CN105889670A - 抗疲劳交变高压自紧法兰及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗疲劳交变高压自紧法兰，包括两个套节、密封环和卡套，套节的一端制有环形的连接盘，两个套节在连接盘处相互抵接，密封环外部设有凸筋，密封环安装在连接盘相互抵接处的内侧，密封环的凸筋位于两个连接盘之间，卡套为环形，卡套设有适于卡住两个连接盘边缘的卡槽，两个连接盘通过卡槽卡接。本发明的抗疲劳交变高压自紧法兰在两个套节被卡套卡紧后，压力压在密封环的凸筋上，使密封环的内表面产生弹性形变从而偏离套节的内部密封表面，这种偏离弹性地把套节内部密封面的负载回到密封环上，形成一个自我增强型弹性密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗疲劳交变高压自紧法兰及其应用方法，属于管道连接技术领域。
背景技术
法兰又叫法兰盘或突缘，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，通常是指在一个类似盘状的金属体的周边开上几个固定用的孔用于连接其它的东西。现有的法兰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。
目前，石油化工生产中，管道的连接主要是通过法兰、垫片、螺栓、螺母组合实现的。
使用中，金属垫片材质的硬度往往都比法兰更软，在螺栓预紧力作用下，使密封垫受到挤压变形，密封面上凹凸不平的微隙被填满，阻止了介质泄漏，以达到密封的作用，属于“软密封”。
由于密封面垂直于管道中心线，连接螺栓平行于管道中心线，这就势必带来下述两个影响：
A、工作时，管道内压将使密封面沿管道方向松弛，从而降低了连接处密封性能，因此，势必加大了安装时螺栓预紧载荷，从而相应也加大了法兰盘所能承受的法兰弯矩，所以法兰的结构尺寸也就显得粗大；
B、由于连接螺栓平行于管道方向，因此在运行状态下所产生的管道系统附加载荷，诸如：管道拉伸压缩、压力波动、弯矩、扭矩、冲击等，将首先直接由法兰连接螺栓承担，同样导致法兰连接预紧效果的下降，而影响连接的密封性能。
这就是传统法兰管道系统（特别是在温度压力交变下）很难完全杜绝跑、冒、滴、漏的根本原因。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种密封性能突出的抗疲劳交变高压自紧法兰。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种抗疲劳交变高压自紧法兰，包括两个套节、密封环和卡套，套节的一端制有环形的连接盘，两个套节在连接盘处相互抵接，密封环外部设有凸筋，密封环安装在连接盘相互抵接处的内侧，密封环的凸筋位于两个连接盘之间，卡套为环形，卡套设有适于卡住两个连接盘边缘的卡槽，两个连接盘通过卡槽卡接。
上述技术方案的改进是：连接盘用于抵接的一面制有与密封环的凸筋相匹配的凹槽，凹槽的深度为密封环的凸筋厚度的一半。
上述技术方案的改进是：卡套为两个，两个卡套对称设置组成环形。
上述技术方案的改进是：还包括螺栓和螺母，两个卡套对接部位分别固接有连接块，连接块上开设有至少一个安装孔，螺栓依次贯穿两个对应的连接块的安装孔与螺母螺纹连接，螺栓的轴线与套节的轴线相互垂直。
上述技术方案的改进是：连接块上开设有两个安装孔。
上述技术方案的改进是：卡套的卡槽的横截面为梯形，两个连接盘相背的侧面为与卡槽的侧壁相贴合的锥面。
本发明的抗疲劳交变高压自紧法兰的应用方法，包括以下步骤：
A、焊接：将两个套节的焊接端分别与管道或设备焊接；
B、安装密封环：将密封环安装在套节的连接盘处，密封环的凸筋安装在连接盘的凹槽中，再将两个套节的连接盘相互抵接；
C、安装卡套：在卡套内部的卡槽与套节连接盘的锥面接触部位涂润滑脂便于安装，将两个卡套对称设置，将两个套节的连接盘卡入卡槽内；
