一种法兰的制作方法
【专利摘要】一种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，及具有第二密封面的第二法兰，第一密封面和第二密封面之间设置有密封垫片，第一法兰、密封垫片和第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，本申请采用四种法兰的独特结构，使得其密封面的配对结构能施加给传统的垫片一种扭力，垫片的反扭作用力则表现为回弹性能的提高，从而取得优良的加强密封性能，当密封系统松弛后，垫片有足够的回弹继续保持与法兰密封面的紧密贴合。与现有技术相比，具有强制密封、结构简单、装卸简便、有利于密封面的保护，制造周期短、成本低、装卸简便的优点，尤其比其他密封结构更适用于大型结构在高温高压及波动工况下的动态密封。
【专利说明】—种法兰
【技术领域】
[0001]本申请涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、及其它各种化工、空调、空冷、电力设施的承压设备(例如:锅炉、压力容器、换热器、压力管道、储气瓶等)开口连接的密封技术，特别适用于高温高压工况的密封结构或靠口锻部的隔膜密封结构的锥形密封面法兰。
【背景技术】
[0002]现有的承压设备开口连接的密封技术中，法兰螺栓强制密封系统是应用最为广泛的一种，但是法兰的结构种类很多，包括有平焊法兰、对焊法兰、长颈法兰、宽面法兰、窄面法兰、反向法兰和圆筒形端部、圆锥形端部、凸缘、换热器管板、盲盖板，还有松套法兰等结构。
[0003]现有技术中典型的法兰密封副结构如图1所示，每个法兰一般是由法兰盘11、安装螺栓螺母紧固件的螺栓孔12、颈部13、与承压壳体对接的端部坡口 14、垫片15和密封面16组成，其中密封面16为密封平面。螺栓穿过上下两个法兰的螺栓孔12，螺栓端部上紧螺母，使两个法兰的密封面16相互靠近，压紧垫片15，使法兰内部压力P的介质无法从虚线箭头方向通过压紧垫片15及其与法兰之间的密封面流窜到法兰外部。
[0004]上述传统结构普遍存在的实际问题是，当使法兰内部介质的压力P、温度T升高或波动时，较高的压力在法兰的两端产生实线箭头所示的拉力F，较高的温度使螺栓受热膨胀伸长，密封系统松弛，垫片15没有足够的回弹继续保持与法兰密封面16的紧密贴合，高温高压介质通过密封面流窜到法兰外部，引发爆炸燃烧事故。由此可见，承压设备开口连接的密封技术是整台设备的关键。
[0005]从技术层面分析，法兰内部介质泄漏的根本原因是:密封系统松弛后，垫片15没有足够的回弹继续保持与法兰密封面的紧密贴合。
[0006]长期以来，人们一直致力于开口连接密封结构的研究，主要研究方向在于如何提高垫片的回弹率，形成了例如:八角垫、椭圆垫、双金属垫、齿形垫、平面隔膜垫、球面隔膜垫以及它们的组合、T形槽金属垫法兰密封结构、薄壁Ω环结构的密封焊法兰密封结构、螺纹锁紧环密封结构等传统强制密封结构、石墨缠绕垫、波齿石墨复合垫；也形成了例如:B形环、C形环、O形环、楔形环、卡扎里密封、Bridgman密封、双金属波齿石墨复合垫密封、膜式密封等自紧密封结构。上述密封结构因强化效果还不够，特别是随着实践应用的深入，人们发现这些结构本身也存在一些不利的地方。主要存在的问题是:
[0007]第一，结构复杂，密封系统零部件易损，操作麻烦。
[0008]第二，需要高水平的焊接。如薄壁Ω环结构的密封焊。
[0009]第三，结构庞大。如普通大法兰型密封，法兰和端盖很厚，且无温度补偿调节。
[0010]第四，密封副功能退化。
[0011]特别是装置大修期间，结构简单、零件少的密封副能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着装置的大型化、环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的工艺，装置中起缓冲和储备作用的压力容器减少，反应器和换热器等核心设备的操作难度增大，经常直接受到流体介质压力和温度的波动冲击，原有的设备开口密封结构难以适应新形势的工艺和管理要求，由此可见，针对量大且面广的法兰强制式密封结构，结合存在的问题进行改进，研发一种密封可靠性好、加强密封功能，且结构简单、装卸效率高的法兰，在工程【技术领域】具有极为深远和重大的意义。
【发明内容】
[0012]本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够提高组装质量和装卸效率，且结构简单、加强密封性能好的法兰。
