研发二阶段

1.设计思路

根据螺栓法兰连接在实际应用中存在的问题，要解决根本的问题就要让法兰片变得灵活，能够方便拆装。在原来的基础上增加了一道工序，用冲床在法兰片的一段折弯一段，这样就能扣紧了，间隙也减少了。连接扣件由两个半圆弧连接扣与螺栓构成，连接扣的内壁为凹状“U”形，连接扣的外壁两端各有一个连接耳，连接耳上开有连接用螺孔，连接用螺孔的轴线与管道轴线互相垂直；组合为一个连接扣件的两个半圆弧连接扣之间存有间隙S;连接扣内壁凹状为“U”形形状，“U”形形状的横截面包括等腰梯形或者圆弧形。连接扣件的工艺是这样的，共有两套模具，一套是半圆弧形的模具，一套是在半圆弧形的模具上均匀布置着三个通孔。第一步，把铝合金放置在这套模具上，用冲床冲出半圆弧形的法兰片；第二步，把冲好的法兰片放置在均匀布有三个通孔的模具上冲压；第三步，用冲床在法兰片的两端冲压使其折弯出一段连接耳。在安装时配上螺栓、螺帽、垫圈，可以快速安装拆卸的连接扣件就完成了。

2.使用情况：

新型的集热器连接扣件在工程上得到了大规模使用，不存在漏水，及拆卸麻烦等问题，提高了安装拆卸的工作效率，维修的时候很方便，很快就可以拆卸下来。如果是橡胶垫坏了，可以换上橡胶垫就行，实现了零件的反复利用，节约了材料。还可以配上一小片垫片的就成为承压堵头，而且方便拆装又不会漏水。

3.优缺点

使用这种连接扣件，可快速连接管道，外形美观、密封性好、连接牢固、使用起来非常方便。可实现随时的拆卸安装，零件的反复利用，节约了材料，降低了成本。这种连接扣件把之前集热器连接件遇到的所有问题都解决了，而且在原来的基础上还新发明了一种用途，可以很方便用来做管道的堵头，只需增加一小片堵片。唯一的缺点就是加工过程中比两片法兰片的那种连接件要麻烦一点，因为它是四片法兰片连接在一起，还有它对生产加工的工艺、设备及人员技术要求更高。

三、结语

经过这两次的改进，X连接扣件的问题完全得到了解决，不仅在承压的情况下不漏水，而且可以快速连接管道，外形美观，密封性好，连接牢固，使用起来非常方便。

[1]法兰连接需要注意的问题；作者：郑晓亚，徐超；工作单位：西北工业大学航天学院；中国学术期刊；2008年03期

[2]螺栓法兰连接系统维护策略研究；作者：张朝卫；中国学术期刊；209年12期

[3]螺栓法兰连接中螺栓载荷的监控技术；作者：杜培德，蔡仁良；刊名：化工设备设计；2010年09期

[4]一种集热器快速连接扣件；作者：江承卫；实用新型专利期刊

刘毅杰(1995-)，男，汉族，新疆乌鲁木齐人，本科在读，邵阳学院，机械设计制造及其自动化；张孟迪(1995-)，女，汉族，新疆乌鲁木齐人，本科在读，吉林财经大学，税收。