CN103486368A - 一种法兰连接组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种法兰连接组件，其包括通过紧固件连接的圆环形的第一法兰盘和第二法兰盘，且所述第一法兰盘和第二法兰盘相对于一中心轴对齐并分别具有一相互远离的基础平面以及一相互匹配的对接面，其中，各所述对接面包括至少一个斜面，所述斜面与所述基础平面之间具有一定的角度。本发明的两个法兰盘可以在轴向方向被动产生一定位移，从而可以补偿因螺栓热膨胀伸长以及法兰盘厚度膨胀量的差异所引起的压紧力过小或过大的问题，达到有效密封的目的，而且还可以在不增加螺栓数目的前提下减小各螺栓所承受的预紧力，提高了法兰连接组件的可靠性和经济性。

Description

一种法兰连接组件
技术领域
本发明涉及法兰结构，尤其涉及一种法兰连接组件。
背景技术
目前，公知的法兰连接组件是由紧固件（一般为螺栓）、法兰盘和垫片组成，其具有良好的密封性，且结构简单、成本低廉、拆装方便、能承受较高的压力等特点。因此，法兰连接组件广泛应用于能源、石油、化工、船舶、动力和航空航天等领域的压力容器、管道和阀门的连接。
螺栓预紧力是影响法兰密封的重要因素之一，如果预紧力过低，则垫片的压紧力不足，不能实现有效密封；如果预紧力过高，则压紧力过大，易将垫片压溃而丧失回弹能力，从而无法补偿由于温度、压力变化引起的对接面分离，将导致泄漏。因此，适当地提高螺栓预紧力可以增加垫片的压紧力，提高垫片的密封能力。
对于高温或低温条件下的异种材料（特别是热膨胀系数差异大的异种材料）的法兰连接组件，由于法兰盘与螺栓的膨胀量不同，垫片的回弹量无法补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离，因而使得两个法兰盘对接面之间的压紧力减小而导致泄漏，或压紧力过大使垫片整体屈服而丧失回弹能力，甚至将垫片挤出或压坏，导致密封失效。
为了克服上述问题，目前通常采用的技术方法是：在螺栓螺母连接处增加弹簧垫，同时提高螺栓预紧力。但是，弹簧垫和螺栓所能承受的最大预紧力受其材料力学性能的制约，特别是在高温或低温条件下，其力学性能明显降低，使得法兰密封难以保证。为了在保证垫片压紧力的前提下减小单个螺栓的预紧力，可以增加螺栓数量，但这将导致法兰盘的螺栓孔数目增加，法兰盘的强度降低，虽然这也可以通过提高法兰盘厚度来克服，但这将引起材料的使用量增加，从而降低了法兰连接组件的经济性。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种法兰连接组件以克服热膨胀系数差异大的异种材料法兰连接组件在高温或低温条件下容易密封失效以及不能在保证经济性的前提下通过不增加螺栓数目的方法减小螺栓预紧力的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种法兰连接组件，其包括通过紧固件连接的圆环形的第一法兰盘和第二法兰盘，且所述第一法兰盘和第二法兰盘相对于一中心轴对齐并分别具有一相互远离的基础平面以及一相互匹配的对接面，各所述对接面包括至少一个斜面，所述斜面与所述基础平面之间具有一定的角度。
进一步地，所述对接面还包括与所述基础平面垂直的直立面。
进一步地，所述对接面还包括与所述基础平面平行的水平面。
前述一种法兰连接组件，所述第一法兰盘的材料与所述紧固件的材料相同。
进一步地，所述斜面的中线与所述第二法兰盘的所述基础平面的距离为第一尺寸，所述斜面的中线与所述中心轴的距离为第二尺寸，所述角度的正切值等于第一尺寸与第二尺寸之比。
前述一种法兰连接组件，当所述第一法兰盘的热膨胀系数大于所述第二法兰盘的热膨胀系数时，所述第一法兰盘的斜面朝向所述紧固件倾斜，所述第二法兰盘的斜面背向所述紧固件倾斜。
前述一种法兰连接组件，当所述第一法兰盘的热膨胀系数小于所述第二法兰盘的热膨胀系数时，所述第一法兰盘的斜面背向所述紧固件倾斜，所述第二法兰盘的斜面朝向所述紧固件倾斜。
优选地，所述第一法兰盘或所述第二法兰盘的各斜面的中线与基础平面的距离相等。
进一步地，所述两个法兰盘的所述斜面之间通过研合面密封，或通过垫片或O型圈密封。
综上所述，如果两个法兰盘的材料不同，则当其处于高温或低温条件下时，两个法兰盘的径向热膨胀量将存在差异，从而可能发生相对位移。本发明通过将对接面设计成包括斜面而不是简单的平面，从而使得两个法兰盘可以在轴向方向被动产生一定位移，以补偿因螺栓热膨胀伸长以及法兰盘厚度膨胀量的差异所引起的压紧力过小或过大的问题，达到有效密封的目的。因此，本发明可以有效地克服异种材料法兰连接组件在高温或低温条件下的密封失效问题。此外，本发明还可以在不增加螺栓数目的前提下减小各螺栓所承受的预紧力，提高了法兰连接组件的可靠性和经济性，且结构简单、便于制造。
附图说明
图1为本发明一个实施例的法兰连接组件的部分纵剖面示图；
图2为本发明另一个实施例的法兰连接组件的部分纵剖面示图；
图3为图2中所采用的垫片的部分纵剖面示图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
在图1所示的实施例中，本发明的法兰连接组件包括圆环形的第一法兰盘1和第二法兰盘2，且该第一法兰盘1和第二法兰盘2相对于一中心轴ai轴向对齐并通过螺栓3和螺母4相互对接。
