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弹簧垫圈与碟形垫圈防松性能的研究
添加:2020-8-21 17:16:02    游览:654    来源:网络

  【摘 要】 螺栓松动是影响阀门产品可靠性和安全性的重要因素之一,而阀门在使用过程中,避免不了管道振动和温度交变等客观存在的影响因素,如何选用高性能的防松垫圈,对阀门的持续可靠运行起着至关重要的作用。

  【关键词】 阀门;螺栓松动;防松垫圈

  一、前言

  偏心蝶阀产品的内部零部件之间是通过螺栓联接的,螺栓联接具有连接可靠、拆装方便和互换性高等特点。一般螺栓联接的原理是摩擦防松原理,即在螺纹联接副和支撑面的摩擦作用下实现螺栓自锁。但是螺纹联接副在受到外界载荷或者交变温度影响时,原本能通过摩擦实现自锁的局面将被打破,螺栓有可能会出现轻微的滑动,久而久之,这种滑动会越来越大,最终螺栓会松脱,因此,螺栓的防松措施就显得格外重要。

  目前偏心蝶阀产品一般采用防松垫圈进行防松,以防止螺栓在管道振动的情况下脱落,影响工业装置的安全运行,如图1所示。而防松垫圈的结构型式有很多种,在阀门产品上运用较多的是GB/T 93—1987标准型弹簧垫圈和JB/ZQ 4340—2006碟形垫圈,如图2、图3所示。这两种防松垫圈同规格的采购价格相近,但防松原理并不完全相同。标准型弹簧垫圈防松原理是通过增加轴向的弹力来补偿预紧力,进而保证螺栓连接副间有持续的摩擦力,防止螺栓松动。碟形垫圈的表面有较多斜齿,斜齿增加了螺栓连接副之间的摩擦力,同时能够起到锁定的效果,且碟形垫圈的轴向弹力均匀,能够起到补偿的作用,防止螺栓的松动。为了对比这两种垫片的实际防松效果,采用模拟试验的方式来进行验证。

图1 防松垫片的安装示意

图2 GB/T 93—1987标准型弹簧垫圈

图3 JB/ZQ 4340—2006碟形垫圈

  二、试验原理

  阀门在安装在管道上后,造成联接螺栓松动的主要原因包括:初始拧紧状态所引起的松动、支撑面被压陷而引起的松动、管道内部的温度发生持续交变或管道振动等引起的紧固件松动。为了达到模拟管道振动的效果,采用了高频振动装置来代替管道振动,达到测试这两种垫圈在相同振动条件下的防松效果。

  三、振动试验方法

  结合偏心蝶阀压板处常用的螺栓规格,选取相同材质的全新紧固件和两种不同形式的防松垫圈,清单见表1。该试验装置包含HK2000系列全自动振动时效装置、加工有螺纹孔的试验钢板、 G字夹、扭矩扳手和钢板试验台。把加工有螺纹孔的试验钢板和HK2000系列全自动振动时效装置的电动机用G字夹分别夹紧在钢板试验台上, HK2000系列全自动振动时效装置的电动机在左侧,加工有螺纹孔的试验钢板在右侧,两者中心距大概是50cm,如图4所示。钢板的左侧螺栓使用GB/T 93—1987标准型弹簧垫圈进行防松,钢板的右侧螺栓下方使用JB/ZQ 4340—2006碟形垫圈进行防松,用扭矩扳手来拧紧螺栓,依据相同规格螺栓,相同扭矩原则,把所有螺栓拧紧,螺栓的拧紧扭矩力矩值按照表2的规定。连接电源后,起动HK2000系列全自动振动时效装置,让电动机高速旋转,使得拧有螺栓的试验钢板产生振动,持续30min后,关闭HK2000系列全自动振动时效装置。用扭矩扳手设置扭矩值,开始松开螺栓,从5N·m的扭矩开始松开螺栓,依次以5N·m递增,直到螺栓松开,并记录数据,见表3。

表1 紧固件清单

表2 拧紧力矩

图4 电动机在左侧

表3 第一次试验螺栓松开力矩

  第一次试验结束后,把H K2000系列全自动振动时效装置的电动机和加工有螺纹孔的试验钢板进行换位,加工有螺纹孔的试验钢板在左侧, HK2000系列全自动振动时效装置的电动机在右侧,两者中心距大概是50cm,如图5所示,换掉第一次试验用过的防松垫圈,进行第二次试验,重复上述振动试验操作,试验30min后,关闭HK2000系列全自动振动时效装置,用扭矩扳手设置扭矩值,开始松开螺栓,从5N·m的扭矩开始松开螺栓,依次以5N·m递增,直到螺栓松开,并记录数据,见表4。

图5 电动机在右侧

表4 第二次试验螺栓松开力矩

  四、结语

  通过分析GB/T 93—1987标准型弹簧垫圈和JB/ZQ4340—2006碟形垫圈这两种垫圈的防松原理,并建立模拟管道振动的方式来对这两种垫圈的实际防松效果进行对比,得出结论如下: JB/ZQ 4340—2006碟形垫圈的防松效果要优于GB/T 93—1987标准型弹簧垫圈的防松效果。

  参考文献

  [1]李维荣.螺纹紧固件防松技术和试验方法研究[D].合肥:合肥工业大学, 2005.

  [2]王秋英.螺纹紧固件连接的防松与预紧[J].重工科技,2007(1): 14-17.

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