D、安装螺栓及螺母：拧紧螺母按对角顺序的方式逐步均匀拧紧，并保证两个卡套对称，使用扭矩扳手拧紧螺母，拧紧后，使用木锤或铜棒敲打卡套，使卡套真正到位、卡紧，然后再次拧紧螺母，如此反复1-3次直到拧紧时扭矩不再有新的变化为止。
本发明采用上述技术方案的有益效果是：
（1）由于密封环外部设有凸筋，密封环安装在连接盘相互抵接处的内侧，密封环的凸筋位于两个连接盘之间；在两个套节被卡套卡紧后，压力压在密封环的凸筋上，使密封环的内表面产生弹性形变从而偏离套节的内部密封表面，这种偏离弹性地把套节内部密封面的负载回到密封环上，形成一个自我增强型弹性密封；当抗疲劳交变高压自紧法兰密封环安装固定好后，受力状态下的密封环尺寸小于自由状态下的尺寸，在内表面形成压力F，而这个压力会随着内部压力的增加而加大；
（2）密封环的凸筋还起到加强和安装定位的作用，当法兰组装好后，密封环的凸筋被两套节所夹持与母管形成整体，极大程度地提高了连接部位的强度；
（3）由于本发明的抗疲劳交变高压自紧法兰具有自紧功能，工作时，管道内压将不会使密封面沿管道方向松弛，从而降低了连接处密封性能，因此，安装时减小了螺栓预紧载荷，从而相应也减小了法兰盘所承受的法兰弯矩，所以抗疲劳交变高压自紧法兰具有体积小（约为普通同压力等级、同规格法兰的1/3）、重量轻的（约为普通同压力等级、同规格法兰的1/4）；
（4）由于两个卡套对接部位分别固接有连接块，连接块上开设有安装孔，螺栓依次贯穿两个对应的连接块的安装孔与螺母螺纹连接，螺栓的轴线与套节的轴线相互垂直，由于连接螺栓垂直于管道方向，因此在运行状态下所产生的管道系统附加载荷，诸如：管道拉伸压缩、压力波动、弯矩、扭矩、冲击等，不会直接由螺栓承担，从而不会导致法兰连接预紧效果的下降，而影响连接的密封性能；
（5）由于卡套的卡槽的横截面为梯形，两个连接盘相背的侧面为与卡槽的侧壁相贴合的锥面，当管道内部压力增大时，两个连接盘相背的侧面与卡套的卡槽的侧壁的压力也增大，从而使得卡槽回馈的力增大，使得两个连接盘抵接的更加紧密，从而也起到了自紧效果，有效的防止当管道内部压力增大时，法兰连接部位产生松动，从而产生介质的泄露，使得密封性能更加突出，使抗疲劳交变高压自紧法兰具有受压越高密封性能越好的特点；
（6）安装时在卡套内部的卡槽与套节连接盘的锥面接触部位涂润滑脂，方便了安装，提高了安装效率；
（7）安装螺栓及螺母时，拧紧螺母按对角顺序的方式逐步均匀拧紧，并保证两个卡套对称，使得卡套连接更加牢固；
（8）安装螺栓及螺母时，由于拧紧后，使用木锤或铜棒敲打卡套，使卡套真正到位、卡紧，然后再次拧紧螺母，如此反复1-3次直到拧紧时扭矩不再有新的变化为止，这样操作使得安装后，卡套与套节的连接盘紧紧卡主，不会由于外力造成松动，从而使得连接更加牢固。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例抗疲劳交变高压自紧法兰的结构示意图；
图2是本发明实施例抗疲劳交变高压自紧法兰的卡套的结构示意图；
图3是本发明实施例抗疲劳交变高压自紧法兰的套节的结构示意图；
图4是本发明实施例抗疲劳交变高压自紧法兰的密封环的结构示意图；
其中：1-套节；1.1-锥面；1.2-连接盘；1.3-凹槽；2-密封环；2.1-凸筋；3-卡套；4-安装孔；5-卡槽；6-连接块；7-螺栓；8-螺母。
具体实施方式
实施例
本实施例的抗疲劳交变高压自紧法兰，如图1-4所示，包括两个套节1、密封环2和卡套3，套节1的一端制有环形的连接盘1.2，两个套节1在连接盘1.2处相互抵接，密封环2外部中间设有凸筋2.1，密封环2安装在连接盘1.2相互抵接处的内侧，密封环2的凸筋2.1位于两个连接盘1.2之间，卡套3为环形，卡套3设有适于卡住两个连接盘1.2边缘的卡槽5，两个连接盘1.2通过卡槽5卡接；连接盘1.2用于抵接的一面制有与密封环2的凸筋2.1相匹配的凹槽1.3，凹槽1.3的深度为密封环2的凸筋2.1厚度的一半；卡套3为两个，两个卡套3对称设置组成环形；还包括螺栓7和螺母8，两个卡套3对接部位分别固接有连接块6，连接块6上开设有两个安装孔4，螺栓7依次贯穿两个对应的连接块6的安装孔4与螺母8螺纹连接，螺栓7的轴线与套节1的轴线相互垂直；卡套1的卡槽5的横截面为梯形，两个连接盘1.2相背的侧面为与卡槽5的侧壁相贴合的锥面1.1。