[0013]本申请的目的通过以下技术方案实现:
[0014]提供了第一种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其中:所述第一密封面为第一锥面，所述第二密封面为与所述第一密封面的第一锥面配对的第二锥面，所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、所述第一锥面以及第一内环面组成的外凸台阶，所述第二法兰包括由依次相接的第二外环面、所述第二锥面以及第二内环面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙，所述第一内环面的高度大于或者小于所述第一外环面的高度，相对应的所述第二内环面的高度大于或者小于所述第二外环面的高度；所述第一外环面和所述第一锥面之间的夹角为锐角或者钝角，相对应的所述第二外环面和所述第二锥面之间的夹角为锐角或者钝角。
[0015]其中:所述第一内环面和所述第二内环面的内壁面与所述法兰的内环面是同一个内环面，包括所述第一内环面和所述第二内环面的直径均等于所述法兰的中心圆孔的直径的圆筒形内环面；或者包括所述第一内环面和所述第二内环面的内壁面与所述法兰的内壁面是直径随法兰轴向变化的圆锥形内环面。
[0016]其中:所述第一内环面的高度等于零，所述第二内环面的高度等于所述第二外环面的高度。
[0017]其中:所述外凸台阶和所述内凹台阶组成密封副，所述密封副中的所述第一内环面和所述第二内环面的直径均大于所述法兰的中心圆孔的直径；或者，所述第一法兰包括两个外凸台阶，相对应的所述第二法兰包括两个内凹台阶，第一外凸台阶和第一内凹台阶组成第一密封副，第二外凸台阶和第二内凹台阶组成第二密封副，所述第一个密封副的第一内环面和第二内环面的直径均大于所述法兰的中心圆孔的直径，所述第二个密封副的第一内环面和第二内环面的直径均大于所述第一个密封副的第一内环面和第二内环面的直径。
[0018]还提供了第二种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其中:所述第一密封面为第一弧形面，所述第二密封面为与所述第一密封面的第一弧形面配对的第二弧形面，所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、第一平面、所述第一弧形面、第二平面以及第一内环面组成的外凸台阶，所述第二法兰包括由依次相接的第二外环面、第三平面、所述第二弧形面以及第四平面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙。
[0019]其中:所述第一平面、所述第三平面的宽度为零；或者，所述第二平面、所述第四平面的宽度为零。
[0020]还提供了第三种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其中:所述第一密封面和所述第二密封面中的其一密封面为锥面或者弧形面，另一密封面为平面。
[0021]其中:所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、所述锥面以及第一内环面组成的外凸台阶，或者，所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、所述弧形面以及第一内环面组成的外凸台阶；所述第二法兰包括由依次相接的第二外环面和平面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙。
[0022]还提供了第四种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其中:所述第一法兰由对称设置的第一半法兰体和第二半法兰体对接组成，与所述第一法兰相对应的所述第二法兰由对称设置的第三半法兰体和第四半法兰体对接组成，所述第一半法兰体与所述第三半法兰体面对面设置形成所述第一密封副，所述第二半法兰体和所述第四法兰体面对面设置形成第二密封副，所述第一密封副和所述第二密封副为锥面密封副或者弧形面密封副中的任一种或者两种密封副的组合。
[0023]上述第一、第二、第三和第四种法兰技术方案中的所述第一密封面与所述第一法兰一体成型设置或者组合连接设置；所述第二密封面与所述第二法兰一体成型设置或者组合连接设置。
[0024]上述第一、第二、第三和第四种法兰技术方案中的所述密封垫片包括平垫、双金属垫、齿形垫、齿形复合垫、波形复合垫、平面隔膜垫、球面隔膜垫以及它们的组合。