如图1所示，第一法兰盘1具有相对的第一基础平面11和第一对接面12，第二法兰盘2具有相对的第二基础平面21和第二对接面22，其中，两个基础平面11、21相互远离且平行，两个对接面12、22相互对接并匹配。与常规设计为平面的对接面不同，此处的第一对接面12包括四个设置在螺栓3与中心轴ai之间的第一斜面121和第一直立面（未示出），第二对接面22包括四个分别与相应第一斜面121匹配的第二斜面221和分别与相应第一直立面匹配的第二直立面（未示出），其中，斜面121、221与基础平面11、21之间具有一定角度α，直立面垂直于基础平面11、21。
在本实施例中，当螺栓3与第一法兰盘1材料相同而与第二法兰盘2材料不同时，斜面121、221的中线与第二法兰盘2的基础平面21的距离设为第一尺寸（在图1中分别为c1、c2、c3、c4），斜面121、221的中线与中心轴ai的距离设为第二尺寸（在图1中分别为d1、d2、d3、d4）），则角度α的正切值等于第一尺寸与对应的第二尺寸之比。
此处，如果第一法兰盘1比第二法兰盘2的热膨胀系数小，则如图1所示，第一法兰盘1的斜面121背向螺栓3（即朝向中心轴ai）倾斜，相应地第二法兰盘2的斜面221朝向螺栓3倾斜；如果第一法兰盘1比第二法兰盘2的热膨胀系数大，则斜面121、221反向，即，第一法兰盘1的斜面121朝向螺栓3（即背向中心轴ai）倾斜，相应地第二法兰盘2的斜面221背向螺栓3倾斜。
优选地，斜面121的中线与基础平面11或12之间的距离相等，此时，显然斜面221的中线与基础平面11或12之间的距离也相等。
可见，通过将对接面12、22设计为包括上述斜面121、221，在高温或低温条件下，当法兰盘1、2的材料不同导致热膨胀量在径向方向存在差异时，它们在轴向方向也将被动产生一定相对位移，因而可以补偿因螺栓3热膨胀伸长以及法兰盘1、2厚度膨胀量的差异所引起的压紧力过小或过大问题，进而达到有效密封的目的。而且，此时螺栓3所承受的预紧力大小等于对接面为平面的普通法兰连接组件产生相同压紧力所需的螺栓预紧力大小与该角度α余弦值的乘积，从而达到在不增加螺栓数目的前提下以减小螺栓预紧力的目的。
应该理解，本发明只有在应用于高温或低温条件下时，才优选将各斜面121、221的角度α的值和倾斜方向设置为上述两种情况。当应用于常温条件或者第一法兰盘1和第二法兰盘2与螺栓3的材料均相同时，角度α的大小根据实际工作条件而定，斜面的倾斜方向不受限制。
在图2和图3中，本发明还提供了另一优选的实施例，其中与图1中类似的部件采用相同的附图标记标示。与图1所示的实施例不同的是，本实施例中相邻的两个斜面121、221之间设有与基础平面11、21平行的水平面（未示出），且斜面121、221之间通过垫片5密封。如图3所示，该垫片5的对接面与其圆周平面之间也相应地具有角度α。
上述实施例仅作为示例而并非用于限制，例如，斜面121、221之间还可通过O形圈密封，对接面12、22上的斜面可以是一个或多个，其宽度及具体数目依法兰连接组件的实际工作条件而定。
以上的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明的权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种法兰连接组件，其包括通过紧固件连接的圆环形的第一法兰盘和第二法兰盘，且所述第一法兰盘和第二法兰盘相对于一中心轴对齐并分别具有一相互远离的基础平面以及一相互匹配的对接面，其特征在于，各所述对接面包括至少一个斜面，所述斜面与所述基础平面之间具有一定的角度。
2.根据权利要求1所述的法兰连接组件，其特征在于，所述对接面还包括与所述基础平面垂直的直立面。
3.根据权利要求2所述的法兰连接组件，其特征在于，所述对接面还包括与所述基础平面平行的水平面。
4.根据权利要求1所述的法兰连接组件，其特征在于，所述第一法兰盘的材料与所述紧固件的材料相同。
5.根据权利要求4所述的法兰连接组件，其特征在于，所述斜面的中线与所述第二法兰盘的所述基础平面的距离为第一尺寸，所述斜面的中线与所述中心轴的距离为第二尺寸，所述角度的正切值等于第一尺寸与第二尺寸之比。
6.根据权利要求4所述的法兰连接组件，其特征在于，所述第一法兰盘的热膨胀系数大于所述第二法兰盘的热膨胀系数，所述第一法兰盘的斜面朝向所述紧固件倾斜，所述第二法兰盘的斜面背向所述紧固件倾斜。
7.根据权利要求4所述的法兰连接组件，其特征在于，所述第一法兰盘的热膨胀系数小于所述第二法兰盘的热膨胀系数，所述第一法兰盘的斜面背向所述紧固件倾斜，所述第二法兰盘的斜面朝向所述紧固件倾斜。
8.根据权利要求1所述的法兰连接组件，其特征在于，所述第一法兰盘或所述第二法兰盘的各斜面的中线与基础平面的距离相等。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的法兰连接组件，其特征在于，所述两个法兰盘的所述斜面之间通过研合面密封，或通过垫片或O型圈密封。
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