一种法兰结构的制作方法

1.本技术涉及法兰密封连接领域，特别涉及一种法兰结构。


背景技术：

2.为了适应新一代固体火箭发动机喷管的高强度、高质量比要求，发动机各零部件已逐渐趋于全复合材料化，喷管法兰作为发动机壳体与喷管之间的连接密封结构，在工作过程中要承受极大的压强。
3.为适应高强度的压强，通常采用复合材料的法兰进行连接，而复合材料法兰在高压强条件下，复合材料法兰与金属接头之间的接触面可能会翘起或是被冲开，导致界面密封失效的发生，影响密封，无法满足发动机工作要求。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种法兰结构，以解决相关技术中复合材料法兰与接头之间由于材质差异，在高压强条件下复合材料法兰发生变形，可能会发生界面密封失效，无法满足发动机工作要求的问题。
5.为了达到以上目的，本技术实施例提供了一种法兰结构，其包括：
6.法兰本体，其用于与接头相接的一面上开设有定位槽；
7.加强垫块，其包括定位部，所述定位部与所述定位槽相接，且所述加强垫块的材质与法兰本体的材质不同；
8.所述法兰本体和加强垫块被配置为：当所述法兰本体和加强垫块通过固定装置装配至接头上时，所述加强垫块位于所述法兰本体和接头之间，所述加强垫块卡设在所述定位槽中，且所述法兰本体与接头至少有部分相抵接。
9.一些实施例中，所述加强垫块使用金属材料制作。
10.一些实施例中，所述定位槽为不规则形状。
11.一些实施例中，所述定位槽包括第一段和第二段，所述第一段的开槽深度深于所述第二段的开槽深度；
12.所述加强垫块还包括卡接部，所述卡接部位于所述第二段中，所述定位部位于所述第一段中。
13.一些实施例中，所述第一段与卡接部均有多个，所述卡接部间隔设置在所述加强垫块上，并与多个所述第一段对应连接。
14.一些实施例中，所述法兰本体和加强垫块被配置为：当所述法兰本体和加强垫块通过固定装置装配至接头上时，所述加强垫块朝向接头的一面与所述法兰本体朝向接头的一面平齐。
15.一些实施例中，其还包括：
16.缓冲层，其设置于所述加强垫块与法兰本体之间。
17.一些实施例中，所述缓冲层使用软质弹性材料。
18.一些实施例中，其还包括：
19.密封装置，其设置于所述加强垫块远离法兰本体的一面。
20.一些实施例中，所述固定装置包括螺栓，所述螺栓自法兰本体一端朝向接头一端以此穿过法兰本体和加强垫块，所述螺栓末端用于与所述接头相连接。
21.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
22.本技术实施例提供了一种法兰结构，由于接头为金属材质，而复合材料的法兰刚度不够，在高压强条件下两者可能会发生界面密封失效，故在法兰本体与接头之间增设加强垫块，加强垫块与法兰本体的材质不同，改善了原先接头与复合材料法兰之间直接接触可能会发生界面密封失效的问题；
23.同时本技术实施例在法兰本体朝向接头的一面设置了定位槽，当法兰本体与加强垫块通过固定装置装配至接头上时，加强垫块会卡设在定位槽中，保证了加强垫块与法兰本体之间的连接紧密程度，并且，当固定装置将法兰本体、加强垫块和接头装配在一起时，加强垫块也会由于其两面的压力受到挤压，从而得到更好的密封效果；
24.此外，当固定装置将法兰本体、加强垫块和接头装配在一起时，法兰本体与接头至少有部分相抵接，即加强垫块位于法兰本体和接头相接触一面中，且加强垫块至少与法兰本体、接头其中一个之间产生台阶，形成了较好的密封和固定效果，因此，能够解决相关技术中复合材料法兰与接头之间由于材质差异，在高压强条件下复合材料法兰发生变形，可能会发生界面密封失效，无法满足发动机工作要求的问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术提供的法兰结构与接头配合实施例一的示意图；
27.图2为图1中a处的放大图；
28.图3为本技术提供的法兰结构与接头配合实施例二的示意图；
29.图4为本技术实施例提供的法兰本体的结构示意图。
30.图中：1、接头；2、法兰本体；21、安装孔；3、加强垫块；31、定位部；32、卡接部；4、缓冲层；5、密封装置；6、固定装置；7、定位槽；71、第一段；711、斜面；72、第二段；73、对接台阶。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.本技术实施例提供了一种法兰结构，其能解决相关技术中复合材料法兰与接头之间由于材质差异，导致密封效果不好的问题。