[0025]上述第一、第二、第三和第四种法兰技术方案中的所述法兰包括有平焊法兰、对焊法兰、长颈法兰、宽面法兰、窄面法兰、反向法兰和圆筒形端部、圆锥形端部、凸缘、换热器管箱、换热器管板、盲盖板等结构。只要其密封面是锥面或弧形面，而其本体结构形状则是多种多样的。
[0026]本申请的有益效果:本申请采用四种法兰的独特结构，使得其密封面的配对结构能施加给传统的密封垫片一种扭力，密封垫片的反扭作用力则表现为回弹性能的提高，从而取得优良的加强密封性能，当密封系统松弛后，密封垫片有足够的回弹继续保持与法兰密封面的紧密贴合。与现有技术相比，具有强制密封、结构简单、设计技术简便、装卸简便、有利于密封面的保护，密封性能好，制造周期短、成本低、装卸简便的优点，尤其比其他密封结构更适用于大型结构在高温高压及波动工况下的动态密封。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0028]图1是现有技术中的一种法兰的典型结构示意图。
[0029]图2是本申请的一种法兰的实施例1的其中一种方案的局部结构示意图。
[0030]图3是本申请的一种法兰的密封面刚接触密封垫片时的局部结构示意图。
[0031]图4是本申请的一种法兰的密封面压紧密封垫片后的局部结构示意图。
[0032]图5是本申请的一种法兰的实施例1的其中一种方案的局部结构示意图。
[0033]图6是本申请的一种法兰的实施例1的其中一种方案的局部结构示意图。
[0034]图7是本申请的一种法兰的实施例2的局部结构示意图。
[0035]图8是本申请的一种法兰的实施例3的局部结构示意图。
[0036]图9是本申请的一种法兰的实施例4的局部结构示意图。
[0037]图10是本申请的一种法兰的实施例6的其中一种方案的局部结构示意图。
[0038]图11是本申请的一种法兰的实施例6的其中一种方案的局部结构示意图。
[0039]在图1至图11中包括有:
[0040]11——法兰盘、12——螺栓孔、13——颈部、14——端部坡口、15——垫片、16——圆环形平面；
[0041]100-密封垫片；
[0042]200——第一法兰、201——第一外环面、202——第一锥面、203——第一内环面、204——第一弧形面、205——第一平面、206——第二平面、207——线圈、208——第一焊接层；
[0043]300——第二法兰、301——第二外环面、302——第二锥面、303——第二内环面、304——第二弧形面、305——第三平面、306——第四平面、307——线圈、308——第二焊接层；
[0044]400——法兰的中心圆孔；
[0045]P—承压设备内介质的压力，F—压力介质作用在法兰端部的力，Q—法兰密封面施加给密封垫片的力，M——密封垫片要恢复原形的弹性扭矩。
【具体实施方式】
[0046]结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。
[0047]实施例1
[0048]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之一，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，参考图2所示，包括具有第一密封面的第一法兰200，以及具有第二密封面的第二法兰300，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片100，所述第一法兰200、所述密封垫片100和所述第二法兰300在紧固件的作用下紧密贴合，上述为现有技术法兰的结构。本申请的创新之处在于:其一技术方案为所述第一密封面为第一锥面202，所述第二密封面为与所述第一密封面的第一锥面202配对的第二锥面302，所述第一法兰200包括由依次相接的第一外环面201、所述第一锥面202以及第一内环面203组成的外凸台阶，所述第二法兰300包括由依次相接的第二外环面301、所述第二锥面302以及第二内环面303组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙，所述第一内环面203的高度小于所述第一外环面201的高度，相对应的所述第二内环面303的高度小于所述第二外环面301的高度；所述第一外环面201和所述第一锥面202之间的夹角为锐角，相对应的所述第二外环面301和所述第二锥面302之间的夹角为锐角。所述第一内环面203和所述第二内环面303的内壁面与所述法兰的内环面是同一个内环面，包括所述第一内环面203和所述第二内环面303的直径均等于所述法兰的中心圆孔400的直径的圆筒形内环面，或者包括所述第一内环面203和所述第二内环面303的内壁面与所述法兰的内壁面是直径随法兰轴向变化的圆锥形内环面。
