基于triz理论的螺栓法兰联接系统的研究

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　　基于TRIZ理论的螺栓法兰联接系统的研究|第1在全球经济一体化的今天,企业竞争的焦点在于对市场的快速响应和产品创新.为此,企业要研发出高性能的产品,需采用实现产品创新和快速设计的理论方法和工具,从而设计出高层次的新产品.TRIZ理论就是专门研究创造发明的理论,它是GSAltshuller及其同事研究分析了世界近250万件高水平发明专利,综合多学科领域原理、法则的基础上形成的创新方法理论体系.主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和方法.TRIZ主要用39个标准参数、40条发明原理、冲突矩阵和76个标准解等一整套的理论来解决各工程领域的创新问题. 为了便于运输、安装与检修,许多气缸、压力容器和压力管道都必须设有适当数量的可拆静密封联接结构.目前,应用最广泛的可拆静密封联接结构仍然是各种类型的螺栓;法兰;密封垫片接头.但是,不断提高的环境保护意识和越来越严格的政府环保法规使得减少从工业装置中泄漏出来并排放到大气中的各种有机气体成为必须认真考虑的问题.这种泄漏主要是在设备和管线上的静密封接头处以及压缩机、泵、阀中的动密封装置处产生的.这就使得对螺栓法兰接头和密封垫片的研究成为长盛不衰的研究大课题.1螺栓法兰密封系统的研究现状及进展目前这一领域主要从以下3个方面进行了研究：（1）发展检测各种密封垫片在各种工况下的密封性能或泄漏速率的理论与技术.文献中给出了设备接头处的有害气体的质量泄漏速率与总的气体泄漏速率以及有害气体在泄漏气体中的体积分数之间的关系式.文献对这一理论的正确性在实验室加以验证.（2）改善密封垫片结构以提高其密封性能.垫片的力学性能和密封性能研究一直是螺栓法兰接头研究中的重点,其中缠绕式密封垫片又是研究得最多的.文献对影响缠绕式密封垫片密封性能的一般因素进行了分析.文献采用5000kN水压机和氦质谱仪对缠绕式垫片的力学性能和密封性能进行了系统试验研究.文献 根据分子密封学中提出的关于非金属弹塑性体相对刚化后能大幅度提高其承压能力的理论,将法兰密封部位的形状设计成可为非金属弹塑性体提供各向刚性支承,再重点考虑垫片的材料,根据介质温度的不同,分别采用F-4、填充F-4和柔性石墨,收到了一定的成效.这一理论假设,螺栓是弹性体并有蠕变,垫片产生弹塑性变形,法兰相对于垫片和螺栓是刚体,同时也考虑了弹性变形对系统的影响,但法兰结合面在变形前后仍为一平面.（3）研究法兰结构中螺栓;法兰;密封垫片与所受载荷之间的相互关系,以改进这种静密封接头的结构设计及安装维护,达到提高螺栓法兰接头整体密封性能的目的.在压力容器中,为了防止发生爆裂和泄漏事故,在螺栓法兰接头中由密封垫片、螺栓和法兰盘组成的系统中的预紧载荷、压力载荷、热载荷以及某些零部件的几何不对称性等之间的相互关系,一直是工程师们十分关注的问题.文献利用有限元技术对闸阀阀体上的一对法兰进行了分析,法兰结构是完全对称的,由于模型的建立比较接近实际,分析结果与实验结果非常接近.文献在假设上下法兰为对称结构、法兰环厚度方向为刚体及螺栓法兰垫片是一个预应力静不定系统的前提下,对螺栓法兰联接系统进行受力分析,建立了垫片压紧应力、泄漏率和介质压力之间的关系,且与真实法兰系统的实验结果进行比较,找出差异的原因并作了说明. 上述研究成果对螺栓法兰密封系统在工业中的应用起着重要的作用,在积极发展的同时应当看到,对联接系统中使用螺栓的数量和法兰的结构形状研究相对较少,本文应用TRIZ理论探讨解决这一问题.2TRIZ的技术冲突及其解决机制TRIZ认为,解决工程问题最有效的途径是克服冲突,技术冲突在改善技术系统的一个参数的同时负面影响了该技术系统的另一个参数.技术冲突的解决是改进一技术参数的性能,而另一个技术参数的性能得到改进或保持不变.解决了技术冲"突实现双赢",而解决工程技术问题常用的折衷法,一般提高了某一性能,而另一性能降低或恶化. 运用技术冲突解决问题是以39个标准工程参数、40启发式原理及冲突矩阵为基础.首先,对设计问题进行功能分析,用技术特性描述子功能,若存在技术冲突,提出改进的技术特性和恶化的技术特性,将改进和恶化的技术特性泛化为39个标准工程参数其中的2个.其次,通过标准工程参数,应用冲突矩阵寻找解决问题的1~6个启发式原理.每一启发式原理由原理的应用形式、若干个应用实例、实例图和实例说明组成,这些原理可以给设计师高层次且直接的启发.最后,将要解决的工程问题与指定的几个启发式原理进行对比分析,经评价,设计师应用相似原理可得到解决该问题的创新解,技术冲突的解决过程如图:所示1已建立解决技术冲突的计算机辅助创新设计系统.