33.参见图1至图4所示，本技术实施例提供了一种法兰结构，包括法兰本体2和加强垫
块3，其中，法兰本体2用于与接头1相接的一面上开设有定位槽7；
34.进一步地，加强垫块3包括定位部31，定位部31与定位槽7相接，且加强垫块3的材质与法兰本体2的材质不同，以在法兰本体2压紧于接头1上时，增强法兰本体2与加强垫块3之间的摩擦力以及密封强度；
35.以及，法兰本体2和加强垫块3被配置为，当法兰本体2和加强垫块3通过固定装置6装配至接头1上时，加强垫块3位于法兰本体2和接头1之间，加强垫块3卡设在定位槽7中，且法兰本体2与接头1至少有部分相抵接。
36.本技术实施例提供了一种法兰结构，由于接头1为金属材质，而复合材料的法兰刚度不够，在高压强条件下两者可能会发生界面密封失效，故本技术实施例在法兰本体2与接头1之间增设加强垫块3，加强垫块3与法兰本体2的材质不同，改善了原先接头1与复合材料法兰之间直接接触可能会发生界面密封失效的问题；
37.同时本技术实施例在法兰本体2朝向接头1的一面设置了定位槽7，当法兰本体2与加强垫块3通过固定装置6装配至接头1上时，加强垫块3会卡设在定位槽7中，保证了加强垫块3与法兰本体2之间的连接紧密程度，并且，当固定装置6将法兰本体2、加强垫块3和接头1装配在一起时，加强垫块3也会由于其两面的压力受到挤压，从而得到更好的密封效果；
38.此外，当固定装置6将法兰本体2、加强垫块3和接头1装配在一起时，法兰本体2与接头1至少有部分相抵接，即加强垫块3位于法兰本体2和接头1相接触一面中，且加强垫块3至少与法兰本体2、接头1其中一个之间产生台阶，形成了较好的密封和固定效果，因此，能够解决相关技术中复合材料法兰与接头1之间由于材质差异，在高压强条件下复合材料法兰发生变形，可能会发生界面密封失效，无法满足发动机工作要求的问题。
39.在一些可选的实施例中，加强垫块3使用金属材料制作，具体地，本实施例在复合材料中嵌入金属材质的加强垫块3，高强度的加强垫块3接触接头1，一方面金属材质的加强垫块3表面光洁度相较于复合材质的法兰本体2高，且检测质量一致性好，金属材质的加强垫块3表面粗糙度可以达到1.6，通过合理设置加强垫块3的厚度，在保证密封界面的可靠性的同时，可有效提高喷管结构效率；
40.另一方面，通过在复合材料的法兰本体2与接头1之间增加金属垫板，能够提升整体的刚度，在承受同等载荷的条件下，减小法兰本体2的结构变形，具体地，特别是在法兰本体2与加强垫块3的相接部位的变形能够得到有效抑制，提升了高压条件下法兰结构的密封可靠性。
41.在一些可选的实施例中，参见图1至图4所示，定位槽7为不规则形状，对应卡接在其中的加强垫块3的形状与定位槽7相对应，增强密封强度；
42.优选地，如图4所示，定位槽7包括第一段71和第二段72，且第一段71的开槽深度深于第二段72的开槽深度，第一段71与第二段72连接处形成有对接台阶73，定位部31嵌入如图1和图2所示的第一段71中，方便定位；
43.进一步地，加强垫块3还包括卡接部32，卡接部32与定位部31相连接，卡接部32位于第二段72中，定位部31位于第一段71中。
44.优选地，加强垫块3远离法兰本体2的一面为平面设计，方便喷管及壳体的对接。
45.优选地，加强垫块3应尽量覆盖法兰本体2与接头1接触面为宜，如图1所示，加强垫块3自法兰本体2顶部延伸至法兰本体2根部，以提高法兰本体2与接头1接触面的刚度和密
封性能。
46.当然，法兰本体2与接头1也可以留有一部分直接接触面，即如图1和图3所示，加强垫块3不完全覆盖法兰本体2与接头1的接触面，相当于内嵌在两者的接触面之间，连接的牢固性更好。
47.一般来说，法兰本体2的根部(靠近卡接部32的一端)变形较大，顶部(靠近定位部31的一端)由于有固定装置6的固定，变形较小，若加强垫块3较短，会导致法兰本体2顶部的刚度大、变形小，根部刚度小、变形大，进而在高压条件下导致法兰本体2与接头1之间的间隙越来越大，对于密封不好，且法兰可能有折断的风险。
48.可选地，结合图1至图4所示，第一段71包括斜面711，斜面711位于远离第二段72的一端，具体地，斜面711方便加强垫块3的装配，同时也增加了转折角，即相当于又增加了一级台阶，使加强垫块3与法兰本体2的连接面曲折，从而使气流难以进入，增强密封效果。