[0049]需要说明的是，所述第一密封面和所述第二密封面中密封面是指与密封垫片100接触的面，本申请是对于密封面的改进。
[0050]另一技术方案中的所述第一内环面203的高度大于所述第一外环面201的高度，相对应的所述第二内环面303的高度大于所述第二外环面301的高度；所述第一外环面201和所述第一锥面202之间的夹角为钝角，相对应的所述第二外环面301和所述第二锥面302之间的夹角为钝角。在此省略附图示意，本领域技术人员能够根据图2所示的结构，很清楚地知悉该技术方案的具体结构。
[0051]图2中心线的左侧是一种法兰的密封面刚接触密封垫片100时的示意图，其局部结构参考图3，图2中心线的右侧是一种法兰的密封面压紧密封垫片100后的示意图，其局部结构参考图4。与图1所示现有技术中的法兰密封副结构的区别是，图1中密封面为平面，而本申请中的密封面为斜面。具体的，当法兰的锥面密封面与传统的平面密封垫片100接触后，进一步的配合将施加给密封垫片100 —个力对Q，使密封垫片100产生扭转变形，形成扭矩作用M，直到密封垫片100与法兰的锥面紧密贴合。当密封系统松弛后，密封垫片100具有的反扭变形、恢复原形的趋势，要恢复原来的平垫结构，从而表现出更高的回弹性，继续保持与法兰密封面的紧密贴合，始终形成有效的密封。图1所示的结构传统的平面密封垫在密封系统松弛后，只有垫片材料本身的回弹性能，弹性有限，而本申请的斜面密封副除了具有垫片材料本身的回弹性能外，还具有被扭转的平垫结构要恢复原形的结构回弹性能，且结构回弹性要大于材料回弹性，从而取得优良的密封性能。创新的关键在于这些法兰上起密封作用的锥面能使平垫起扭转变形，而不仅仅是使密封垫片100压缩变扁。密封面的锥度越大，其施加给平垫的扭转变形就越大，但是也有限度，平垫受扭产生的应力不能超出平垫材料的许可应力，以免平垫屈服后产生塑性变形，无法回弹。本申请中的具有锥面密封面的法兰无需要求法兰本身，同时也无需防腐处理。
[0052]外凸台阶的外缘或内缘高度最高，当第一法兰200面向地面放置或多个叠置时，只有最高的外缘或内缘与支承面或者支承物接触，不会是整个第一法兰200的密封面与支承物接触，不必担心法兰的密封面被压坏，更有利于保护法兰的密封面。内凹台阶的内缘凹进台阶内，使得密封面不用直接接触支承面或者支承物，从而更有效地保护了法兰的密封面。
[0053]与现有技术相比，锥形密封面的法兰密封副具有结构简单、装卸简便、有利于密封面的保护，比其他结构更适用于大型结构高温高压及其波动工况的动态密封、且密封性能更进一步地加强。
[0054]另，锥面的密封面既可以是凹形的，也可以是凸形的。凹形或者凸形的锥面密封面在施加给密封垫片100的作用力是变化的，充分利用结构进行有效填充，具有更好的动态密封性能；同时还能够防止密封垫片100的滑动，进一步提高其密封性能。
[0055]另，第一锥面202和第二锥面302的锥度可以设置为相等，也可以设置为不相等。平稳性更好。
[0056]另，参考图5所示，在第一法兰200的第一锥面202上以及第二法兰300的第二锥面302上加工出一圈圈的弧线、齿纹线或者波纹线，机加工密封面中通俗称齿纹线为水线。锥面和线圈207、307可以在同一工序中采用同一机床装夹好法兰时一起加工。这些线圈207,307具有增加密封面与密封垫片100之间的摩擦，防止密封垫片100滑动，提高密封性能的作用；而且也为垫片对称安装到密封面上提供参照位置，以免安装偏差；同时在强制螺栓压紧力的作用下可胀紧于上述线圈207、307中，起到更好的密封作用。可选的，位于第一锥面202上的线圈207与位于第二锥面302上的线圈307交错设置。
[0057]具体的，参考图9所示，所述第一密封面与所述第一法兰200 —体成型设置或者组合连接设置；所述第二密封面与所述第二法兰300 —体成型设置或者组合连接设置。一体成型结构，如铸造成型的、锻造成型的、轧制成形的，等等。组合的结构，如焊接组合、铸造组合、锻造组合、轧制组合，等等。组合结构可以充分利用基体材料和密封面层材料各自的特性，发挥各自的优点，例如密封面层材料耐腐蚀而不怕介质损坏、高硬度而不怕垫片磨伤。选用的焊接可以是手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊，等等。图9中的第一锥面202焊接后形成第一焊接层208，第二锥面302焊接后形成第二焊接层308。
