法兰盘拓展设计探讨

明晓峰

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

创新设计的气密式变径法兰在现场应用中能够充分消除常规法兰所存在的多种不利因素，拓展了设备设施安装条件，有利支持了油气勘探作业现场的施工安全，满足了现场作业标准需要，达到了规范化的施工要求。同时，降低了设备运行成本。