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摘要：法兰（盘），是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接。随着社会生产的飞速发展，法兰的适用范围正在在逐步扩大。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以适应特定的作业。常规法兰是同径的，用于连接同径的管件，这就决定了固定尺寸的法兰的适用范围的狭隘性。要想实现法兰盘具有广泛的适用性，就必须创新设计一种新型可变径法兰，本文探讨的就是一种适用范围广的变径法兰盘设计。
关键词：法兰；管件；连接；变径
管件连接应用的专业范围广，不但是在社会公共生产行业，而且广泛适用在野外生产作业中。以油气勘探中的录井专业为例，在陆地钻机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，这样获得传感器采集信号，这种安装方式是建立的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又是常见的。当出现这种情况时，往往采取的方法就是定制一种专门针对体积传感器探头尺寸的法兰，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录井专业设备用的法兰，所以也只有定制，定制的法兰在完成具体工作场合后就可能不再继续有用了，因为传感器不同尺寸也就不同。纵观起来，没有一种通用的尺寸可供变化使用。再者，录井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，亟待有一种以适应性广的法兰安装装置，从而满足具体工作的需要。
一、法兰盘的概述
1.1法兰盘的外形特征
法兰（flange）又叫法兰盘或突缘。使管子与管子相互连接的零件。连接于管端。法兰上有孔眼，可穿螺栓，使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰管件（flanged pipe fittings）指带有法兰（突缘或接盘）的管件。它可由浇铸而成（图暂缺），也可由螺纹连接或焊接构成。法兰联接（flange，joint）由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。法兰联接是一种可拆联接。按所联接的部件可分为容器法兰及管法兰。按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。平焊法兰的刚性较差，适用于压力p≤4MPa的场合；对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。法兰密封面的型式有三种：平面型密封面，适用于压力不高、介质无毒的场合；凹凸密封面，适用于压力稍高的场合；榫槽密封面，适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。
1.2法兰盘的连接
法兰（flange）连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。法兰连接是管道施工的重要连接方式。
法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。
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二、普通法兰（盘）应用的局限性
普通法兰的应用局限性可归结为以下几个方面：
（1）单独型号的普通法兰的孔径是一致的，满足不了特定条件下变径安装的需要；
（2）在具体的工作中，往往为了找到适合的法兰而需在广泛的种类中挑选，延误了工作；
（3）在没有完全适合的法兰的情况下，只能在管件中添加垫片，影响了法兰连接作用的整体性；
（4）由于普通法兰无法变径，所以，限制了作为一种工具的工作面广度；
（5）普通法主要是实现双管连接，无法实现单管密封悬挂紧固；
（6）普通法兰是单纯的双管连接件，即需两个法兰盘夹垫片紧固连接，而单个法兰无法工作；
所以，一种可实现单体连接固定密封操作的可变径法兰完成具体工作的关键。
三、法兰（盘）创新设计的必要性
法兰，作为一种连接、密封和紧固机件，其适用性已由单独的工业管件密封扩展了社会生产生活的各个方面，基于法兰（盘）功能的装置和设施也得到了各种创新再设计。但从法兰的生产来说没有根本性的变化，即都是围绕尺寸而变化，变化的是单件个体，而个体没有根本性的变化，这是制约法兰应用延展性的主要原因。所以，应从法兰的拓展应用去分析，让法兰适应不同的应用范围，那就是创新设计一种可变径的法兰。
四、法兰的创新设计
以一种气密式法兰设计为例，分析实现其内径变化的可行方式。该设计整体为空腔结构，内设可膨胀塑圈，主要由内外体法兰腔、胶圈、气密腔和法兰顶底盘组成：
（一）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。外体法兰和法兰底盘呈一体无缝焊接，内体法兰和法兰底盘呈一体无缝焊接，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。
（二）法兰底盘
法兰底盘上焊接有内体法兰和外体法兰箍，其间的内外法兰腔上均匀分布螺栓孔，在底盘周径居中。
（三）胶圈
胶圈是实现变径的主体，在气压作用下可塑。无气压下，胶圈的内圈和外圈不同径。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，对需要密封的个件形成周边紧缩达到密封支撑的作用，即气密腔直径收缩。
（四）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。
（五）法兰顶盘
法兰顶盘可拆卸，在顶盘上均匀分布螺栓孔，和底盘螺栓孔通径，位置相同，法兰顶盘和法兰底盘通过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。
五、可变径法兰的优点
与普通的法兰相比，气密式变径法兰创造性地具备了以下性能和优点：
（1）变径法兰的孔径是可变的，满足了特定条件下变径连接密封安装的需要；
（2）在具体的工作中，避免为了找到适合的法兰而需在广泛的种类中挑选，满足了特殊工作需求；
（3）变径法兰的塑圈靠气密封闭空间，不影响法兰连接作用的整体性；
（4）变径法兰可变径，所以，拓展了法兰作为一种工具的工作面广度；
（5）变径法兰可实现单管密封悬挂紧固；
（6）变径法兰实现了一种全新式的密封紧固作用，满足了特殊工作需要。
结束语
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个件部位，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，取出密封连接个件。这种设计科学简便，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连接密封个件的需要。
参考文献：
[1]王选逵.《机械制造工艺学》.机械工业出版社.2007.
[2]傅玲梅.《机床夹具与设计》.中国劳动保障出版社.2008.
[3]本洪.《机械加工工艺手册》.北京出版社.1996.
[4]周玉凤，杜向阳.《互换性与技术测量》.清华大学出版社.2008.
论文作者:张小龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：法兰论文; 法兰盘论文; 胶圈论文; 螺栓论文; 底盘论文; 管件论文; 紧固论文; 《防护工程》2018年第35期论文;