[0058]实施例2
[0059]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之二，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，具体的，所述第一内环面203的高度等于零，因为第一内环面203在法兰轴向是凸出的，其高度的减少不会削弱法兰的强度；所述第二内环面303的高度等于所述第二外环面301的高度，因为第二内环面303在法兰轴向原来是低于第二外环面301的，其高度的增加有利于提高法兰的强度。密封面的锥度越大，其施加给密封垫片100的扭转变形就越大。
[0060]实施例3
[0061]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之三，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，具体的，所述第一内环面203和所述第二内环面303的直径均大于所述法兰的中心圆孔400的直径。因为密封面更靠近法兰螺栓孔12，垫片更直接受到螺栓通过法兰传递来的压紧作用，具有更好的密封性能。
[0062]或者，具体的，所述密封结构同时具有两个密封副，也即第一个密封副的第一内环面203和所述第二内环面303的直径均大于所述法兰的中心圆孔400的直径，而第二个密封副的第一内环面203和所述第二内环面303的直径均大于所述第一个密封副的第一内环面203和所述第二内环面303的直径。当超高的内压使法兰副张开后，如果第一密封副松弛导致介质泄漏，第二密封副可继续承担密封作用，具有双重的密封保险性能。
[0063]实施例4
[0064]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之四，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，参考图8所示，包括具有第一密封面的第一法兰200，以及具有第二密封面的第二法兰300，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片100，所述第一法兰200、所述密封垫片100和所述第二法兰300在紧固件的作用下紧密贴合，上述为现有技术法兰的结构。本申请的创新之处在于:所述第一密封面为第一弧形面204，所述第二密封面为与所述第一密封面的第一弧形面204配对的第二弧形面304，所述第一法兰200包括由依次相接的第一外环面201、第一平面205、所述第一弧形面204、第二平面206以及第一内环面203组成的外凸台阶，所述第二法兰300包括由依次相接的第二外环面301、第三平面305、所述第二弧形面304以及第四平面306组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙。弧形面可以与其他平面在同一工序中一起加工，以电脑控制加工的弧面精确度高，通过靠模加工也可满足要求，完全手工加工时精确度低些，但无论哪一种加工方法，均应以模板对照来检测弧面形状。
[0065]当法兰的弧形面与传统的密封垫片100配合接触后,进一步施加给密封垫片100一个扭力，使密封垫片100产生扭转变形，与法兰的弧面紧密贴合。当密封系统松弛后，密封垫片100具有反扭变形的趋势，要恢复原来的结构，从而表现出更高的回弹性，继续保持与法兰密封面的紧密贴合，始终形成有效的密封。因此，该法兰副具有一定的自紧密封性能。创新的关键在于这些法兰上起密封作用的弧形面能使密封平垫起扭转变形，而不仅仅是使平垫压缩变扁。密封面的弧度越大，其施加给平垫的扭转变形就越大，但是也有限度，平垫受扭产生的应力不能超出平垫材料的许可应力，以免平垫屈服后产生塑性变形，无法回弹。与现有技术相比，弧形密封面的法兰密封副具有结构简单、装卸简便、有利于密封面的保护，比其他结构更适用于大型结构高温高压及其波动工况的动态密封、且密封性能更进一步地加强。本申请中的具有弧形面密封面的法兰无需要求法兰本身，同时也无需防腐处理。
[0066]另，弧形面的密封面既可以是凹弧，也可以是凸弧。弧形面的两端的作用力最强，在两端处更好的压紧密封垫片100，而在中部弧段，密封垫片100可以依靠其自身的回弹力将其填充实现较好的密封。
