法兰盘拓展设计探讨获奖科研报告

法兰盘拓展设计探讨获奖科研报告摘

要：法兰在各行各业中都有广泛的应用，尤其在管件连接中不可或缺。用法兰连接的管件和焊接方式连接不同，法兰连接可无损拆卸，焊接连接只能切割分离。法兰多用于同径管的连接紧固，属于内密封，离不开密封填料的辅助应用，这就决定了法兰的应用范围局限性。除连接管件外，法兰也可有对支撑件起到固定密封的作用，气密隔离就是一种。但是，在具体的应用中并没有起到良好的效果，主要是因为法兰的固有设计问题。鉴于此，本文从创新的角度考虑，设想一种拓展设计。

关键词：法兰，连接，紧固，密封，气密，设计

引言

法兰主要用于管件连接，连接方式就是密封和紧固。常见的法兰又叫法兰凸缘盘或突缘。法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接。同时，也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，也有用于单一管状物的密封连接和固定。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用填料密封。法兰都是成对使用的，两片法兰盘之间加上密封填料，然后用螺栓紧固。随着创新生产的飞速发展，法兰的适用范围正在在逐步扩大。但同时，对法兰作用的要求也在提升，已单单不是以连接为主导，更有时需要特定种类的法兰实现特定的作业。上述中，法兰的功能形式比较单一，无法满足特定的需要，也就是说没有一种可灵活变径的法兰。

1普通法兰在专业中的应用局限性

以油气勘探生产中的综合录井专业为例。综合錄井在现场安装传感器如超声波时，通常是利用特殊的支架将传感器固定在一定的高度，然后探头发射超声波，超声波穿过探测液面容器罩上的割口，这样获得传感器信号，这种安装方式是建立在敞开的容器空间基础上的。如果需要探测的液面容器是要求密封的，则这种方式不可行，而这种密封要求在油气勘探的易燃易爆容器上很常见。当出现这种情况时，往往采取的方法就是定制一种针对体积传感器探头具体尺寸的法兰，然后将法兰固定到容器表面上。定制法兰比直接购买需要更多的费用，而直接购买却没有针对综合录井专业性的法兰，所以也只有定制，定制的法兰在使用完后也就不再有用了，因为传感器不同尺寸也就不同，总之，没有一种通用的尺寸可供变化使用。再者，综合录井的体积传感器重量较轻（约为1000g），需要密封的探头直径较小（约为60mm），这种情况下使用普通的用于连接管件的法兰是不切合实际的。所以，必须有一种可变径的法兰，以供专业使用。

2法兰盘的创新设计

从创新的角度出发，创新设计一种可变径的法兰，以适应不同安装应用条件的变化，以下称之为气密式变径法兰。在设计材料上，气密式变径法兰的外部壳体由不锈钢制，整体为空腔结构，设计平面厚度51mm、外径202mm，内设可膨胀塑圈，主要由内外体法兰腔、胶圈、气密腔、法兰顶底盘组成等组成，如图1所示。

（1）内外体法兰腔。内外法兰腔是外法兰体和内法兰体形成的空腔结构。①外体法兰直径202mm，壁厚2mm，高51mm，外体法兰和法兰底盘一体无缝焊接，②内体法兰。内体法兰直径170mm，壁厚2mm，高51mm，内体法兰和法兰底盘一体无缝焊接。内体法兰和外体法兰都是焊接在法兰底盘上的圆箍。如此，在内外体法兰的圆箍空间形成内外法兰腔，腔体空间直径26mm，③法兰底盘。法兰底盘上焊接有内体法兰和外体法兰箍，期间的内外法兰腔上均匀分布着6个螺栓孔，孔径15mm，在底盘周径居中。法兰底盘直径201mm，法兰通腔直径70mm，通腔源距内体法兰38mm。

（2）胶圈。胶圈是实现变径的主体，在气压下可塑变形。无气压下，胶圈的内圈直径是70mm，外圈直径37mm。胶圈上设气密阀芯，阀芯空气入口伸出法兰顶盘供充气用。气密阀芯在充气时顶开，充气结束则在内舌片的作用下封闭。充气时，胶圈膨胀，膨胀的胶圈在内体法兰壁和法兰顶盘的阻挡下向法兰通腔伸展，对传感器探头体形成周边紧缩达到密封支撑的作用，即气密腔直径收缩。

（3）气密腔。气密腔即胶圈在气压下由于横向变形而形成的收缩腔。

（4）法兰顶盘。法兰顶盘可拆卸，在顶盘上均匀分布着6个螺栓孔，孔径15mm，和底盘螺栓孔通径，位置相同。法兰顶盘直径201mm，法兰通腔直径70mm。法兰顶盘和法兰底盘通过6个螺栓穿过对应的螺栓孔紧接。固定螺栓从顶盘经内外法兰腔穿过底盘，然后拧入到容器上相对应的螺丝孔中牢固对接。

气密式变径法兰设计了内外法兰腔，法兰通腔和气密腔。充入气体的膨胀是塑圈在横向上变形，挤压需要密封固定的传感器探头部位，气压越大固定越牢固，可人为调节。拆卸时，可通过气密阀芯泄压，取出传感器。这种设计结构简便，易于操作，不需特殊维护，通过调整气压就可满足紧固不同尺寸探头的需要。

创新设计的“气密式变径法兰”则发明设计了一种全新式的法兰，法兰孔径可根据需要实现变径，扩大了法兰的使用范围，更能满足特定的需要，尤其是在综合录井等设备安装中凸显其不可替代的作用。这种法兰提高了作业标准，降低了设备运行成本，具有广阔的应用前景。

3结语