本发明的抗疲劳交变高压自紧法兰的应用方法，包括以下步骤：
A、焊接：将两个套节的焊接端分别与管道或设备焊接；
B、安装密封环：将密封环安装在套节的连接盘处，密封环的凸筋安装在连接盘的凹槽中，再将两个套节的连接盘相互抵接；
C、安装卡套：在卡套内部的卡槽与套节连接盘的锥面接触部位涂润滑脂便于安装，将两个卡套对称设置，将两个套节的连接盘卡入卡槽内；
D、安装螺栓及螺母：拧紧螺母按对角顺序的方式逐步均匀拧紧，并保证两个卡套对称，使用扭矩扳手拧紧螺母，拧紧后，使用木锤或铜棒敲打卡套，使卡套真正到位、卡紧，然后再次拧紧螺母，如此反复1-3次直到拧紧时扭矩不再有新的变化为止。
本实施例的抗疲劳交变高压自紧法兰具有以下优点：
（1）抗疲劳交变高压自紧法兰具有体积小（约为普通同压力等级、同规格法兰的1/3）、重量轻的（约为普通同压力等级、同规格法兰的1/4）；
（2）抗疲劳交变高压自紧法兰密封性能更加突出，具有受压越高密封性能越好的特点；
（3）抗疲劳交变高压自紧法兰具有适应恶劣工况条件（如温度和压力交替变化、耐高温、耐高压）的特点；
（4）自紧高压法兰系统拆装方便，易于安装（仅四套螺栓/螺母）；
（5）自紧高压法兰系统拧紧力小（约为普通同压力等级、同规格法兰的3/4）。
抗疲劳交变高压自紧法兰的适用范围：
（1）温度:适用于各种高低温环境；
（2）压力:PN≦90MPa,适用于各种不同形态介质；
（3）材质:碳钢、合金钢、不锈钢、镍基合金等；
（4）规格:DN15-DN600。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1.抗疲劳交变高压自紧法兰，其特征在于：包括两个套节、密封环和卡套，所述套节的一端制有环形的连接盘，两个所述套节在连接盘处相互抵接，所述密封环外部设有凸筋，所述密封环安装在所述连接盘相互抵接处的内侧，所述密封环的凸筋位于两个所述连接盘之间，所述卡套为环形，所述卡套设有适于卡住两个所述连接盘边缘的卡槽，两个所述连接盘通过所述卡槽卡接。
2.根据权利要求1所述的抗疲劳交变高压自紧法兰，其特征在于：所述连接盘用于抵接的一面制有与所述密封环的凸筋相匹配的凹槽，所述凹槽的深度为所述密封环的凸筋厚度的一半。
3.根据权利要求2所述的抗疲劳交变高压自紧法兰，其特征在于：所述卡套为两个，两个所述卡套对称设置组成环形。
4.根据权利要求3所述的抗疲劳交变高压自紧法兰，其特征在于：还包括螺栓和螺母，两个所述卡套对接部位分别固接有连接块，所述连接块上开设有至少一个安装孔，所述螺栓依次贯穿两个对应的连接块的安装孔与所述螺母螺纹连接，所述螺栓的轴线与所述套节的轴线相互垂直。
5.根据权利要求4所述的抗疲劳交变高压自紧法兰，其特征在于：所述连接块上开设有两个安装孔。
6.根据权利要求5所述的抗疲劳交变高压自紧法兰，其特征在于：所述卡套的卡槽的横截面为梯形，所述两个连接盘相背的侧面为与所述卡槽的侧壁相贴合的锥面。
7.根据权利要求1-6之任一权利要求所述的抗疲劳交变高压自紧法兰的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、焊接：将两个套节的焊接端分别与管道或设备焊接；
B、安装密封环：将密封环安装在套节的连接盘处，密封环的凸筋安装在连接盘的凹槽中，再将两个套节的连接盘相互抵接；
C、安装卡套：在卡套内部的卡槽与套节连接盘的锥面接触部位涂润滑脂便于安装，将两个卡套对称设置，将两个套节的连接盘卡入卡槽内；
D、安装螺栓及螺母：拧紧螺母必须按对角顺序的方式逐步均匀拧紧，并保证两个卡套对称，使用扭矩扳手拧紧螺母，拧紧后，使用木锤或铜棒敲打卡套，使卡套真正到位、卡紧，然后再次拧紧螺母，如此反复1-3次直到拧紧时扭矩不再有新的变化为止。
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