[0067]外凸台阶的外缘或内缘高度最高，当第一法兰200面向地面放置或多个叠置时，只有最高的外缘或内缘与支承面或者支承物接触，不会是整个第一法兰200的密封面与支承物接触，不必担心法兰的密封面被压坏，更有利于保护法兰的密封面。内凹台阶的内缘凹进台阶内，使得密封面不用直接接触支承面或者支承物，从而更有效地保护了法兰的密封面。
[0068]具体的，所述第一密封面与所述第一法兰200 —体成型设置或者组合连接设置；所述第二密封面与所述第二法兰300 —体成型设置或者组合连接设置。一体成型结构，如铸造成型的、锻造成型的、轧制成形的，等等。组合的结构，如焊接组合、铸造组合、锻造组合、轧制组合，等等。组合结构可以充分利用基体材料和密封面层材料各自的特性，发挥各自的优点，例如密封面层材料耐腐蚀而不怕介质损坏、高硬度而不怕垫片磨伤。选用的焊接可以是手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊，等等。
[0069]实施例5
[0070]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之五，本实施例的主要技术方案与实施例4相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例4中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例4的区别在于，具体的，所述第一平面205、所述第二平面206、所述第三平面305和所述第四平面306的宽度为零。弧形密封面贯穿外凸台阶以及内凹台阶的整个密封面。
[0071]或者，具体的，所述第一平面205和所述第三平面305的宽度为零，所述第二平面206和所述第四平面306的宽度不为零。弧形密封面贯穿外凸台阶以及内凹台阶的整个外侧密封面。
[0072]或者，具体的，所述第一平面205和所述第三平面305的宽度不为零，所述第二平面206和所述第四平面306的宽度为零。弧形密封面贯穿外凸台阶以及内凹台阶的整个内侧密封面。
[0073]实施例6
[0074]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之六，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，参考图10和图11所示，包括具有第一密封面的第一法兰200，以及具有第二密封面的第二法兰300，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片100，所述第一法兰200、所述密封垫片100和所述第二法兰300在紧固件的作用下紧密贴合，其中:所述第一密封面和所述第二密封面中的其一密封面为锥面或者弧形面，另一密封面为平面。密封垫片100可以是球面隔膜垫，或者球面隔膜垫也可换成平面隔膜垫。
[0075]当法兰的锥面或者弧形面与传统的密封垫片100配合接触后，进一步施加给密封垫片100 —个扭力，使密封垫片100产生扭转变形，与法兰的弧面紧密贴合。当密封系统松弛后，密封垫片100具有反扭变形的趋势，要恢复原来的结构，从而表现出更高的回弹性，继续保持与法兰密封面的紧密贴合，始终形成有效的密封。因此，该法兰副具有一定的自紧密封性能。创新的关键在于这些法兰上起密封作用的锥面或者弧形面能使平垫起扭转变形，而不仅仅是使平垫压缩变扁。密封面的锥度或者弧度越大，其施加给平垫的扭转变形就越大，但是也有限度，平垫受扭产生的应力不能超出平垫材料的许可应力，以免平垫屈服后产生塑性变形，无法回弹。与现有技术相比，锥形或者弧形密封面的法兰密封副具有结构简单、装卸简便、有利于密封面的保护，比其他结构更适用于大型结构高温高压及其波动工况的动态密封、且密封性能更进一步地加强。本申请中的具有锥面或者弧形面密封面的法兰无需要求法兰本身，同时也无需防腐处理。
[0076]另，锥面或者弧形面的密封面既可以是凹形的，也可以是凸形的。平面一侧的密封面，可以是宽平面，也可一是窄平面。凹形或者凸形的锥面密封面在施加给密封垫片100的作用力是变化的，充分利用结构进行有效填充，具有更好的动态密封性能；同时还能够防止密封垫片100的滑动，进一步提高其密封性能。弧形面的两端的作用力最强，在两端处更好的压紧密封垫片100，而在中部弧段，密封垫片100可以依靠其自身的回弹力将其填充实现较好的密封。
[0077]外凸台阶的外缘或内缘高度最高，当第一法兰200面向地面放置或多个叠置时，只有最高的外缘或内缘与支承面或者支承物接触，不会是整个第一法兰200的密封面与支承物接触，不必担心法兰的密封面被压坏，更有利于保护法兰的密封面。