49.在一些可选的实施例中，第一段71与卡接部32均有多个，卡接部32间隔设置在加强垫块3上，并与多个第一段71对应连接，即法兰本体2上有多个对接台阶73，形成多个转折角以增强加强垫块3与法兰本体2的密封强度。
50.在一些可选的实施例中，定位部31与第一段71的深度一致，卡接部32与第二段72的深度一致，即：当法兰本体2和加强垫块3通过固定装置6装配至接头1上时，加强垫块3朝向接头1的一面与法兰本体2朝向接头1的一面平齐。
51.参见图1所示，加强垫块3装配至法兰本体2上后，加强垫块3填充了定位槽7，并使法兰本体2朝向接头1的一面为平面，方便与接头1的对接，并保证密封效果。
52.在一些可选的实施例中，该法兰结构还包括缓冲层4，参见图1至图3所示，缓冲层4设置在加强垫块3与法兰本体2之间，可选地，缓冲层4使用软质的弹性材料；
53.进一步地，缓冲层4使用具有弹性的硅胶层或橡胶层，加强垫块3使用结构钢或不锈钢材料，利用硅橡胶材料的高延伸率及绝缘特性，通过设置合理的硅橡胶弹性层厚度，解决金属垫板与复合法兰间应力及变形不匹配的问题，同时防止金属垫板发生电化学腐蚀。
54.在一些可选的实施例中，该法兰结构还包括密封装置5，参见图1至图3所示，密封装置5设置于加强垫块3远离法兰本体2的一面，用于加强垫块3与接头1之间的密封。可选地，加强垫块3上设置有卡槽，密封装置5使用密封圈，密封圈卡设在卡槽中，并沿法兰本体2的周向设置；在工作状态下，高压作用于接头1，加强垫块3与接头1相接触的端面收到正压力，可以对密封圈起到压紧作用，从而保证对接端面的密封性能。
55.在一些可选的实施例中，固定装置6包括螺栓，参见图1和图3所示，螺栓自法兰本体2一端朝向接头1一端以此穿过法兰本体2和加强垫块3；具体地，螺栓头抵接在法兰本体2远离接头1的一面，螺栓末端用于与接头1相连接；
56.进一步地，结合图4所示，法兰本体2上开设有安装孔21，螺栓穿过安装孔并螺接在其中，同样的，加强垫块3与接头1上设有用于螺栓安装的孔，且接头1的孔内部同样设有螺纹，以使螺栓紧固在其中。
57.具体地，在系统受内压状态下，法兰本体2与接头1相接的端面存在翘起的趋势，法兰本体2通过装配螺栓紧固或是其他方式与接头1压紧，限制法兰本体2的位移，同时通过安装加强垫块3的方式，增强法兰本体2与接头1接触端面的刚度，减少界面相对位移；再通过硅橡胶材质的缓冲层4过渡，提高加强垫块3与法兰本体2之间的变形协调能力，不同于传统
复合材料-金属直接接触的密封方式，系统整体刚度与密封性能得到了极大的改善，适用于高压密封结构。同时，复合材料的法兰本体2与金属材质的加强垫块3之间界面填充有硅橡胶材质的缓冲层4，可以有效防止金属材质的加强垫块3发生电化学腐蚀，提高设备储存期限。
58.本技术实施例提供一种法兰结构，通过在复合材料的法兰本体2内嵌入金属材质的加强垫块3的方式，使高刚度材料(金属的加强垫块3)接触发动机壳体，并将加强垫块3设计在复合材料的法兰本体2侧面空腔，在加强垫块3及复合材料间用软质弹性材料填充，增强密封，具体地，其具体结构特点及创新点如下：
59.1、采用复合材料的法兰本体2内嵌金属材质加强垫块3的形式，金属表面光洁度相较于复合材质的法兰高，且检测质量一致性好，其表面粗糙度可以达到1.6，通过合理设置金属垫板厚度，在保证法兰密封界面的可靠性的同时，可有效提高喷管结构效率；
60.2、采用复合材料的复合法兰本体2内嵌金属材质加强垫块3的形式，通过增加金属材质的加强垫块3，提升了复合材料法兰的整体刚度，在承受同等载荷的条件下，减小了复合材料法兰本体2的结构变形，特别是在密封部位，金属垫板的变形得到有效抑制，提升了高压密封结构的密封可靠性；
61.3、加强垫块3采用结构钢或不锈钢材料，为解决复合材料的法兰本体2与金属材质加强垫块3这两种材料之间的变形匹配问题，在复合法兰本体2与金属材质加强垫块3界面填充硅橡胶弹性层，利用硅橡胶材料的高延伸率及绝缘特性，通过设置合理的缓冲层4的厚度，解决金属材质加强垫块3与复合材料的法兰本体2间应力及变形不匹配的难题，同时防止金属材质加强垫块3发生电化学腐蚀。
62.以上特点组合后，解决了复合材料的法兰本体2在发动机工作过程中的高压密封失效问题，避免发动机工作异常；同时合理的密封结构设计避免不同材料之间产生热应力不匹配的问题，同时杜绝镶嵌体发生电化学腐蚀的可能性，实现了全复合材料喷管高质量比、高密封可靠性的特点。
