法蘭盤拓展設計探討

明曉峰

摘? 要：法蘭在各行各業中都有廣泛的應用，尤其在管件連接中不可或缺。用法蘭連接的管件和焊接方式連接不同，法蘭連接可無損拆卸，焊接連接只能切割分離。法蘭多用于同徑管的連接緊固，屬于內密封，離不開密封填料的輔助應用，這就決定了法蘭的應用范圍局限性。除連接管件外，法蘭也可有對支撐件起到固定密封的作用，氣密隔離就是一種。但是，在具體的應用中并沒有起到良好的效果，主要是因為法蘭的固有設計問題。鑒于此，本文從創新的角度考慮，設想一種拓展設計。

關鍵詞：法蘭，連接，緊固，密封，氣密，設計

引言

法蘭主要用于管件連接，連接方式就是密封和緊固。常見的法蘭又叫法蘭凸緣盤或突緣。法蘭是管子與管子之間相互連接的零件，用于管端之間的連接。同時，也有用在設備進出口上的法蘭，用于兩個設備之間的連接，也有用于單一管狀物的密封連接和固定。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結構的可拆連接。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連。法蘭間用填料密封。法蘭都是成對使用的，兩片法蘭盤之間加上密封填料，然后用螺栓緊固。隨著創新生產的飛速發展，法蘭的適用范圍正在在逐步擴大。但同時，對法蘭作用的要求也在提升，已單單不是以連接為主導，更有時需要特定種類的法蘭實現特定的作業。上述中，法蘭的功能形式比較單一，無法滿足特定的需要，也就是說沒有一種可靈活變徑的法蘭。

1 普通法蘭在專業中的應用局限性

以油氣勘探生產中的綜合錄井專業為例。綜合錄井在現場安裝傳感器如超聲波時，通常是利用特殊的支架將傳感器固定在一定的高度，然后探頭發射超聲波，超聲波穿過探測液面容器罩上的割口，這樣獲得傳感器信號，這種安裝方式是建立在敞開的容器空間基礎上的。如果需要探測的液面容器是要求密封的，則這種方式不可行，而這種密封要求在油氣勘探的易燃易爆容器上很常見。當出現這種情況時，往往采取的方法就是定制一種針對體積傳感器探頭具體尺寸的法蘭，然后將法蘭固定到容器表面上。定制法蘭比直接購買需要更多的費用，而直接購買卻沒有針對綜合錄井專業性的法蘭，所以也只有定制，定制的法蘭在使用完后也就不再有用了，因為傳感器不同尺寸也就不同，總之，沒有一種通用的尺寸可供變化使用。再者，綜合錄井的體積傳感器重量較輕（約為1000g），需要密封的探頭直徑較小（約為60mm），這種情況下使用普通的用于連接管件的法蘭是不切合實際的。所以，必須有一種可變徑的法蘭，以供專業使用。

2 法蘭盤的創新設計

從創新的角度出發，創新設計一種可變徑的法蘭，以適應不同安裝應用條件的變化，以下稱之為氣密式變徑法蘭。在設計材料上，氣密式變徑法蘭的外部殼體由不銹鋼制，整體為空腔結構，設計平面厚度51mm、外徑202mm，內設可膨脹塑圈，主要由內外體法蘭腔、膠圈、氣密腔、法蘭頂底盤組成等組成，如圖1所示。

（1）內外體法蘭腔。內外法蘭腔是外法蘭體和內法蘭體形成的空腔結構。① 外體法蘭直徑202mm，壁厚2mm，高51mm，外體法蘭和法蘭底盤一體無縫焊接，② 內體法蘭。內體法蘭直徑170mm，壁厚2mm，高51mm，內體法蘭和法蘭底盤一體無縫焊接。內體法蘭和外體法蘭都是焊接在法蘭底盤上的圓箍。如此，在內外體法蘭的圓箍空間形成內外法蘭腔，腔體空間直徑26mm，③ 法蘭底盤。法蘭底盤上焊接有內體法蘭和外體法蘭箍，期間的內外法蘭腔上均勻分布著6個螺栓孔，孔徑15mm，在底盤周徑居中。法蘭底盤直徑201mm，法蘭通腔直徑70mm，通腔源距內體法蘭38mm。

（2）膠圈。膠圈是實現變徑的主體，在氣壓下可塑變形。無氣壓下，膠圈的內圈直徑是70mm，外圈直徑37mm。膠圈上設氣密閥芯，閥芯空氣入口伸出法蘭頂盤供充氣用。氣密閥芯在充氣時頂開，充氣結束則在內舌片的作用下封閉。充氣時，膠圈膨脹，膨脹的膠圈在內體法蘭壁和法蘭頂盤的阻擋下向法蘭通腔伸展，對傳感器探頭體形成周邊緊縮達到密封支撐的作用，即氣密腔直徑收縮。

（3）氣密腔。氣密腔即膠圈在氣壓下由于橫向變形而形成的收縮腔。

（4）法蘭頂盤。法蘭頂盤可拆卸，在頂盤上均勻分布著6個螺栓孔，孔徑15mm，和底盤螺栓孔通徑，位置相同。法蘭頂盤直徑201mm，法蘭通腔直徑70mm。法蘭頂盤和法蘭底盤通過6個螺栓穿過對應的螺栓孔緊接。固定螺栓從頂盤經內外法蘭腔穿過底盤，然后擰入到容器上相對應的螺絲孔中牢固對接。

氣密式變徑法蘭設計了內外法蘭腔，法蘭通腔和氣密腔。充入氣體的膨脹是塑圈在橫向上變形，擠壓需要密封固定的傳感器探頭部位，氣壓越大固定越牢固，可人為調節。拆卸時，可通過氣密閥芯泄壓，取出傳感器。這種設計結構簡便，易于操作，不需特殊維護，通過調整氣壓就可滿足緊固不同尺寸探頭的需要。

創新設計的“氣密式變徑法蘭”則發明設計了一種全新式的法蘭，法蘭孔徑可根據需要實現變徑，擴大了法蘭的使用范圍，更能滿足特定的需要，尤其是在綜合錄井等設備安裝中凸顯其不可替代的作用。這種法蘭提高了作業標準，降低了設備運行成本，具有廣闊的應用前景。

3 結語

創新設計的氣密式變徑法蘭在現場應用中能夠充分消除常規法蘭所存在的多種不利因素，拓展了設備設施安裝條件，有利支持了油氣勘探作業現場的施工安全，滿足了現場作業標準需要，達到了規范化的施工要求。同時，降低了設備運行成本。