[0078]具体的:所述第一法兰200包括由依次相接的第一外环面201、所述锥面以及第一内环面203组成的外凸台阶，或者，所述第一法兰200包括由依次相接的第一外环面、所述弧形面以及第一内环面203组成的外凸台阶；所述第二法兰300包括由依次相接的第二外环面301和平面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙。
[0079]具体的，所述第一密封面与所述第一法兰200 —体成型设置或者组合连接设置；所述第二密封面与所述第二法兰300 —体成型设置或者组合连接设置。一体成型结构，如铸造成型的、锻造成型的、轧制成形的，等等。组合的结构，如焊接组合、铸造组合、锻造组合、轧制组合，等等。组合结构可以充分利用基体材料和密封面层材料各自的特性，发挥各自的优点，例如密封面层材料耐腐蚀而不怕介质损坏、高硬度而不怕垫片磨伤。选用的焊接可以是手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊，等等。
[0080]实施例7
[0081]本申请的一种法兰的【具体实施方式】之七，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰200，以及具有第二密封面的第二法兰300，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片100，所述第一法兰200、所述密封垫片100和所述第二法兰300在紧固件的作用下紧密贴合，其中:所述第一法兰200由对称设置的第一半法兰体和第二半法兰体对接组成，与所述第一法兰200相对应的所述第二法兰300由对称设置的第三半法兰体和第四半法兰体对接组成，所述第一半法兰体与所述第三半法兰体面对面设置形成所述第一密封副，所述第二半法兰体和所述第四法兰体面对面设置形成第二密封副，所述第一密封副和所述第二密封副为锥面密封副或者弧形面密封副中的任一种或者两种密封副的组合。充分利用锥面和弧形面密封面的优点，使其密封性能更进一步提高。本申请中的具有锥面和/或弧形面密封面的法兰无需要求法兰本身，同时也无需防腐处理。
[0082]当法兰的锥面或者弧形面与传统的密封垫片100配合接触后，进一步施加给密封垫片100 —个扭力，使密封垫片100产生扭转变形，与法兰的弧面紧密贴合。当密封系统松弛后，密封垫片100具有反扭变形的趋势，要恢复原来的结构，从而表现出更高的回弹性，继续保持与法兰密封面的紧密贴合，始终形成有效的密封。因此，该法兰副具有一定的自紧密封性能。创新的关键在于这些法兰上起密封作用的锥面或者弧形面能使平垫起扭转变形，而不仅仅是使平垫压缩变扁。密封面的锥度或者弧度越大，其施加给平垫的扭转变形就越大，但是也有限度，平垫受扭产生的应力不能超出平垫材料的许可应力，以免平垫屈服后产生塑性变形，无法回弹。与现有技术相比，锥形或者弧形密封面的法兰密封副具有结构简单、装卸简便、有利于密封面的保护，比其他结构更适用于大型结构高温高压及其波动工况的动态密封、且密封性能更进一步地加强。
[0083]另，锥面或者弧形面的密封面既可以是凹形的，也可以是凸形的。凹形或者凸形的锥面密封面在施加给密封垫片100的作用力是变化的，充分利用结构进行有效填充，具有更好的动态密封性能；同时还能够防止密封垫片100的滑动，进一步提高其密封性能。弧形面的两端的作用力最强，在两端处更好的压紧密封垫片100，而在中部弧段，密封垫片100可以依靠其自身的回弹力将其填充实现较好的密封。
[0084]具体的，所述第一密封面与所述第一法兰200 —体成型设置或者组合连接设置；所述第二密封面与所述第二法兰300 —体成型设置或者组合连接设置。一体成型结构，如铸造成型的、锻造成型的、轧制成形的，等等。组合的结构，如焊接组合、铸造组合、锻造组合、轧制组合，等等。组合结构可以充分利用基体材料和密封面层材料各自的特性，发挥各自的优点，例如密封面层材料耐腐蚀而不怕介质损坏、高硬度而不怕垫片磨伤。选用的焊接可以是手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊，等等。