63.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
64.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
65.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申
请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种法兰结构，其特征在于，其包括：法兰本体(2)，其用于与接头(1)相接的一面上开设有定位槽(7)；加强垫块(3)，其包括定位部(31)，所述定位部(31)与所述定位槽(7)相接，且所述加强垫块(3)的材质与法兰本体(2)的材质不同；所述法兰本体(2)和加强垫块(3)被配置为：当所述法兰本体(2)和加强垫块(3)通过固定装置(6)装配至接头(1)上时，所述加强垫块(3)位于所述法兰本体(2)和接头(1)之间，所述加强垫块(3)卡设在所述定位槽(7)中，且所述法兰本体(2)与接头(1)至少有部分相抵接。2.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于：所述加强垫块(3)使用金属材料制作。3.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于：所述定位槽(7)为不规则形状。4.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于：所述定位槽(7)包括第一段(71)和第二段(72)，所述第一段(71)的开槽深度深于所述第二段(72)的开槽深度；所述加强垫块(3)还包括卡接部(32)，所述卡接部(32)位于所述第二段(72)中，所述定位部(31)位于所述第一段(71)中。5.如权利要求4所述的法兰结构，其特征在于：所述第一段(71)与卡接部(32)均有多个，所述卡接部(32)间隔设置在所述加强垫块(3)上，并与多个所述第一段(71)对应连接。6.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于：所述法兰本体(2)和加强垫块(3)被配置为：当所述法兰本体(2)和加强垫块(3)通过固定装置(6)装配至接头(1)上时，所述加强垫块(3)朝向接头(1)的一面与所述法兰本体(2)朝向接头(1)的一面平齐。7.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于，其还包括：缓冲层(4)，其设置于所述加强垫块(3)与法兰本体(2)之间。8.如权利要求7所述的法兰结构，其特征在于：所述缓冲层(4)使用软质弹性材料。9.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于，其还包括：密封装置(5)，其设置于所述加强垫块(3)远离法兰本体(2)的一面。10.如权利要求1所述的法兰结构，其特征在于：所述固定装置(6)包括螺栓，所述螺栓自法兰本体(2)一端朝向接头(1)一端以此穿过法兰本体(2)和加强垫块(3)，所述螺栓末端用于与所述接头(1)相连接。

技术总结
本申请涉及法兰密封连接领域，特别涉及一种法兰结构。苏松户法兰结构包括法兰本体和加强垫块，其中，法兰本体用于与接头相接的一面上开设有定位槽；加强垫块包括定位部，所述定位部与所述定位槽相接，且所述加强垫块的材质与法兰本体的材质不同；所述法兰本体和加强垫块被配置为：当所述法兰本体和加强垫块通过固定装置装配至接头上时，所述加强垫块位于所述法兰本体和接头之间，所述加强垫块卡设在所述定位槽中，且所述法兰本体与接头至少有部分相抵接。本申请实施例提供了一种法兰结构，以解决相关技术中复合材料法兰与接头之间由于材质差异，在高压强条件下复合材料法兰发生变形，可能会发生界面密封失效，无法满足发动机工作要求的问题。工作要求的问题。工作要求的问题。


技术研发人员：任孝宇 梁纪秋 司学龙 徐节荣 周子翔 祝珊 张盛源 吕轩 许玉荣 钟志文 周睿 武丹
受保护的技术使用者：湖北航天技术研究院总体设计所
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/5/24