[0085]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其特征在于:所述第一密封面为第一锥面，所述第二密封面为与所述第一密封面的第一锥面配对的第二锥面，所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、所述第一锥面以及第一内环面组成的外凸台阶，所述第二法兰包括由依次相接的第二外环面、所述第二锥面以及第二内环面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙，所述第一内环面的高度大于或者小于所述第一外环面的高度，相对应的所述第二内环面的高度大于或者小于所述第二外环面的高度；所述第一外环面和所述第一锥面之间的夹角为锐角或者钝角，相对应的所述第二外环面和所述第二锥面之间的夹角为锐角或者钝角。
2.根据权利要求1所述的一种法兰，其特征在于:所述第一内环面和所述第二内环面的内壁面与所述法兰的内环面是同一个内环面，包括所述第一内环面和所述第二内环面的直径均等于所述法兰的中心圆孔的直径的圆筒形内环面；或者包括所述第一内环面和所述第二内环面的内壁面与所述法兰的内壁面是直径随法兰轴向变化的圆锥形内环面。
3.根据权利要求2所述的一种法兰，其特征在于:所述第一内环面的高度等于零，所述第二内环面的高度等于所述第二外环面的高度。
4.根据权利要求1所述的一种法兰，其特征在于:所述外凸台阶和所述内凹台阶组成密封副，所述密封副中的所述第一内环面和所述第二内环面的直径均大于所述法兰的中心圆孔的直径；或者，所述第一法兰包括两个外凸台阶，相对应的所述第二法兰包括两个内凹台阶，第一外凸台阶和第一内凹台阶组成第一密封副，第二外凸台阶和第二内凹台阶组成第二密封副，所述第一个密封副的第一内环面和第二内环面的直径均大于所述法兰的中心圆孔的直径，所述第二个密封副的第一内环面和第二内环面的直径均大于所述第一个密封副的第一内环面和第二内环面的直径。
5.一种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其特征在于:所述第一密封面为第一弧形面，所述第二密封面为与所述第一密封面的第一弧形面配对的第二弧形面，所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、第一平面、所述第一弧形面、第二平面以及第一内环面组成的外凸台阶，所述第二法兰包括由依次相接的第二外环面、第三平面、所述第二弧形面以及第四平面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙。
6.根据权利要求5所述的一种法兰，其特征在于:所述第一平面、所述第二平面、所述第三平面和所述第四平面的宽度为零；或者，所述第一平面、所述第三平面的宽度为零；或者，所述第二平面、所述第四平面的宽度为零。
7.—种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其特征在于:所述第一密封面和所述第二密封面中的其一密封面为锥面或者弧形面，另一密封面为平面。
8.根据权利要求7所述的一种法兰，其特征在于:所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、所述锥面以及第一内环面组成的外凸台阶，或者，所述第一法兰包括由依次相接的第一外环面、所述弧形面以及第一内环面组成的外凸台阶；所述第二法兰包括由依次相接的第二外环面和平面组成的内凹台阶，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙。
9.一种法兰，用于承压设备部件开口之间连接的密封结构，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其特征在于:所述第一法兰由对称设置的第一半法兰体和第二半法兰体对接组成，与所述第一法兰相对应的所述第二法兰由对称设置的第三半法兰体和第四半法兰体对接组成，所述第一半法兰体与所述第三半法兰体面对面设置形成所述第一密封副，所述第二半法兰体和所述第四法兰体面对面设置形成第二密封副，所述第一密封副和所述第二密封副为锥面密封副或者弧形面密封副中的任一种或者两种密封副的组合。
10.根据权利要求1、5、7、9中的任一所述的一种法兰，其特征在于:所述第一密封面与所述第一法兰一体成型设置或者组合连接设置；所述第二密封面与所述第二法兰一体成型设置或者组合连接设置。
【文档编号】F16L23/16GK204025982SQ201420437594
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】陈孙艺, 陈进 申请人:茂名重力石化机械制造有限公司